• 匀变速直线运动的位移与速度的关系
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简答题

某一长直的赛道上有一辆赛车,其前方△x=200m处有一安全车正以v0=10m/s的速度匀速前进,这时赛车从静止出发以a=2m/s2的加速度追赶.试求:

(1)赛车出发3s末的瞬时速度大小?

(2)赛车经过多长时间追上安全车?

(3)赛车追上安全车之前,从开始运动起经过多长时间与安全车相距最远?

(4)赛车追上安全车之前与安全车最远相距是多少米?

(5)当赛车刚追上安全车时,赛车手立即刹车,使赛车以4m/s2的加速度做匀减速直线运动,问两车再经过多长时间第二次相遇?(设赛车可以从安全车旁经过而不发生碰撞)

正确答案

(1)由vt=v0+at,赛车出发3s末的瞬时速度大小:

v3=at

∴v3=6m/s

故3s末的瞬时速度大小为6m/s.

(2)设赛车经过时间t追上安全车,则有:

at2-△x=v0t

∴t=20s

故经过20s赛车追上安全车.

(3)当两车速度相等时相距最远,对赛车:

v0=at′

∴t′=5s

故经过5s两车相距最远.

(4)当两车相距最远时,

赛车位移:x赛=at/2

安全车位移:x=v0t′

两车之间距离△x′=x+△x-x∴△x′=225m

故两车相距的最远距离为225m.

(5)第一次相遇时赛车的速度v20=at20=40m/s

设从第一次相遇起再经过时间T两车再次相遇,则:

v20T+a/T2=v0T

∴T=30s

但赛车速度从40m/s减为零只需10s,

所以两车再次相遇的时间:=v0T/

∴T′=20s

故经过20s两车再次相遇.

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简答题

如图所示,木板B静止在光滑水平面上,某时刻大小可忽略的物体A以v0=4m/s的初速度滑上木板B的上表面.已知A的质量m1=1kg,B的质量为m2=0.5kg,A与B之间的动摩擦因数µ=0.2.g 取10m/s2

(1)若木板B长L=1m,为使A不致于从B的右端滑落,在A滑上B的同时,给B施加一个水平向右的拉力F,试求拉力F的最小值为多少?

(2)木板B的长度存在某个值L0,若板长小于此值时无论F为多少,A最终都会滑离B,试求L0为多少?

正确答案

(1)物体A滑上木板B以后,作匀减速运动,加速度:aA=µg…①

木板B作匀加速运动,有:F+μmg=m2aB…②

物体A不滑落的临界条件是A到达B的右端时,A、B具有共同的速度vt

设经过的时间为t,则:v0-aAt=aBt…③v0t-aAt2=aBt2+l…④

由③、④式,可得:aB=-aA=6(m/s2) 

代入②式

    得:F=m2aB-μm1g=0.5×6-0.2×1×10=1(N)                 

若F<1N,则A滑到B的右端时,速度仍大于B的速度,于是将从B上滑落,所以F必须大于等于1N.

(2)当F较大时,在A与B具有相同的速度之后,A必须相对B静止,才能不会从B的左端滑落.即有:

所以:F=3N

若F大于3N,A就会相对B向左滑下.

当F=3N时,A滑到B的最右端并与B具有共同速度,此时对应的B的长度即为l0

设经过t1时间A与B具有共同速度aB==10m/s2

由v0-aAt1=aBt1

得t1=s

 SA=v0t1-aAt12

 SB=aBt12

又l0=SA-SB

代入数据得l0=m

答:

(1)拉力F的最小值等于1N.

(2)l0=m.

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汽车自O点由静止开始在平直公路上做匀加速直线运动,途中依次经过P、Q两根电线杆所用时间为6 s。已知P、Q相距60 m,车经过Q点时的速度为15 m/s,则

(1)汽车经过P时的速度是多少?

(2)汽车的加速度为多少?

(3)O、P两点间距离为多少?

正确答案

解:(1)设汽车经过P点的速度为vP,经过Q点的速度为vQ

·t得,

所以-15 m/s=5 m/s

(2)由vQ=vP+at得,a=m/s2≈1.67 m/s2(3)由v2-v02=2ax得,vP2=2axOP,xOP=m=7.5 m

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汽车进站关闭发动机做匀减速直线运动,当滑行x1=30m时,速度恰好减为初速度的一半,接着又滑行了t2=4s才停止.求汽车滑行的总时间t、关闭发动机时的速度v0和总位移x.

正确答案

设初速度为v0,加速度大小为a,则

速度恰好减为初速度的一半的过程中有:

v0-=at1

2ax1=

v0

2

2-v02

后一半过程中有:-0=at2

带入数据解得:v0=10m/s,a=1.25m/s2,t1=4s

所以总时间t=t1+t2=8s

第二段位移x2==10m

所以总位移为:x=x1+x2=40m

答:汽车滑行的总时间t为8s,闭发动机时的速度v0为10m/s,总位移x为40m.

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简答题

一架飞机着陆时的速度大小为60m/s,着陆后以6m/s2大小的加速度做匀减速直线运动,求:

(1)它着陆后滑行225m时的速度大小;

(2)它着陆后12s内滑行的位移大小.

正确答案

(1)以初速度方向为正方向,则有:a=-6m/s2

由v2-v02=2ax       

可得:v=30m/s

故飞机着陆后滑行225m时的速度大小为30m/s.    

(2)飞机在地面滑行最长时间:t==s=10s

所以飞机12s内滑行的位移为10s内滑行的位移.       

由v2-v02=2ax 可得:

x==m=300m

故飞机着陆后12s内滑行的位移大小是300m.

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简答题

如图所示,质量为4kg的物体,静止在水平面上,它受到一个水平拉力F=10N的作用,拉力在作用了一段时间后撤去,撤去F后物体还能继续运动一段时间t2=1s,此时到达B点速度恰好为零.已知物体与水平面间的动摩擦因数为0.2.求(1)撤去推力F前后物体的加速度a1、a2大小分别是多少?(2)全过程的总位移SAB是多少?(g=10m/s2

正确答案

(1)撤去拉力前,物体的加速度a1===0.5m/s2

撤去拉力后,物体的加速度a2==μg=2m/s2

(2)匀减速直线运动的初速度v=a2t2=2×1m/s=2m/s

则匀加速直线运动的位移x1==m=4m.

匀减速直线运动的位移x2==m=1m

则总位移x=x1+x2=5m.

答:(1)撤去拉力前后的加速度分别为:0.5m/s2、2m/s2

(2)全过程的总位移SAB是5m.

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简答题

如图,传送带与地面倾角为37°,AB长16m,传送带以10m/s的速率逆时针转动,在带上A端无初速的放一质量为0.5kg物体,它与带间的动摩擦因数为0.5,求:

(1)物体从A运动到B分别做何运动;

(2)物体从A运动到B所需时间?

正确答案

(1)开始运动时物体向下做匀加速直线运动:a1===0.5×10×0.8+10×0.6=10m/s2

加速时间:t1===1s

运动位移:S1===5m<16m

第二阶段由于Gx>μN,故物体继续向下做匀加速直线运动;

(2)根据牛顿第二定律,有:

a2===10×0.6-0.5×10×0.8=2m/s2第二阶段的位移:s2=L-s1=16-5=11m

s2=vt2+a2

带入数据有:11=10t2+×2×

解得:t2=1s

t=t1+t2=1+1=2s

答:(1)物体从A运动到B先做加速度为10m/s2的匀加速直线运动,后做加速度为2m/s2的匀加速直线运动;

(2)物体从A运动到B所需时间为2s.

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简答题

一辆轿车以速度υ0沿直线行驶,突然发现正前方一辆货车正以υ1的速度同向行驶,两车相距S,且υ1<υ0,轿车司机立即刹车,则轿车刹车的加速度大小至少应多大,才能避免与货车相撞?

正确答案

(1)设经时间t客车速度与货车相等,轿车刹车的加速度大小为a,

则:由υ1=V0-at,

解得t=

此时,轿车的位移为s0,有:2(-a)s0=v12-v02

货车的位移为s1,有:s11t

由s0=s1+s

得:a=

答:轿车刹车的加速度大小至少为,才能避免与货车相撞.

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简答题

在正常情况下,某列火车开过一个小站不停.现因需要,必须在这一小站停留,开始时火车以20m/s的速度匀速行使,火车将要到达小站时,以-1.0m/s2的加速度作匀减速运动,停留2min后,又以0.5m/s2的加速度开出小站,一直到恢复原来的速度.

求:(1)火车刹车的时间是多少?火车加速的时间是多少?

(2)列车因停靠小站而延误的时间是多少?

正确答案

(1)根据加速度的定义式a=

火车刹车的时间t1===20s

火车加速的时间t2===40s

(2)火车停靠站用的总时间t=t1+t+t2=20s+120s+40s=180s

如果火车不停则做匀速直线运动,经过这段位移所用的时间t0=

匀变速直线运动的平均速度=,(或由υt202=2ax可知)

则x1=t1=t1==200m,(或x1==m=200m) 

同理x2=t2=t2==400m(或x2==m=400m)

经过这段位移所用的时间t0==30s

因此火车延误的时间△t=t-t0=150s

答:(1)火车刹车的时间是20s;火车加速的时间是40s;(2)列车因停靠小站而延误的时间是150s

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简答题

一滑雪运动员以滑雪板和滑雪杖为工具在平直雪道上进行滑雪训练.某次训练中,他站在雪道上第一次利用滑雪杖对雪面的作用获得水平推力F=60N而向前滑行,其作用时间为t1=1s,撤除水平推力F后经过t2=2s,他第二次利用滑雪杖对雪面的作用获得同样的水平推力且其作用时间仍为1s.已知该运动员连同装备的总质量为m=50kg,在整个运动过程中受到的滑动摩擦力大小恒为f=10N,求该运动员(可视为质点)第二次撤除水平推力后滑行的最大距离.

正确答案

运动员站在雪道上第一次利用滑雪杖对雪面作用时,

加速度为 a1==1m/s2

t1=1s时的速度为 v1=a1t1=1m/s

第一次撤除水平推力F后,加速度为

a2=-=-0.2m/s2

撤除水平推力F后经过t2=2s,速度为

v1′=v1+a2t2=0.6m/s

第二次刚撤除水平推力F时,速度为

v2=v1′+a1t1=1.6m/s

此后在水平方向仅受摩擦力作用做匀减速运动,滑行的最大距离为

s=

解得  s=6.4m     

答:该运动员第二次撤除水平推力后滑行的最大距离为6.4m.

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