- 匀变速直线运动的研究
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如图所示为位于瑞士的世界上最大的人工喷泉--日内瓦喷泉,已知该喷泉竖直上喷出,喷出时水的速度为53m/s,喷嘴的出水量为0.5m3/s,不计空气阻力,则空中水的体积应为(取g=10m/s)( )
正确答案
解析
解:喷出的水做竖直上抛运动,水的流速v0=53m/s,
水在空中停留的时间:t==
=10.6s,
即水在空中停留时间为3s,
处于空中的水的体积为V=Qt=0.5×10.6=5.3m3;
故选:B.
某人站在高楼的平台边缘,以20m/s的速度竖直向上抛出一石子,若忽略空气阻力,g取10m/s2,则:
(1)石子上升的最大高度是多少?
(2)从石子抛出开始计时,到达抛出点下方25m处共需多长时间?
正确答案
解析
解:(1)规定向上为正方向,则位移x=-20m,初速度v0=20m/s,加速度a=-10m/s2
根据解得:
h=
(2)根据x=得,-25=20t-5t2,解得t=5s
答:(1)石子上升的最大高度是20m;
(2)从石子抛出开始计时,到达抛出点下方25m处共需5s.
某中学生身高1.7m,在学校运动会上参加跳高比赛,采用背跃式,身体横着越过2.10m的横杆,获得了冠军.据此可估算出他起跳时竖直向上的速度约为(g=10m/s2)( )
正确答案
解析
解:运动员跳高过程可以看做竖直上抛运动,当重心达到横杆时速度恰好为零,有:
运动员重心升高高度:.
根据竖直上抛运动得:,故ABD错误,C正确.
故选C.
从地面以一定的速度竖直向上抛出一小球,小球从抛出点上升到最高点的时刻为t1,下落到抛出点的时刻为t2.若空气阻力的大小恒定,取竖直向上为正方向,则在下图中能正确表示被抛出物体的速度v随时间t的变化关系的图线是( )
正确答案
解析
解:由题意知速度方向先沿正方向后沿负方向,故B错误;
设小球的质量为m,空气阻力大小为f,上升的加速度大小为a1,下落的加速度为a2,上升的最大高度为h,根据牛顿第二定律得
上升:mg+f=ma1
下落:mg-f=ma2,
可见a1>a2.则图象上升阶段的斜率大于下落阶段的斜率,故CD错误,A正确.
故选:A
气球以4m/s的速度匀速竖直上升,它上升到217m高处时,一重物由气球里掉落,则重物要经过多长时间才能落到地面?到达地面时的速度是多少?(不计空气阻力,g=10m/s2).
正确答案
解析
解:重物离开气球后在重力作用下做匀变速直线运动,取竖直向上为正方向,则重物做匀变速直线运动的初速度为v0=4m/s,重力加速度竖直向下,故a=-g=-10m/s2,重物落回地面时的位移x=-217m.求重物运动的时间t和落回地面的末速度v.
根据匀变速直线运动的位移时间关系有:
代入数据x=-217m,v0=4m/s,a=-10m/s2
解得:t=7s(另一值小于0舍去)
据速度时间关系,重物做匀变速直线运动的末速度:
v=v0+at=4+(-10)×7m/s=-66m/s(负号表示速度方向竖直向下).
答:重物经过7s落回地面,落回地面时的速度为66m/s,方向竖直向下.
气球从地面开始以5m/s的速度匀速上升,6s末一螺丝从气球上脱落,忽略空气对螺丝的阻力,(g=10m/s2),求:
(1)以地面为参考点,螺丝能达到的最大高度;
(2)10s末螺丝的速度大小.
正确答案
解析
解:(1)螺丝从气球上脱落后做竖直上抛运动,运动到最高点的时间为:
t=
设继续上升的高度为:
h=gt2=5×
=1.25m
螺丝从气球上脱落时,气球的高度为:
h1=v0t1=5×6m=30m
螺丝能达到的最大高度为:
H=h1+h=1.25+30m=31.25m
(2)由(1)知,10s末螺丝的位置相当于从最高点下落时间t′的位置,其中:
t′=10-t1-t=10-6-0.5s=3.5s
此时间内,螺丝自由下降高度为:
H′=gt′2=
>H
显然此时螺丝已经落到地上,故10s末螺丝的速度大小为零
答:(1)以地面为参考点,螺丝能达到的最大高度31.25m;
(2)10s末螺丝的速度大小为零
做竖直上抛运动的小球在抛出后的t1和t2两时刻的位移相同,则它上升的最大高度为______.
正确答案
解析
解:球在抛出后的t1和t2两时刻的位移相同,故从抛出到最高点的时间为:
t=;
故上升的最大高度为:
h==
故答案为:.
一气象气球以20m/s的初速度由地面匀速上升,当气球升到25m高处时,有一个物体从气球上落下,求经过多长时间物体落到地面?(g=10m/s2)
正确答案
解析
解:规定竖直向上为正方向,则a=-10m/s2,v0=20m/s,x=-25m
根据公式x=,有:
-25=20t-5t2
代入数据得:
t=5s(负值舍去)
答:经过5s时间物体落到地面.
在“子母球”表演中,让同一竖直线上的小球A,B从距水平地面高度为ph(p>1)和h的位置同时由静止释放,如图,球A,B质量均为m.设所有碰撞都是弹性碰撞,忽略球的直径,空气阻力和碰撞时间.
若球B在第N次上升过程中与球A发生第一次相碰,求p范围.
正确答案
解析
解:B球下落的时间t0:,得:
;根据运动的对称性可知,B球上升到最高点的时间也是t0,
B球第N次开始上升的时刻:t1=(2n-1)t0,若此时与A相遇,则:,所以:p=(2n-1)2
B球第N次上升到最高点的时刻:t2=2nt0,若此时与A相遇,则:,所以:p′=4n2
答:若要球B在第N次上升过程中与球A发生第一次相碰,则p范围是(2n-1)2<p≤4n2.
某人在高层楼房的阳台外侧以v0=20m/s的速度竖直向上抛出一个石块,不计空气阻力,取g=10m/s2.求:
(1)石块上升的最大高度H;
(2)以向上为正方向,从抛出开始计时,画出0-6s内石块运动的v-t图象,并利用图象计算出4-6s的位移大小.
(3)石块从抛出开始运动到离抛出点15m处时,所经历的时间.
正确答案
解析
解:(1)由
,
解得:H=20m;
(2)以向上为正方向,从抛出开始计时,画出0-6s内石块运动的v-t图象如图1 由图象的面积得:x=60m;
(3)离抛出点15 m处位置有两个,经历的时间有三个,
石块上升到最高点的时间t=v0/g=2s 以向上为正方向,由得:
解得:t1=1 s;t2=3 s;
如图2由于石块上升的最大高度H=20m,所以,石块落到抛出点下方“离抛出点15m处”时,自由下落的总高度为HOB=20m+15m=35m,下落此段距离所用的时间为:
,
则:t3=2 s+s=(2+
)s;
(1)石块上升的最大高度H为20m;
(2)4-6s的位移大小为60m;
(3)石块从抛出开始运动到离抛出点15m处时,所经历的时间为:1s,3s,(2+)s.
竖直上抛的全过程可以看成先是以某一初速度向上的匀减速直线运动,到最高点后立即做自由落体运动,上升和下降的加速度大小都为g=10m/s2,且方向均向下.现以20m/s的初速度竖直上抛一小球,下列说法正确的是
( )
正确答案
解析
解:A、B、物体竖直向上做匀减速运动,只要速度没有减为零,就还要继续上升,所以上升到最大高度时,速度为零.上升的时间:s;
上升的过程与下降的过程与下降的过程中经历的运动是对称的,所以上升的高度:m.故A正确,B错误;
C、上升到最高点前的最后一秒内发生的位移大小:m.故C错误;
D、上升的过程与下降的过程与下降的过程中经历的运动是对称的,所以物体落地的速度大小是20m/s.故D错误.
故选:A
以v0=20m/s的速度竖直上抛一小球,经2s以相同的初速度在同一点竖直上抛另一小球(g取10m/s2),则两球相碰处离出发点的高度是( )
正确答案
解析
解:设第一个小球上升的最大高度为H,则由H=得:H=20m.
先判断先竖直上抛的小球到达最高点用的时间t==2s,所以另一小球抛出时,它恰好在最高点将要做自由落体运动.
设:经过时间t相遇,则:
第一个小球下落的距离:h1==5t2
第二个小球上升的高度:h2=v0t-=20t-5t2
又因为:h1+h2=H代入数据得:
5t2+20t-5t2=20得:t=1s
所以:两球相碰处离出发点的高度h=v0t-=20t-5t2=15m
故选:B
将一物体以某一速度从地面竖直向上抛出,设物体在运动中所受空气阻力与其速度大小成正比,则物体( )
正确答案
解析
解:A、物体在最高点虽然瞬时速度为零,但是物体由于自身的重力作用,加速度等于g,故A错误.
B、上升阶段和回落阶段的位移相等,都是匀变速直线运动,并且上抛的末速度等于回落的初速度,但是上升段的加速度大,所以知道上升时间小于回落时间.故B错误.
C、物体上升阶段为匀减速直线运动,加速度大于g;下落阶段空气阻力向上与重力方向相反,所以物体加速度小于g,而下落的位移与上升阶段相同,所以下落到地面时物体的速度小于初速度.故C正确;
D、上升阶段空气阻力与重力方向相同,物体加速度大于g,回落阶段空气阻力与重力方向相反,物体加速度小于g.故D错误.
故选:C
信号弹以100m/s的速度从地面竖直向上射出,不计空气阻力,则上升的最大高度为______m,经过______s落回原地.
正确答案
解析
解:信号弹做竖直上抛运动,取向上为正,根据速度位移关系公式,有:
解得:
h==
=500m
根据位移时间关系公式,有:
x=v0t-
代入数据,有:
0=100t-5t2
解得:t=20s,t=0(舍去)
故答案为:500,20.
甲物自高处自由落下,同时乙物自地面以初速v0竖直上抛,不计空气阻力,若甲、乙同时着地,则甲物原来距地面的高度为( )
正确答案
解析
解:竖直上抛运动的时间为:;
自由落体的位移为:h=;
故选A.
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