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简答题

元宵佳节,我市在新浦苍梧绿园燃放起美丽的焰火.按照设计要求,装有焰火的礼花弹从专用炮筒中竖直向上射出后,在3s末到达离地面54m的最高点,随即炸开,构成各种美丽的图案.

假设礼花弹上升过程中只受重力和空气阻力,且空气阻力大小不变,g取10m/s2.求:

(1)礼花弹从炮筒中射出时的初速度大小v0

(2)礼花弹上升过程中的加速度大小a;

(3)阻力大小与自身重力大小的比值k.

正确答案

解:(1)以向上为正方向,根据平均速度公式,有:

h=

(2)根据速度时间关系公式,有:

a=

(3)根据牛顿第二定律,有:

-f-mg=ma

其中f=kmg

解得:k=0.2

答:(1)礼花弹从炮筒中射出时的初速度大小为36m/s;

(2)礼花弹上升过程中的加速度大小a为12m/s2

(3)阻力大小与自身重力大小的比值k为0.2.

解析

解:(1)以向上为正方向,根据平均速度公式,有:

h=

(2)根据速度时间关系公式,有:

a=

(3)根据牛顿第二定律,有:

-f-mg=ma

其中f=kmg

解得:k=0.2

答:(1)礼花弹从炮筒中射出时的初速度大小为36m/s;

(2)礼花弹上升过程中的加速度大小a为12m/s2

(3)阻力大小与自身重力大小的比值k为0.2.

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简答题

物体以10m/s的速度竖直上抛,g取10m/s2求:

(1)上升和下降的时间;

(2)求上升和下降的位移;

(3)求回到出发点的位移.

正确答案

解:(1)竖直上抛运动是匀变速直线运动,上升和下降的时间相等,故:

t=t=

(2)下降过程和上升过程的位移等大、反向,故:

h===5m

(3)位移是从初位置到末位置的有向线段,初末位置重合,故位移为零;

答:(1)上升和下降的时间均等于1s;

(2)上升和下降的位移均等于5m;

(3)回到出发点的位移为零.

解析

解:(1)竖直上抛运动是匀变速直线运动,上升和下降的时间相等,故:

t=t=

(2)下降过程和上升过程的位移等大、反向,故:

h===5m

(3)位移是从初位置到末位置的有向线段,初末位置重合,故位移为零;

答:(1)上升和下降的时间均等于1s;

(2)上升和下降的位移均等于5m;

(3)回到出发点的位移为零.

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简答题

我国射击运动员曾多次在国际大赛中为国争光,在2008年北京奥运会上又夺得射击冠军.我们以打靶游戏来了解射击运动.某人在塔顶进行打靶游戏,如图所示,已知塔高H=45m,在与塔底部水平距离为s处有一电子抛靶装置,圆形靶可被竖直向上抛出,初速度为v1,且大小可以调节.当该人看见靶被抛出时立即射击,子弹以v2=100m/s的速度水平飞出.不计人的反应时间及子弹在枪膛中的运动时间,且忽略空气阻力及靶的大小(取g=10m/s2).

(1)当s的取值在什么范围时,无论v1多大都不能被击中?

(2)若s=200m,v1=15m/s时,试通过计算说明靶能否被击中?

正确答案

解:(1)若抛靶装置在子弹的射程以外,则不论抛靶速度为何值,都无法击中.

H=gt2

s=v2t

s=v2=300 m

即s>300 m,无论v1为何值都不能被击中.

(2)若靶能被击中,则击中处应在抛靶装置的正上方,设经历的时间为t1,则:

s=v1t1

 s.

y1=gt12=×10×22 m=20 m

y2=v1t1-gt12=15×2 m-×10×22 m=10 m.

因为y1+y2=20 m+10 m=30 m<H,所以靶不能被击中.

答:(1)当s的取值在>300m时,无论v1多大都不能被击中;(2)若s=200m,v1=15m/s时,通过计算发现靶不能被击中.

解析

解:(1)若抛靶装置在子弹的射程以外,则不论抛靶速度为何值,都无法击中.

H=gt2

s=v2t

s=v2=300 m

即s>300 m,无论v1为何值都不能被击中.

(2)若靶能被击中,则击中处应在抛靶装置的正上方,设经历的时间为t1,则:

s=v1t1

 s.

y1=gt12=×10×22 m=20 m

y2=v1t1-gt12=15×2 m-×10×22 m=10 m.

因为y1+y2=20 m+10 m=30 m<H,所以靶不能被击中.

答:(1)当s的取值在>300m时,无论v1多大都不能被击中;(2)若s=200m,v1=15m/s时,通过计算发现靶不能被击中.

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某人站在高楼的平台边缘处,以v0=20m/s的初速度竖直向上抛出一石子.求

(1)抛出后,石子最高处到平台边缘距离;

(2)抛出后,石子经过距抛出点15m处所需的时间.(不计空气阻力,g取10m/s2

正确答案

解:(1)石子做竖直上抛运动,由v2=2gh得,石子上升的最大高度H===20m

(2)以竖直向上为正方向,当石子在抛出点上方15m处时,由匀变速运动的位移公式得:

,代入数据,15=

解得:t1=1s,t2=3s;

当石子在抛出点下方15m处时,

即:

解得:t3=

答:(1)抛出后,石子最高处到平台边缘距离为20m 

(2)抛出后,石子经过距抛出点15 m处所需的时间可能为1s,3s或有三个:1 s、3 s,

解析

解:(1)石子做竖直上抛运动,由v2=2gh得,石子上升的最大高度H===20m

(2)以竖直向上为正方向,当石子在抛出点上方15m处时,由匀变速运动的位移公式得:

,代入数据,15=

解得:t1=1s,t2=3s;

当石子在抛出点下方15m处时,

即:

解得:t3=

答:(1)抛出后,石子最高处到平台边缘距离为20m 

(2)抛出后,石子经过距抛出点15 m处所需的时间可能为1s,3s或有三个:1 s、3 s,

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简答题

以35m/s的初速度竖直向上抛出一个小球.不计空气阻力,g=10m/s2.求小球上升的最大高度以及小球返回抛出所用的时间.

正确答案

解:取竖直向上为正方向,竖直上抛运动看成一种加速度为-g的匀减速直线运动.

由v2-v02=-2gh得:m.

当小球落回到抛出点时:s

答:小球上升的最大高度是61.25m,小球返回抛出所用的时间是7s.

解析

解:取竖直向上为正方向,竖直上抛运动看成一种加速度为-g的匀减速直线运动.

由v2-v02=-2gh得:m.

当小球落回到抛出点时:s

答:小球上升的最大高度是61.25m,小球返回抛出所用的时间是7s.

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简答题

气球上吊一重物,以速度V0=20m/s,从地面匀速竖直上升,重物离开气球后经过时间t=9s,重物落回地面.不计空气对物体的阻力,求:

(1)重物离开气球时离地面的高度为多少?

(2)重物回到地面时的速度大小.

正确答案

解:(1)选向上为正方向,物体做竖直上抛,初速度为v0=20m/s,经过时间t=9s,重物落回地面,

根据匀变速直线运动的位移时间关系式:h=v0t-m

(2)根据速度-时间的关系公式得:vt=v0-gt=20-10×9=-70m/s;

负号表示方向向下.

答:(1)重物离开气球时离地面的高度为-225m;(2)重物回到地面时的速度大小是70m/s.

解析

解:(1)选向上为正方向,物体做竖直上抛,初速度为v0=20m/s,经过时间t=9s,重物落回地面,

根据匀变速直线运动的位移时间关系式:h=v0t-m

(2)根据速度-时间的关系公式得:vt=v0-gt=20-10×9=-70m/s;

负号表示方向向下.

答:(1)重物离开气球时离地面的高度为-225m;(2)重物回到地面时的速度大小是70m/s.

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简答题

以初速度为30m/s竖直向上抛出一小球,求抛出4s内的位移.(取g=10m/s2

正确答案

解:取竖直向上为正方向,则抛出4s内的位移为:

x=v0t-gt2=30×4×10×42=40m

答:抛出4s内的位移为40m.

解析

解:取竖直向上为正方向,则抛出4s内的位移为:

x=v0t-gt2=30×4×10×42=40m

答:抛出4s内的位移为40m.

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简答题

某人在高层楼房的阳台上以20m/s的速度竖直向上抛出一小石块,阳台离地面60m高.求:

(1)石块落在阳台正上方15m处的时间;

(2)经过5s后,石块离阳台的距离;

(3)石块落地的时间和速度.

正确答案

解:(1)取竖直向上方向为正方向,当石块运动到抛出点上方离抛出点15m时,位移为x=15m

由x=v0t-gt2代入得

15=20t-×10×t2,解得t1=1s,t2=3s

(2)经过5s后,石块的位移为 x=v0t-gt2=20×5-×10×52=-25m

即石块离阳台的距离为25m.

(3)石块落地时,石块运动到抛出点下方离抛出点60m时,位移为x=-60m,则得:

由x=v0t-gt2代入得

-60=20t-×10×t2,解得t=6s(t=-2s,舍去)

速度为 v=v0-gt=20-10×6=-40m/s,大小为40m/s,方向向下

答:

(1)石块落在阳台正上方15m处的时间为1s或3s;

(2)经过5s后,石块离阳台的距离是25m;

(3)石块落地的时间和速度分别为6s和40m/s.

解析

解:(1)取竖直向上方向为正方向,当石块运动到抛出点上方离抛出点15m时,位移为x=15m

由x=v0t-gt2代入得

15=20t-×10×t2,解得t1=1s,t2=3s

(2)经过5s后,石块的位移为 x=v0t-gt2=20×5-×10×52=-25m

即石块离阳台的距离为25m.

(3)石块落地时,石块运动到抛出点下方离抛出点60m时,位移为x=-60m,则得:

由x=v0t-gt2代入得

-60=20t-×10×t2,解得t=6s(t=-2s,舍去)

速度为 v=v0-gt=20-10×6=-40m/s,大小为40m/s,方向向下

答:

(1)石块落在阳台正上方15m处的时间为1s或3s;

(2)经过5s后,石块离阳台的距离是25m;

(3)石块落地的时间和速度分别为6s和40m/s.

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简答题

在距地面高度为15m的地方,以30m/s的初速度竖直上抛一个物体(不计空气阻力).问:

(1)在离地面多少米处,它的重力势能等于动能?

(2)经过多长时间,其重力势能为动能的2倍?

(以地面为零势能参考面,取g=10m/s2

正确答案

解:(1)根据机械能守恒定律,有:

+mgH=

根据题意,有:

联立解得:

h=+==30m

(2)根据机械能守恒定律,有:

+mgH=

根据题意,有:

联立解得:

h′=40m

根据位移公式,有:

h′-H=

解得:

t=1s或t=5s

答:(1)在离地面30米处,它的重力势能等于动能;

(2)经过1s或5s时间,其重力势能为动能的2倍.

解析

解:(1)根据机械能守恒定律,有:

+mgH=

根据题意,有:

联立解得:

h=+==30m

(2)根据机械能守恒定律,有:

+mgH=

根据题意,有:

联立解得:

h′=40m

根据位移公式,有:

h′-H=

解得:

t=1s或t=5s

答:(1)在离地面30米处,它的重力势能等于动能;

(2)经过1s或5s时间,其重力势能为动能的2倍.

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简答题

以5m/s的初速度竖直向上抛出一个物体,不计空气阻力,经过3s物体落到抛出点下方某处时的速度为25m/s,已知该物体在此过程中的加速度恒定,求该加速度的大小和方向.

正确答案

解:取竖直向上为正方向,则可将物体的运动看成一种匀减速运动,初速度为v0=5m/s,末速度为v=-25m/s,时间为 t=3s

则 加速度为 a===-10m/s2,负号表示方向竖直向下.

答:该加速度的大小为10m/s2,方向竖直向下.

解析

解:取竖直向上为正方向,则可将物体的运动看成一种匀减速运动,初速度为v0=5m/s,末速度为v=-25m/s,时间为 t=3s

则 加速度为 a===-10m/s2,负号表示方向竖直向下.

答:该加速度的大小为10m/s2,方向竖直向下.

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简答题

右图是一个非常有趣的实验现象的示意图.将一个小皮球放在一个大皮球的上面,使它们一起自由下落,当它们落到地面被反弹时,小球跳的高度会比下落的高度高出许多倍,往往会打到天花板上.假设大球的半径R=10cm,小球的半径r=2.5cm.开始下落时大球球心O1距地面的高度h=0.90m,大球的质量为m1,小球的质量为m2,且m1=19m2.在整个运动过程中两球的球心始终在同一条竖直线上,所有碰撞的时间极短,且能量损失均可忽略不计,重力加速度g取10m/s2.求:

(1)小球第一次反弹后,小球的球心会上升到距地面多高的位置?

(2)若天花板距地面的高度H=4.25m,则小球碰到天花板的瞬时速度为多大?

正确答案

解:(1)设大球碰地瞬间两球的速度为v0,则有=2g(h-R)

解得,v0=4m/s

因碰撞的时间极短,且能量损失不计,所以大球碰地后以原速率反弹,速度大小为4m/s,方向竖直向上.设大球与小球碰撞后两者的速度分别为v1和v2,取向上方向为正方向,根据动量守恒和机械能守恒得

   (m1-m2)v0=m1v1+m2v2

   +=+

解得v2=11.2m/s

则小球能上升的最大高度为H1==6.272m

所以小球的球心会上升到距地面的高度为H2=H1+2R+r=≈6.5m

(2)若天花板距地面的高度H=4.25m,小球上升的高度为h′=H-2R-2r=4m

设小球碰到天花板的瞬时速度为v

由运动学公式得:

解得v=6.7m/s

(1)小球第一次反弹后,小球的球心会上升到距地面6.5m高的位置.

(2)若天花板距地面的高度H=4.25m,则小球碰到天花板的瞬时速度为6.7m/s.

解析

解:(1)设大球碰地瞬间两球的速度为v0,则有=2g(h-R)

解得,v0=4m/s

因碰撞的时间极短,且能量损失不计,所以大球碰地后以原速率反弹,速度大小为4m/s,方向竖直向上.设大球与小球碰撞后两者的速度分别为v1和v2,取向上方向为正方向,根据动量守恒和机械能守恒得

   (m1-m2)v0=m1v1+m2v2

   +=+

解得v2=11.2m/s

则小球能上升的最大高度为H1==6.272m

所以小球的球心会上升到距地面的高度为H2=H1+2R+r=≈6.5m

(2)若天花板距地面的高度H=4.25m,小球上升的高度为h′=H-2R-2r=4m

设小球碰到天花板的瞬时速度为v

由运动学公式得:

解得v=6.7m/s

(1)小球第一次反弹后,小球的球心会上升到距地面6.5m高的位置.

(2)若天花板距地面的高度H=4.25m,则小球碰到天花板的瞬时速度为6.7m/s.

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简答题

一弹性球从h0=5m高处自由下落,当它与水平地面每碰撞一次后,速度便减小为碰撞前的,不计每次碰撞时间,计算小球从开始下落到停止运动所经过的路程.

正确答案

解:设小球第一次落地时速度为v0,则有v0==10m/s

那么第二,第三,第n+1次落地速度分别为v1=v0,v2=(2v0,…,vn=(nv0

小球开始下落到第一次与地相碰经过的路程为h0=5m,

小球第一次与地相碰到第二次与地相碰经过的路程是L1=2×=10×(2

小球第二次与地相碰到第三次与地相碰经过的路程为L2,则L2=2×=10×(4

由数学归纳法可知,小球第n次到第n+1次与地面碰撞经过路程为Ln=10×(2n

故小球从开始下落到停止运动所经历时间t和通过的总路程s为:

S=h0+L1+L2=5+=20.3(m)

答:从开始下落到停止运动所经过的路程为20.3m.

解析

解:设小球第一次落地时速度为v0,则有v0==10m/s

那么第二,第三,第n+1次落地速度分别为v1=v0,v2=(2v0,…,vn=(nv0

小球开始下落到第一次与地相碰经过的路程为h0=5m,

小球第一次与地相碰到第二次与地相碰经过的路程是L1=2×=10×(2

小球第二次与地相碰到第三次与地相碰经过的路程为L2,则L2=2×=10×(4

由数学归纳法可知,小球第n次到第n+1次与地面碰撞经过路程为Ln=10×(2n

故小球从开始下落到停止运动所经历时间t和通过的总路程s为:

S=h0+L1+L2=5+=20.3(m)

答:从开始下落到停止运动所经过的路程为20.3m.

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竖直上抛物体的初速度是29.4m/s,物体上升的最大高度是多少?上升到最大高度用多少时间?由最大高度落回原地的速度是多少?用了多长时间?

正确答案

解:物体上升到最高点时速度为零,由02-=-2gh得最大高度为:

h==m=44.1m;

上升到最大高度的时间为:

t==s=3s

物体落回原地时的速度为:

v=v0-g•2t=29.4-9.8×6=-29.4m/s,负号表示速度方向竖直向下.

由最大高度落回原地的时间 t′=t=3s

答:物体上升的最大高度是44.1m,上升到最大高度用3s时间,由最大高度落回原地的速度是29.4m/s,用了3s时间.

解析

解:物体上升到最高点时速度为零,由02-=-2gh得最大高度为:

h==m=44.1m;

上升到最大高度的时间为:

t==s=3s

物体落回原地时的速度为:

v=v0-g•2t=29.4-9.8×6=-29.4m/s,负号表示速度方向竖直向下.

由最大高度落回原地的时间 t′=t=3s

答:物体上升的最大高度是44.1m,上升到最大高度用3s时间,由最大高度落回原地的速度是29.4m/s,用了3s时间.

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简答题

物体做自由落体运动,经2s后到达地面并反弹.由于能量损失,反弹后的速度变为落地时的,g取10m/s2.求:

(1)物体落地时的速度;

(2)从开始下落到反弹达到最高点的过程中物体通过的位移.

正确答案

解:(1)由自由落体速度公式可得:

vt=gt=10×2=20m/s

(2)反弹后的速度

上升的高度

下落的总高度:

则物体全过程的位移为:x=h-h‘=20-12.8=7.2m;

方向向上;

答:(1)物体落地时的速度为20m/s;

(2)从开始下落到反弹达到最高点的过程中物体通过的位移为7.2m

解析

解:(1)由自由落体速度公式可得:

vt=gt=10×2=20m/s

(2)反弹后的速度

上升的高度

下落的总高度:

则物体全过程的位移为:x=h-h‘=20-12.8=7.2m;

方向向上;

答:(1)物体落地时的速度为20m/s;

(2)从开始下落到反弹达到最高点的过程中物体通过的位移为7.2m

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某同学玩拍篮球的游戏.他把篮球从距水平地面1.25m高处以某一初速度v0竖直向下拍出,与地面碰撞后反弹的速度大小是碰撞前速度大小的0.8倍,篮球上升到1.25m高处时速度刚好为零,该同学迅即又把篮球以v0的速度拍下…,不计空气足量,不计篮球与地面接触的时间,g取10m/s2,求初速度v0的大小.

正确答案

解:对篮球,由速度位移公式得:v2-v02=2gh,

由题意可知,篮球反弹后的速度:v′=0.8v,

反弹过程,由速度位移公式得:-v′2=-2gh,

代入数据解得:v0=3.75m/s;

答:初速度v0的大小为3.75m/s.

解析

解:对篮球,由速度位移公式得:v2-v02=2gh,

由题意可知,篮球反弹后的速度:v′=0.8v,

反弹过程,由速度位移公式得:-v′2=-2gh,

代入数据解得:v0=3.75m/s;

答:初速度v0的大小为3.75m/s.

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