- 匀变速直线运动规律的综合运用
- 共522题
摩托车由静止开始走完一段长为218m直道。已知摩托车先以4m/s2加速度启动,加速一段时间后再以8m/s2加速度制动,已知摩托车在直道中的最大速度不能超过40m/s,离开直道时的速度为20m/s。求摩托车在直道上行驶所用的最短时间。
正确答案
解:设摩托车最大速度vm(不一定是40m/s),加速时间为t1,通过位移为s1;减速时间为t2,减速位移为s2
选速度方向为正方向,则加速时加速度a1=4m/s2,减速时加速度a2=-8m/s2
加速时间为
加速位移为
减速时间为
减速位移为
已知
代入数据可得
所以最短的时间为
如图所示,倾角θ=37°的斜面固定在水平面上.质量m=1.0kg的小物块受到沿斜面向上的F=9.0N的拉力作用,小物块由静止沿斜面向上运动.小物块与斜面间的动摩擦因数μ=0.25.(斜面足够长,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)求小物块运动过程中所受摩擦力的大小;
(2)求在拉力的作用过程中,小物块加速度的大小;
(3)若在小物块沿斜面向上运动0.80m时,将拉力F撤去,求此后小物块沿斜面向上运动的距离.
正确答案
(1)对物体进行受力分析:
对力进行正交分解,根据垂直斜面方向力平衡得出:FN=G2=mgcos37°,
滑动摩擦力f=μFN=μmgcos37°=2.0N.
(2)设加速度为a1,根据牛顿第二定律有F合=F-f-G1=ma1 G1=mgsin37°
解得:a1=1.0m/s2.
(3)设撤去拉力前小物块运动的距离为x1,撤去拉力时小物块的速度为v,有v2=2a1x1------------①
撤去拉力后小物块加速度和向上运动的距离大小分别为a2、x2,
撤去拉力后F合=mgsin37°+f=ma2-----------②小物块沿斜面向上运动到最高点速度为0,v2=2a2x2---------------------------③
由式①②③解得 x2=0.10m.
答:(1)求小物块运动过程中所受摩擦力的大小是2.0N;
(2)求在拉力的作用过程中,小物块加速度的大小是1.0m/s2;
(3)此后小物块沿斜面向上运动的距离是0.10m.
据报道,一儿童玩耍时不慎从45m高的阳台上无初速度掉下,在他刚掉下时恰被楼下一社区管理人员发 现,该人员迅速由静止冲向儿童下落处的正下方楼底,准备接住儿童,已知管理人员到楼底的距离为18m,为确保能稳妥安全接住儿童,管理人员将尽力节约时间,但又必须保证接住儿童时没有水平方向的 冲击,不计空气阻力,将儿童和管理人员都看作质点,设管理人员奔跑过程中只做匀速或匀变速运动, g取10m/s2。
(1)管理人员至少用多大的平均速度跑到楼底?
(2)若管理人员在奔跑过程中做匀加速或匀减速运动的加速度大小相等,且最大速度不超过9m/s,求管理人员奔跑时加速度的大小需满足什么条件?
正确答案
解:(1)儿童下落过程,由运动学公式得 ①
管理人员奔跑的时间t≤t0 ②
对管理人员奔跑过程,由运动学公式得s=t ③
由①②③并代入数据得≥6m/s
(2)假设管理人员先匀加速接着匀减速奔跑到楼底,奔跑过程中的最大速度为v0由运动学公式得,得v0=2
= 12m/s>vm=9m/s
故管理人员应先加速到vm=9m/s,再匀速,最后匀减速奔跑到楼底
设匀加速、匀速、匀减速过程的时间分别为t1、t2、t3,位移分别为x1、x2、x3由运动学公式得 ④,
⑤,x2=vmt2 ⑥,vm=at1=at3 ⑦,t1+t2+t3≤t0 ⑧,x1+x2+x3=s⑨
由④~⑨并代入数据得a≥9m/s2
在平直公路上,甲车在前以υ1=12m/s的速度匀速行驶,乙车在后以υ2=8m/s的速度匀速行驶。当两车相距L=24m时,甲车以大小为2m/s2的加速度开始刹车,则
(1)相遇前,甲车刹车后经时间t1为多长时两车距离最大?并求最大距离sm;
(2)甲车刹车后经时间t为多长时乙车追上甲车?
正确答案
解:(1)两车距离最大时乙车的速度与甲车的速度相等,即
υ1′=υ2,υ1′=υ1+at1
得t1==2s,s2=υ2t1,s1=
t1
sm=L+s1-s2
得sm=28m
(2)0=υ1+at2,得甲车刹车的时间t2=6s
-υ12=2as1′,甲车刹车位移大小s1′=36m
甲车停下时乙车的位移大小s2′=υ2t2,s2′=48m
由于s2′
所以甲车停止后乙车再去追甲车
追上时乙车的总时间大小t==7.5 s
如图所示,一位质量为m=65kg的特技演员,在进行试镜排练时.从离地面h1=6m高的楼房窗口跳出后竖直下落.若有一辆平板汽车正沿着下落点下方所在的水平直线上以V0=6m/s的速度匀速前进.已知该演员刚跳出时,平板汽车恰好运动到其前端距离下落点正下方3m处,该汽车车头长2m,汽车平板长 4.5m,平板车板面离地面高h2=1m.人可看作质点.g取l0m/s2,人下落过程中未与汽车车头接触,人与车平板间的动摩擦因数μ=0.2.问:
(1)人将落在平扳车上距车尾端多远处?
(2)假定人落到平板车上后立即俯卧在车上不弹起,司机同时使车开始以大小为a车=4m/s2的加速度做匀减速直线运动,直至停止,则人是否会从平板下上滑下?
(3)人在平板车上相对滑动的过程中产生的总热量Q为多少?
正确答案
(1)设人下落时间为t,则h1-h2=gt2
车在时间t内运动的位移x=v0t
代入数据解得x=6m
人在车上的落点距车尾端距离d=(3+2+4.5)m-6 m=3.5 m
(2)人在车平板上的加速度a人==2m/s2
设人未滑下,且经时间t'人与车达到相等的速度v,则
v=a人t'=v0-a车t'
x车=v0t′-a车t′2
人相对车向后滑动△x=x车-x人
代入数据解得△x=3m<3.5m,故不会滑下
(3)人与车达到相等的速度后,车向前减速直至停止的位移x′车=
人向前减速直至停止的位移x′人=
人相对车向前滑动△x'=x'人-x'车
人在平板上来回摩擦产生的总热量:Q=μmg(△x+△x')
代入数据解得Q=455 J.
答:(1)人在车上的落点距车尾端距离为3.5 m;
(2)人不会从平板下上滑下;
(3)人在平板车上相对滑动的过程中产生的总热量Q为455 J.
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