- 匀变速直线运动规律的综合运用
- 共522题
“引体向上”是一项体育健身运动,该运动的规范动作是:两手正握单杠,由身体悬垂开始。上提时,下颚超过杠面;下放时,两背方直,不能曲臂。这样上拉下放,从复动作,达列锻炼背力和腹肌的目的,如图所示,某同学质量为m= 60kg,下放时下颚距单杠的高度为H=0.4m,当他用F=720N的恒力将身体拉至某位置时,不再用力,以后依靠惯性继续向上运动。为保证此次引体向上动作合格,恒力F的作用时间至少为多少?(不计空气阻力,g取10m/s2)
正确答案
解:设施加恒力F时,人的加速度为a,由牛顿第二定律:
设加速时间为t,人加速上升的高度:
人加速上升的的未速度:
人以速度v竖直上升的高度:
又:
由以上各式联立,解得:(0.58s)
如图所示,光滑水平面上静止放置着一辆平板车A。车上有两个小滑块B和C(都可视为质点),B与车板之间的动摩擦因数为μ,而C与车板之间的动摩擦因数为2μ。开始时B、C分别从车板的左、右两端同时以大小相同的初速度v0相向滑行。经过一段时间,C、A的速度达到相等,此时C和B恰好发生碰撞。已知C和B发生碰撞时两者的速度立刻互换,A、B、C三者的质量都相等,重力加速度为g。设最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力。
(1)求开始运动到C、A的速度达到相等时的时间;
(2)求平板车平板总长度;
(3)已知滑块C最后没有脱离平板,求滑块C最后与车达到相对静止时处于平板上的位置。
正确答案
解:(1)设A、B、C三者的质量都为m,从开始到C、A的速度达到相等这一过程所需时间为t
对C,由牛顿定律和运动学规律有,
对A,由牛顿定律和运动学规律有,
,
联立以上各式联得
(2) 对C,
对B,由牛顿定律和运动学规律有,
,
C和B恰好发生碰撞,有
解得:
(3)对A,
A、B、C三者的位移和末速度分别为
(向左),
(向右),
(向左)
(向左),
(向右)
C和B发生碰撞时两者的速度立刻互换,则碰撞后C和B的速度各为(向右),
(向左)
碰撞后B和A的速度相等,设B和A保持相对静止一起运动,此时对B和A整体有
隔离B,则B受到的摩擦力为
可得,说明B和A保持相对静止一起运动
设C最后停在车板上时,共同的速度为vt,由动量守恒定律可得
可得vt=0
这一过程,对C,由动能定理有
对B和A整体,由动能定理有
解得C和A的位移分别是(向右),
(向左)
这样,C先相对于车板向左移动,然后又相对于车板向右移动
,恰好回到原来的位置,即滑块C最后停在车板右端
中央电视台近期推出了一个游戏节目——推矿泉水瓶。选手们从起点开始用力推瓶一段时间后,放手让瓶向前滑动,若瓶最后停在桌上有效区域内,视为成功;若瓶最后不停在有效区域内或在滑行过程中倒下均视为失败。其简化模型如图所示,AC是长度为L1=5m的水平桌面,选手们可将瓶子放在A点,从A点开始用一恒定不变的水平推力推瓶,BC为有效区域。已知BC长度为L2=1m,瓶子质量为m=0.5 kg,瓶子与桌面间的动摩擦因数μ=0.4。某选手作用在瓶子上的水平推力F=20N,瓶子沿AC做直线运动,假设瓶子可视为质点,那么该选手要想游戏获得成功(g取10m/s2),试问:
(1)推力作用在瓶子上的时间最长不得超过多少?
(2)推力作用在瓶子上的距离最小为多少?
正确答案
解:(1)要想游戏获得成功,瓶滑到C点速度正好为0,力作用时间最长,设最长作用时间为t1,有力作用时瓶的加速度为a1,t1时刻瓶的速度为v,力停止后加速度为a2,由牛顿第二定律得
F-μmg=ma1
μmg=ma2加速运动过程中的位移
减速运动过程中的位移
位移关系满足x1+x2=L1又v=a1t1由以上各式解得
(2)要想游戏获得成功,瓶滑到B点速度正好为零,力作用距离最小,设最小距离为d,则
v'2=2a1d
联立解得d=0.4 m
对于两物体碰撞前后速度在同一直线上,且无机械能损失的碰撞过程,可以简化为如下模型:A、B两物体位于光滑水平面上,仅限于沿同一直线运动。当它们之间的距离大于等于某一定值d时,相互作用力为零;当它们之间的距离小于d时,存在大小恒为F的斥力。设A物休质量m1=1.0kg,开始时静止在直线上某点;B物体质量m2=3.0kg,以速度v0从远处沿该直线向A运动,如图所示。若d=0.10m,F=0.60N,v0=0.20m/s,求:
(1)相互作用过程中A、B加速度的大小;
(2)从开始相互作用到A、B间的距离最小时,系统(物体组)动能的减少量;
(3)A、B间的最小距离。
正确答案
解:(1)
(2)两者速度相同时,距离最近,由动量守恒
(3)根据匀变速直线运动规律v1=a1t,v2=v0-a2t
当v1=v2时,解得A、B两者距离最近时所用时间t=0.25s
s1=a1t2,s2=v0t-
a2t2,△s=s1+d-s2
将t=0.25s代入,解得A、B间的最小距离△smin=0.075m
如图所示,用半径为0.4m的电动滚轮在长薄铁板上表面压轧一道浅槽。薄铁板的长为2.8m、质量为10kg。已知滚轮与铁板、铁板与工作台面间的动摩擦因数分别为0.3和0.1。铁板从一端放人工作台的滚轮下,工作时滚轮对铁板产生恒定的竖直向下的压力为100N,在滚轮的摩擦作用下铁板由静止向前运动并被压轧出一浅槽。已知滚轮转动的角速度恒为5rad/s,g取10m/s2。
(1)通过分析计算,说明铁板将如何运动?
(2)加工一块铁板需要多少时间?
(3)加工一块铁板电动机要消耗多少电能?
正确答案
解:(1)开始砂轮给铁板向前的滑动摩擦力F1=μ1F1N=0.3×100N=30N
工作台给平板的摩擦阻力F2=μ2F2N=0.1×(100+10×10)N=20N
铁板先向右做匀加速直线运动a=(F1-F2)/m=1m/s2 加速过程铁板达到的最大速度vm=ωR=5×0.4m/s=2m/s
这一过程铁板的位移S1=vm2/2a=2m<2.8m
此后砂轮给铁板的摩擦力将变为静摩擦力F1',F1'=F2,铁板将做匀速运动
即整个过程中铁板将先做加速度a=1m/s2的匀加速运动,然后做vm=2m/s的匀速运动
(2)在加速运动过程中,由vm=at1得t1=2s
匀速运动过程的位移为s2=L-s1=0.8m
由s2=vt2,得t2=0.4s
所以加工一块铁板所用的时间为T=t1+t2=2.4s
(3)E=ΔEk+Q1+Q2=136J
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