- 匀变速直线运动规律的综合运用
- 共522题
甲、乙两车做同向直线运动,初始相距s0=10 m。已知甲车在前以速度v=4 m/s做匀速直线运动,乙车以初速度v0=16 m/s开始做匀减速运动,加速度大小为a= 4m/s2。求两车相遇几次?何时相遇?
正确答案
解:设二者经时间t第一次相遇,则
代入数据解得:t1=1 s,t2=5 s(大于乙车刹车时间,舍去)
1s末乙车的速度为v1=v0-at1=12 m/s,它以此速度超过甲车并继续做匀减速直线运动至停止后被甲车追上。乙车在这一阶段发生的位移为:
甲车追上乙车所需要的时间为
故第二次相遇的时刻为:t2=t1+t'=5.5 s
即二者共相遇两次,相遇时间分别为t1=1 s,t2=5.5 s
一块足够长的白板,位于水平桌面上,处于静止状态,一石墨块(可视为质点)静止在白板上,石墨块与白板间有摩擦,滑动摩擦系数μ=0.1。突然,使白板以恒定的加速度a1=2m/s2做匀加速直线运动,石墨块将在板上划下黑色痕迹,经过时间t=1s,令白板以m/s2的加速度做匀减速直线运动直至静止。试求白板上黑色痕迹的长度(已知重力加速度为g=10m/s2,不计石墨与板摩擦划痕过程中损失的质量)。
正确答案
解:设石墨块的加速度为a2 ,根据牛顿第二定律,得=1m/s2 ①
设经历时间t=1s,白板由静止开始加速到速度v1,石墨块则由静止加速到v2,有
②,
③
由,故
,石墨块继续受到滑动摩擦力的作用
设再经时间t',白板的速度由v1减小到v1',有 ④
石墨块的速度由v2增加到v2',有 ⑤
当v1'=v2'后,即,不再产生新的痕迹,然后两者共同减速运动至停止
设白板的速度从0增加到v1的过程中,白板和石墨块移动的距离分别为s1和s2 ⑥,
⑦
在白板的速度从v1减小到v1'的过程中,白板和石墨块移动的距离分别为s1'和s2'
⑧,
⑨
传送带上留下的黑色痕迹的长度 ⑩
由以上各式得
A、B两列火车在同一轨道上同向行驶,A车在前,速度vA=10 m/s,B车在后,速度vB=30 m/s。因能见度低,B 车在距A车500 m时才发现前方有A车,这时B车立即刹车,但要经过1 800 m车才能停下,问:
(1)A车若仍按原速度前进,两车是否会相撞?若会相撞,将在何时何地发生?
(2)B车在刹车的同时发出信号,A车司机在收到信号1.5s后加速前进,则A车的加速度多大时,才能避免发生事故?
正确答案
解:(1)B车刹车时加速度大小0.25 m/s2B车停下来的运动时间
设B车刹车后经时间t两车速度相等,即vB-aBt=vA,
此时A车前进距离xA'=vAt=10×80m=800 m
B车前进距离802 m=1 600 m
因xA'+500 m=1 300 m<xB',故两车相撞
设两车相撞时经历时间为t',则有
即,解得t'≈31.01 s(另一根不合题意,舍去)
设相撞处距B车开始刹车处距离为xB''
则xB''=vAt'+x=10×31.01m+500 m=810.1 m
(2)设B车恰好不与A车相撞时,A车的加速度为aA,当B车追上A车时,两车速度相等,此时距B车开始刹车的时间为t0故有xA+x=xB,即①
且vB-aBt0=vA+aA(t0-△t),即30-0.25t0=10+ aA(t0-1.5) ②
解①②两式得t0≈49.43 s,aA≈0.16 m/s2故当A车的加速度大于0.16 m/s2时,可避免两车相撞
一辆长为l1=14 m的客车沿平直公路以v1=8 m/s的速度匀速向东行驶,一辆长为l2=10 m的货车由静止开 始以a=2 m/s2的加速度由东向西匀加速行驶,已知货车刚启动时两车前端相距s0=240 m,当货车的速度达到v2=24 m/s时即保持该速度匀速行驶,求两车错车所用的时间。
正确答案
解法一:已知客车长l1=14 m,它做匀速运动,v1=8 m/s;货车长l2=10 m,加速度为a=2 m/s2,两车开始相距s0=240 m,设经过t1时间两车车头相遇,并设想火车始终在做匀加速运动
则,可得t1=12 s
此时货车的行驶速度为:v货=at1=24 m/s(火车恰好达到最大速度,设想成立)
设错车时间为t2,则两车错车时刚好匀速错车,则v1·t2+v货·t2=l1+l2
可得t2=0.75s
解法二:设经过t1时间货车速度达到v2,则
在t1时间内,两车位移分别为:x1=v1t1=96 m,
x1+x2=240 m=s0说明此时两车刚好前端相遇,则两车错车时刚好匀速错车
设错车时间为t2,则v1·t2+v2·t2=l1+l2
可得t2=0.75 s
如图所示,皮带在轮O1,O2带动下以速度v匀速转动,皮带与轮之间不打滑。皮带AB段长为L,皮带左端B处有一光滑小圆弧与一光滑斜面相连接,物体无初速度放上皮带右端后,能在皮带带动下向左运动,并滑上斜面。已知物体与皮带间的动摩擦因数为μ,且。求:
(1)若物体无初速度放上皮带的右端A处,则其运动到左端B处的时间;
(2)若物体无初速度地放到皮带上某处,物体沿斜面上升到最高点后沿斜面返回,问物体滑回皮带后,是否有可能从皮带轮的右端A处滑出?判断并说明理由;
(3)物体无初速度放在皮带的不同位置,则其沿斜面上升的最大高度也不同,设物体放上皮带时离左端B的距离为x,请写出物体沿斜面上升最大高度h与x之间的关系,并画出h-x图像。
正确答案
解:(1)物体放上皮带后运动的加速度a=μg
物体加速到v前进的位移
因为L>x0,所以物体先加速后匀速,加速时间
匀速时间t2=
所以物体从A到B的时间
(2)不能从右端A滑出,理由:物体从斜面返回皮带的速度与物体滑上斜面的初速度大小相等,所以返回时最远不能超过释放的初始位置
(3)当x≤x0时,物体一直加速,到B的速度为v1,则v12=2μgx
又
所以
当x>x0时,物体先加速后匀速,到达B时速度均为v
,h-x图像如图所示
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