- 匀变速直线运动的位移公式
- 共1568题
如图,一质量为m=1kg的木板静止在光滑水平地面上.开始时,木板右端与墙相距L=0.08m;质量为m=1kg 的小物块以初速度v0=2m/s 滑上木板左端.木板长度可保证物块在运动过程中不与墙接触.物块与木板之间的动摩擦因数为μ=0.1.木板与墙的碰撞是完全弹性的.取g=10m/s2,求
(1)从物块滑上木板到两者达到共同速度时,木板与墙碰撞的次数及所用的时间;
(2)达到共同速度时木板右端与墙之间的距离.
正确答案
(l)物块滑上木板后,在摩擦力作用下,木板从静止开始做匀加速运动.设木板加速度为a,经历时间T后与墙第一次碰撞.碰撞时的速度为v1,则
μmg=ma …①
L=aT2…②
v1=at …③
联立①②③解得
T=0.4s v1=0.4m/s…④
在物块与木板两者达到共同速度前,在每两次碰撞之间,木板受到物块对它的摩擦力作用而做加速度恒定的匀减速直线运动,因而木板与墙相碰后将返回至初态,所用时间也为为T.设在物块与木板两者达到共同速度v前木板共经历n次碰撞,则有
v=v0-(2nT+△t)a=a△t…⑤
式中△t是碰撞n次后木板从起始位置至达到共同速度时所需要的时间.
由于最终两个物体一起以相同的速度匀速前进,故⑤式可改写为
2v=v0-2nT…⑥
由于木板的速率只能位于0到v1之间,故有
0≤v0-2nT≤2v1…⑦
求解上式得1.5≤n≤2.5
由于n是整数,故n=2 …⑧
由于速度相同后还要再一起与墙壁碰撞一次,故一个碰撞三次;
再有①⑤⑧得△t=0.2s …⑨
v=0.2m/s …⑩
从开始到物块与木板两者达到共同速度所用的时间为
t=4T+△t=1.8s …(11)
即从物块滑上木板到两者达到共同速度时,木板与墙共发生三次碰撞,所用的时间为1.8s.
(2)物块与木板达到共同速度时,木板与墙之间的距离为s=L-a△t2…(12)
联立 ①与(12)式,并代入数据得 s=0.06m…(13)
即达到共同速度时木板右端与墙之间的距离为0.06m.
一物体从静止开始做匀加速直线运动,在最初的4s内物体前进了8m的距离.求:
(1)物体的加速度
(2)物体在4s末的速度.
正确答案
因为物体做初速度为0的匀加速直线运动,已知时间t=4s,位移x=8m,求物体的加速度和4s末的速度.
(1)根据位移时间关系xat2得,
物体的加速度a==
m/s2=1m/s2
(2)根据速度时间关系得4s末的速度v=at=1×4m/s=4m/s.
答:物体的加速度为1m/s2,物体在4s末的速度v=4m/s.
汽车以l0m/s的速度在平直公路上匀速行驶,刹车后经2s速度变为6m/s,求:
(1)刹车过程中的加速度;
(2)刹车后前进9m所用的时间;
(3)刹车后8s内前进的距离.
正确答案
(1)a==
=-2m/s2
方向与初速度方向相反
(2)t0==5s
由x=v0t+at2,代入数据得 9=10t-t2,t1=1s,t2=9s>5s(舍去)
故刹车后前进9m所用的时间为1s.
(3)汽车刹车到停下来所需的时间t0==5s<8s
所以刹车后8s内前进的距离等于刹车后5s内的距离.
x=v0t+at2=10×5-
×2×25m=25m
故刹车后8s内前进的距离为25m.
如图所示,可视为质点、质量为mA的小滑块A叠放在长为L、质量为mB的平板B的左端,B放在水平面上,A、B两物体用一根轻质细绳通过一个固定在墙上的定滑轮相连,不计滑轮的质量及摩擦,现用一个水平向左的恒力F拉B,经时间t后A滑离B.已知mA=1.0kg,mB=3.0kg,所有接触面间动摩擦因数u=0.2,F=24N,t=2.0s,g取10m/s2.求
(1)A、B的加速度大小;
(2)平板B的长度L;
(3)A刚离开B的瞬间,恒力F的功率.
正确答案
(1)设绳子的拉力为F1,A的加速度大小为aA,B的加速度大小为aB,则根据牛顿第二定律,得
对A:F1-μmAg=mAaA ①
对B:F-F1-μmAg-μ(mA+mB)g=mBaB ②
因aA=aB,将上述两式相加,得aA=aB=3m/s2.
(2)L=aAt2+
aBt2=
(aA+aB)t2=
×6×22m=12m
(3))A刚离开B的瞬间,B的速度为v=aBt=3×2m/s=6m/s
则恒力F的功率为P=Fv=24×6W=144W
答:(1)A、B的加速度大小均为3m/s2.;
(2)平板B的长度Lo为12m.
(3)A刚离开B的瞬间,恒力F的功率为144W.
甲车以15m/s的速度在平直公路上匀速行驶,突然发现26m处乙车正以10m/s的速度做同方向的匀速直线运动.甲车立即关闭油门并以大小为0.5m/s2的加速度做匀减速直线运动,则
(1)甲车能撞上自行车吗?若不能相撞,两车最小距离是多少?
(2)若乙的速度是5m/s,且甲乙在平行的两条路上,相距64m,其余同上.则甲乙能相遇几次?各是什么时刻相遇?
正确答案
(1)设两车从0时刻至速度相同的时间为t
则有vt=v0+at=15+(-0.5)×t=10
解得:t=10s
10秒内甲车位移为:s=×t=125m
乙车的位移:s=10×10=100m
两车距离缩短了125-100=25m,本来距离26m,所以无法相撞.
速度相等时两车距离最小是4-3=1m.
(2)当两车速度相等时,时间为t,
根据:v=v0+at得 t=20s
该段时间内,甲车位移S1=200m,
乙车位移S2=100m
甲比乙多走△S=S1-S2=100m>64m,所以肯定会相遇两次.
设经过时间t两车相遇,初始相距L=64m,
则v0t-at2=10t+L⇒t2-20t+256=0
解出的t1=8s t2=32s
因为甲车减速到零的时间t0==30s<t2,
所以第二次相遇应该是乙车匀速运动到甲车停止处的时间,
设为t′2,
甲车减速到零的位移为s,
据v2-v02=2as
得s==225m
所以t′2==
s=32.2s
故两车相遇两次,分别在t1=8s和t′2=32.2s相遇.
答:(1)甲车不能撞上自行车;若不能相撞,两车最小距离是1m;
(2)若乙的速度是5m/s,且甲乙在平行的两条路上,相距64m,其余同上.则甲乙能相遇两次;分别在t1=8s和t′2=32.2s相遇.
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