- 牛顿运动定律的综合应用
- 共404题
公路上行驶的两汽车之间保持一定的安全距离。当前车突然停止时,后车司机可以采取刹车措施,使汽车在安全距离内停下而不会与前车相碰。通常情况下,人的反应时间和汽车系统的反应时间之和为1s。当汽车在晴天干燥沥青路面上以108km/h的速度匀速行驶时,安全距离为120m,设雨天时汽车轮胎与沥青路面间的动摩擦因数为晴天时的2/5,若要求安全距离仍为120m,求汽车在雨天安全行驶的最大速度。
正确答案
见解析
解析
设路面干燥时,汽车与地面的动摩擦因数为,刹车时汽车的加速度大小为a
,安全距离为s反应时间为t
,由牛顿第二定律和运动学公式得
①
②
式中,m和分别为汽车的质量和刹车前的速度。
设在雨天行驶时,汽车与地面的动摩擦因数为,依题意有
=
③
设在雨天行驶时汽车刹车的加速度大小为a,安全行驶的最大速度为,由牛顿第二定律和运动学公式得
④
⑤
联立①②③④⑤式并代入题给数据得=20m/s(72km/h) ⑥
知识点
2012年10月,奥地利极限运动员菲利克斯·鲍姆加特纳乘气球升至约39km的高空后跳下,经过4分20秒到达距地面约1.5km高度处,打开降落伞并成功落地,打破了跳伞运动的多项世界纪录,取重力加速度的大小
(1)忽略空气阻力,求该运动员从静止开始下落到1.5km高度处所需要的时间及其在此处速度的大小
(2)实际上物体在空气中运动时会受到空气阻力,高速运动受阻力大小可近似表示为,其中
为速率,k为阻力系数,其数值与物体的形状,横截面积及空气密度有关,已知该运动员在某段时间内高速下落的
图象如图所示,着陆过程中,运动员和所携装备的总质量
,试估算该运动员在达到最大速度时所受阻力的阻力系数(结果保留1位有效数字)
正确答案
见解析
解析
(1)设运动员从开始自由下落至1.5km高度处的时间为t,下落距离为s,在1.5km高度处的速度大小为v,根据运动学公式有:
v=gt ①
②
依题意有 ③
联立①②③可得:t=87s ④
⑤
(2)该运动员达到最大速度时,加速度为零,由牛顿第二定律有:
⑥
由所给的v-t图像可读出 ⑦
由⑥⑦式可得: ⑧
知识点
如图甲所示,静止在水平地面的物块A,受到水平向右的拉力F作用,F与时间t的关系如图乙所示,设物块与地面的静摩擦力最大值fm与滑动摩擦力大小相等,则( )
正确答案
解析
根据图乙可知:在0~t1时间内拉力F没有达到最大静摩擦力fm,物块A处于静止状态,则拉力F的功率为零,A项错误;对物块A由牛顿第二定律有F-fm=ma,由于t2时刻拉力F最大,则t2时刻物块A加速度a最大,B项正确;t2到t3这段时间内拉力F大于fm,所以物块A做加速运动,t3时刻速度达到最大,C项错误、D正确。
知识点
题7图为“嫦娥三号”探测器在月球学科网上着陆最后阶段的示意图。首先在发动机作用下,探测器受到推力在距月面高度为h1处悬停(速度为0,h1远小于月球半径);接着推力改变,探测器开始竖直下降,到达距月面高度为h2处的速度为υ;此后发动机关闭,探测器仅受重力下落到月面。已知探测器总质量为m(不包括燃料),地球和月球的半径比为k1,质量比为k2,地球表面附近的重力加速度为g。求:
(1)月球表面附近的重力加速度大小及探测器刚接触月面时的速度大小;
(2)从开始竖直下降到刚接触月面时,探测器机械能的变化。
正确答案
答案:,
;
解析
知识点
研究表明,一般人的刹车反应时间(即图甲中“反应过程”所用时间),但饮酒会导致反应时间延长,在某次试验中,志愿者少量饮酒后驾车以
的速度在试验场的水平路面上匀速行驶,从发现情况到汽车停止,行驶距离L=39m。减速过程中汽车位移s与速度v的关系曲线如图乙所示,此过程可视为匀变速直线运动。取重力加速度的大小g=10m/s2。求:
(1)减速过程汽车加速度的大小及所用时间;
(2)饮酒使志愿者的反应时间比一般人增加了多少?
(3)减速过程汽车对志愿者作用力的大小与志愿者重力大小的比值。
正确答案
见解析。
解析
(1)设减速过程中汽车加速度的大小为a,所用时间为t,由题可得初速度,末速度
,位移
,由运动学公式得
①
②
联立①②式,代入数据得
③
④
(2)设志愿者反应时间为,反应时间的增加量为
,由运动学公式得
⑤
⑥
联立⑤⑥式,代入数据得
⑦
(3)设志愿者所受合外力的大小为F,汽车对志愿者作用力的大小为F0,志愿者质量为m,由牛顿第二定律得
⑧
由平行四边形定则得
⑨
联立③⑧⑨式,代入数据得
⑩
知识点
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