- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
质量为m的物体以速度v0从地面竖直上抛,若以地面为参考平面,则上升的最大高度H为多少?当物体的动能和重力势能相等时物体距离地面的高度h又是多少?(不计空气阻力).
正确答案
解:(1)由v2=2gH可得:
物体上升的最大高度:H=
(2)竖直上抛运动在运动过程中只有重力做功,机械能守恒,选地面为零势能面.
抛出时的机械能为:
高为h处的机械能为:2mgh
由机械能守恒得:
=2mgh
解得:h=
答:(1)上升的最大高度H为:
(2)物体的动能和重力势能相等时物体距离地面的高度为:
解析
解:(1)由v2=2gH可得:
物体上升的最大高度:H=
(2)竖直上抛运动在运动过程中只有重力做功,机械能守恒,选地面为零势能面.
抛出时的机械能为:
高为h处的机械能为:2mgh
由机械能守恒得:
=2mgh
解得:h=
答:(1)上升的最大高度H为:
(2)物体的动能和重力势能相等时物体距离地面的高度为:
某一物体被竖直上抛,空气阻力不计.当它经过抛出点上方0.4m处时,速度为3m/s;当它经过抛出点下方0.4m处时,速度应为多少?(g=10m/s2)
正确答案
解:以向上为正方向,从抛出到经过抛出点上方0.4m处过程,根据速度位移公式,有
①
从抛出到经过抛出点下方0.4m处过程,根据速度位移公式,有
②
其中
x1=0.4m,x2=-0.4m
解得
v2=-5m/s,负号表示方向向下
即当它经过抛出点下方0.4m处时,速度应为5m/s,向下.
解析
解:以向上为正方向,从抛出到经过抛出点上方0.4m处过程,根据速度位移公式,有
①
从抛出到经过抛出点下方0.4m处过程,根据速度位移公式,有
②
其中
x1=0.4m,x2=-0.4m
解得
v2=-5m/s,负号表示方向向下
即当它经过抛出点下方0.4m处时,速度应为5m/s,向下.
如表记录了一竖直上抛运动的物体在空中运动时,位置与时刻的对应关系(取抛出点为原点O,向上为x轴的正方向,抛出时为零时刻),试证明重力加速度为g=.
正确答案
解:根据竖直上抛运动的对称性可知,物体从x1上升到最高点的时间为,经过x1位置的速度大小为 v1=g•
;
物体从x2上升到最高点的时间为,经过x2位置的速度大小为 v2=g•
;
从x2位置下落到x1位置,有:=2g(x2-x1)
联立得到 g=.
得证.
答:证明见上.
解析
解:根据竖直上抛运动的对称性可知,物体从x1上升到最高点的时间为,经过x1位置的速度大小为 v1=g•
;
物体从x2上升到最高点的时间为,经过x2位置的速度大小为 v2=g•
;
从x2位置下落到x1位置,有:=2g(x2-x1)
联立得到 g=.
得证.
答:证明见上.
A、B两球在同一竖直方向上,间距20m,二者同时运动,A自由落体、B以初速度10m/s坚直上抛,二者能否相遇?若能相遇,在何处?经过多长的时间?(取g=9.8m/s2)
正确答案
解:若要两球在空中相遇,则相遇的时间要小于B球上抛的总时间,
即满足
解得:
若要两球在空中相遇,B球上抛的初速度应满足v0>10m/s.
故两者不能相遇;
答:二者不能在空中相遇.
解析
解:若要两球在空中相遇,则相遇的时间要小于B球上抛的总时间,
即满足
解得:
若要两球在空中相遇,B球上抛的初速度应满足v0>10m/s.
故两者不能相遇;
答:二者不能在空中相遇.
气球下挂一重物,以v0=20m/s从地面匀速上升,经过12s后,悬挂重物的绳子突然断裂,那么重物经多少时间落到地面?落地的速度多大?空气阻力不计,取g=10m/s2.
正确答案
解:12s重物上升的距离为:H=v0t=20m/s×12s=240m;
对竖直上抛运动,规定竖直向上为正方向,则:
a=-g=-10m/s2,v0=20m/s,h=-240m;
根据位移时间关系公式,有:h=v0t-gt2
代入数据得:-240=20t-5t2
解得:t=(2+2)s (负值舍去)
根据速度时间公式得:
v=v0-gt=20-10×(2+2)m/s=20
m/s≈72.1m/s;
答:答:(1)重物经过(2+2)s后落地;
(2)落地的速度约为72.1m/s.
解析
解:12s重物上升的距离为:H=v0t=20m/s×12s=240m;
对竖直上抛运动,规定竖直向上为正方向,则:
a=-g=-10m/s2,v0=20m/s,h=-240m;
根据位移时间关系公式,有:h=v0t-gt2
代入数据得:-240=20t-5t2
解得:t=(2+2)s (负值舍去)
根据速度时间公式得:
v=v0-gt=20-10×(2+2)m/s=20
m/s≈72.1m/s;
答:答:(1)重物经过(2+2)s后落地;
(2)落地的速度约为72.1m/s.
一小球从离地10m高处被竖直向上抛出,测得小球从第二次经过抛出点向下到落地面用时为1s,g=10m/s2.求:
(1)小球抛出时的初速度大小;
(2)小球上升过程中离地的最大高度;
(3)若抛出后t时刻小球运动速度的大小和t时间内的平均速度大小相等,则t多大?
正确答案
解:(1)根据竖直上抛运动的对称性可知,上抛的初速度与返回出发点的速度相等,
根据得,
.
(2)竖直上抛过程中上升的高度,
则离地的最大高度H=h1+h=10+1.25m=11.25m.
(3)抛出后t时刻小球运动速度的大小和t时间内的平均速度大小相等,根据平均速度推论知,,
代入数据解得t=.
答:(1)小球抛出时的初速度大小为5m/s;
(2)小球上升过程中离地的最大高度为11.25m;
(3)t为.
解析
解:(1)根据竖直上抛运动的对称性可知,上抛的初速度与返回出发点的速度相等,
根据得,
.
(2)竖直上抛过程中上升的高度,
则离地的最大高度H=h1+h=10+1.25m=11.25m.
(3)抛出后t时刻小球运动速度的大小和t时间内的平均速度大小相等,根据平均速度推论知,,
代入数据解得t=.
答:(1)小球抛出时的初速度大小为5m/s;
(2)小球上升过程中离地的最大高度为11.25m;
(3)t为.
跳水是中国奥运代表团的重点夺金项目,中国跳水队被称为“梦之队”.设一跳水运动员从离水面l0m高的平台向上跃起,举双臂直体离开台面,此时其重心位于从手到脚全长的中点,跃起后重心升高0.45m达到最高点,落水时身体竖直,手先入水.在此过程中运动员水平方向的运动忽略不计,那么从离开跳台到手触水面,他可用于完成空中动作的时间是______s.(计算时,可以把运动员看作全部质量集中在重心的一个质点.取g=10n/s2,结果保留两位有效数字)
正确答案
解:向上跃起运动员做竖直上抛运动,设到达最高点的时间t,由位移公式,有:
h=gt12,
解得:t1==0.3s
运动员从最高点开始做自由落体运动,下落的过程中满足:
H+h=gt22,
解得:t2=,
因此,运动员从向上跃起开始算起可用于完成空中动作的时间为:
t=t1+t2=0.3s+1.7s=2s.
故答案为:2.
解析
解:向上跃起运动员做竖直上抛运动,设到达最高点的时间t,由位移公式,有:
h=gt12,
解得:t1==0.3s
运动员从最高点开始做自由落体运动,下落的过程中满足:
H+h=gt22,
解得:t2=,
因此,运动员从向上跃起开始算起可用于完成空中动作的时间为:
t=t1+t2=0.3s+1.7s=2s.
故答案为:2.
一小球竖直向上抛出,先后经过抛出点的上方h=5m处的时间间隔△t=2s,则小球的初速度v0为多少?小球从抛出到返回原处所经历的时间是多少?
正确答案
解:小球先后经过A点的时间间隔为:△t=2 s,
则上升过程中的时间为:t1==1s,
小球在A点处的速度为:vA=gt1=10 m/s;
在OA段根据公式有:vA2-v02=-2gs
得:v0=10 m/s;
小球从O点上抛到A点的时间为:
t2==
s=(
-1)s
根据对称性,小球从抛出到返回原处所经历的总时间为:
t=2(t1+t2)=2 s.
答:小球的初速度v0为10 m/s,小球从抛出到返回原处所经历的时间是2
s.
解析
解:小球先后经过A点的时间间隔为:△t=2 s,
则上升过程中的时间为:t1==1s,
小球在A点处的速度为:vA=gt1=10 m/s;
在OA段根据公式有:vA2-v02=-2gs
得:v0=10 m/s;
小球从O点上抛到A点的时间为:
t2==
s=(
-1)s
根据对称性,小球从抛出到返回原处所经历的总时间为:
t=2(t1+t2)=2 s.
答:小球的初速度v0为10 m/s,小球从抛出到返回原处所经历的时间是2
s.
将0.1kg的小球以20m/s的初速度竖直向上抛出,上升的最大高度是16m,g=10m/s2,空气阻力大小不变.求:
(1)小球所受空气阻力的大小;
(2)小球离开抛出点时的速度;
(3)全程用时多少?
正确答案
解:(1)上升过程,由动能定理得:
-(mg+f)H=0-
解得f=0.25N
(2)设小球落回抛出点时的速度为vt.根据动能定理则:
(mg-f)H=mvt2-0
解得m/s=4
m/s
上升阶段所需时间为
下降过程所需时间为
故下落时间为t=3.67s
答:(1)小球所受空气阻力的大小为0.25N;
(2)小球离开抛出点时的速度m/s;
(3)全程用时3.67s
解析
解:(1)上升过程,由动能定理得:
-(mg+f)H=0-
解得f=0.25N
(2)设小球落回抛出点时的速度为vt.根据动能定理则:
(mg-f)H=mvt2-0
解得m/s=4
m/s
上升阶段所需时间为
下降过程所需时间为
故下落时间为t=3.67s
答:(1)小球所受空气阻力的大小为0.25N;
(2)小球离开抛出点时的速度m/s;
(3)全程用时3.67s
原地起跳时,先屈腿下蹲,然后突然蹬地.从开始蹬地到离地是加速过程(视为匀加速)加速过程中重心上升的距离称为“加速距离”.离地后重心继续上升,在此过程中重心上升的最大距离称为“竖直高度”.现有下列数据:人原地上跳的“加速距离”d1=0.50m,“竖直高度”h1=1.0m;跳蚤原地上跳的“加速距离”d2=0.00080m,“竖直高度”h2=0.10m.假想人具有与跳蚤相等的起跳加速度,而“加速距离”仍为0.50m,则人上跳的“竖直高度”是多少?
正确答案
解:用a表示跳蚤起跳的加速度,v表示离地时的速度,则对加速过程和离地后上升过程分别有
v2=2ad2
v2=2gh2
若假想人具有和跳蚤相同的加速度a,令V表示在这种假想下人离地时的速度,H 表示与此相应的竖直高度,则对加速过程和离地后上升过程分别有
V′2=2ad1
V′2=2gH
由以上各式可得H=,代入数值,得:H=62.5m
即假想人具有与跳蚤相等的起跳加速度,而“加速距离”仍为0.50m,则人上跳的“竖直高度”是62.5m.
解析
解:用a表示跳蚤起跳的加速度,v表示离地时的速度,则对加速过程和离地后上升过程分别有
v2=2ad2
v2=2gh2
若假想人具有和跳蚤相同的加速度a,令V表示在这种假想下人离地时的速度,H 表示与此相应的竖直高度,则对加速过程和离地后上升过程分别有
V′2=2ad1
V′2=2gH
由以上各式可得H=,代入数值,得:H=62.5m
即假想人具有与跳蚤相等的起跳加速度,而“加速距离”仍为0.50m,则人上跳的“竖直高度”是62.5m.
竖直上抛运动是生活中常见的一种运动,研究发现其运动特点是:具有竖直向上的初速度,上升和下落阶段的加速度都是g(方向竖直向下)的匀变速直线运动.若有一个物体在距离地面120m的地方,以10m/s初速度竖直向上抛出,取g取10m/s2,则物体抛出后经过多长时间到达地面?
正确答案
解:以竖直向上为正方向,整个运动过程为匀变速直线运动,则有:
代入数据可得:t2-2t-24=0
解得:t1=6s,t2=-4s (舍去)
所以物体运动的总时间为6s
答:物体抛出后经过6s到达地面.
解析
解:以竖直向上为正方向,整个运动过程为匀变速直线运动,则有:
代入数据可得:t2-2t-24=0
解得:t1=6s,t2=-4s (舍去)
所以物体运动的总时间为6s
答:物体抛出后经过6s到达地面.
竖直上抛的物体,在上升阶段的平均速度是20m/s,则从抛出到落回抛出点所需时间为______s,上升的最大高度为______m(g取10m/s2)
正确答案
解:对于上升过程,末速度v=0,则由平均速度公式=
=
,得v0=2v=40m/s
故物体从抛出到落回抛出点所需时间为t==
s=8s,最大高度为H=
=
=80m
故答案为:8,80
解析
解:对于上升过程,末速度v=0,则由平均速度公式=
=
,得v0=2v=40m/s
故物体从抛出到落回抛出点所需时间为t==
s=8s,最大高度为H=
=
=80m
故答案为:8,80
气球下挂一重物,以v0=10m/s匀速上升,当到达离地高h=175m处时,悬挂重物的绳子突然断裂,(g取10m/s2)求:
(1)重物离地的最大高度H.
(2)从绳子断裂开始,重物经多少时间落到地面?
(3)重物落地的速度多大?
正确答案
解:(1)重物离开气球后,向上作匀减速直线运动,设向上为正方向,经h′达最高点
由0-=-2gh′
g=10m/s2
得h′==5m
故重物离地最大高度H=h+h′=180m
(2)设绳子断后重物经t时间落地
由 h=v0t-
h=-175m
得t=-5s (舍去) t=7s
(3)落地速度v=v0+gt=10-10×7=-60m/s
答:(1)重物离地的最大高度H=180m.
(2)从绳子断裂开始,重物经7s时间落到地面
(3)重物落地的速度为-60m/s
解析
解:(1)重物离开气球后,向上作匀减速直线运动,设向上为正方向,经h′达最高点
由0-=-2gh′
g=10m/s2
得h′==5m
故重物离地最大高度H=h+h′=180m
(2)设绳子断后重物经t时间落地
由 h=v0t-
h=-175m
得t=-5s (舍去) t=7s
(3)落地速度v=v0+gt=10-10×7=-60m/s
答:(1)重物离地的最大高度H=180m.
(2)从绳子断裂开始,重物经7s时间落到地面
(3)重物落地的速度为-60m/s
一个氢气球以3m/s2的加速度由静止从地面竖直上升,8s末从气球上面掉下一重物(忽略空气阻力,g取10m/s2),求:
(1)此重物最高可上升到距离地面多高处?
(2)此重物从氢气球上掉下后,经多长时间落回地面?(答案可以用根号表示)
正确答案
解:(1)8s末时速度为:v=at=24m/s
上升的高度为:m
之后物体做竖直上抛运动到达最高点,上升的高度为:m
上升的总高度为:H=h+h‘=96m+28.8m=124.8m
(2)继续上升的时间为:s
从最高点到落回地面需要的时间为:s
总时间为:t总=t1+t2=(2.4+7.1)s=9.5s
答:(1)此重物最高可上升到距离地面124.8m高处;(2)此重物从氢气球上掉下后,经9.5s时间落回地面.
解析
解:(1)8s末时速度为:v=at=24m/s
上升的高度为:m
之后物体做竖直上抛运动到达最高点,上升的高度为:m
上升的总高度为:H=h+h‘=96m+28.8m=124.8m
(2)继续上升的时间为:s
从最高点到落回地面需要的时间为:s
总时间为:t总=t1+t2=(2.4+7.1)s=9.5s
答:(1)此重物最高可上升到距离地面124.8m高处;(2)此重物从氢气球上掉下后,经9.5s时间落回地面.
一可视为质点的物体在离地很高的位置以20m/s的速度竖直上抛,不计空气阻力,则经过多长时间物体位移的大小为15m?(g取10m/s2)
正确答案
解:以向上为正,加速度为-g,是匀变速直线运动;
①若位移x=+15m,则:x=v0t-;
代入解得:t=1s或者t=3s;
②若位移x=-15m,则:x=v0t-;
代入解得:t=(2±)s;
答:则经过1s、3s、(2+)s时间,物体位移的大小均为15m.
解析
解:以向上为正,加速度为-g,是匀变速直线运动;
①若位移x=+15m,则:x=v0t-;
代入解得:t=1s或者t=3s;
②若位移x=-15m,则:x=v0t-;
代入解得:t=(2±)s;
答:则经过1s、3s、(2+)s时间,物体位移的大小均为15m.
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