- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
某人站在离地20m平台边缘,以20m/s的初速度竖直向上抛出一石块,不考虑空气阻力,g=10m/s2,求:
(1)从抛出点算起,物体上升的最大高度是多少?
(2)物体落到地面的时间是多少?
正确答案
(1)根据竖直上抛运动规律,石块上升的最大高度为:
h==
m=20m
(2)根据vt2-v02=2as
得:vt=±=±
m/sm/s=±20
m/s
由于石块落地时的速度方向与初速度相反,所以:vt=-20m/s
根据vt=v0+at得到:
t==
s=2(
+1)s
即石块从抛出到落地所用时间为2(+1)s,石块落地的速度为30m/s,方向竖直向下.
答:(1)从抛出点算起,物体上升的最大高度是20m;
(2)物体落到地面的时间是2(+1)s.
以v0=30m/s的初速度竖直向上抛出一个物体.不计空气阻力,以抛出点所在的水平面为零势能参考面,取g=10m/s2.求:
(1)上升的最大高度;
(2)在抛出点上方多高处,它的重力势能2倍于动能.
正确答案
(1)设物体上升的最大高度为H,则有
0-=-2gH,得 H=
=
m=45m
(2)设在抛出点上方h高处,它的重力势能2倍于动能,根据机械能守恒定律得
m
=mgh+
mv2
又 mgh=mv2
联立得 2mgh=m
解得 h=22.5m
答:(1)上升的最大高度为45m;
(2)在抛出点上方22.5m高处,它的重力势能2倍于动能.
月球质量是地球质量的,月球半径是地球半径的
,如果以同一初速度在地球上和月球上竖直上抛一物体.求:
(1)两者上升的最大高度之比;
(2)两者从抛出到落回原抛点的时间之比.
正确答案
对星球表面的物体有mg=G,重力加速度g=
,
故=
=
×
=
.
(1)做竖直上抛运动的物体,上升的最大高度h=,
所以=
=
.
(2)做竖直上抛运动的物体的运动时间t=,
所以=
=
.
答:(1)两者上升的最大高度之比是;
(2)两者从抛出到落回原抛点的时间之比为.
由地面竖直上抛一个物体,通过楼房上1.55 m高的窗户,需要0.1 s;当物体下落时,由下窗沿落到地面的时间为0.2 s.求物体上升的最大高度.(g取10m/s2)
正确答案
解:物体做竖直上抛运动,根据对称性,下降阶段经过窗户的时间与上升阶段经过窗户的时间相等,研究下降阶段物体经过窗户的运动,由位移公式可得物体到达窗户上沿时的速度
由速度公式可得物体落地的速度
v=v0+g(t+t')=15 m/s +10×(0.1 +0.2) m/s= 18 m/s.
根据对称性,可知物体从地面抛出时的速度也为18 m/s,即v'=18 m/s.所以,物体上升的最大高度
。
一起重机竖直吊起两个质量均为200kg的重物A和B,以4m/s的速度向上匀速运动。当物体A运动到距地面的高度为12m时,连接A、B间的绳子突然断裂,绳子断裂后,起重机的拉力保持不变,不计空气阻力,g取10m/s2,求:
(1)从绳子断裂到重物A落地所用的时间为多少?
(2)重物A落地时,重物B的速度大小为多少?
正确答案
解:(1)从断裂到落地处:S=v0t+at2/2
代入数据:12=-4+5t2 解得:t=2s
(2)两物体一起匀速上升时:F=(mA+ mB)g=2mg
B加速上升时:F-mg=ma
解得:a=10 m/s2
A落地时B的速度为:VB=V0+at
解得:VB=24m/s
一跳水运动员从离水面10 m高的平台上跃起,举双臂直体离开台面,此时其重心位于从手到脚全长的中心,跃起后重心升高0.45 m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),从离开跳台到手触水面,他可用于完成空中动作的时间是多少?(计算时,可以把运动员看做全部质量集中在重心的一个质点,g取10 m/s2,结果保留三位有效数字)
正确答案
解:如图所示,将整个过程分为上升和下降两个阶段考虑,设运动员跃起的初速度为v0,则,
故上升时间为:
设运动员从最高点到手接触水面所用时间为t2,则
可用于完成空中动作的时间为t=t1+t2=1.7 s.
将小球A以初速度vA=40m/s从地面上一点竖直向上抛出,经过一段时间△t后又以初速度vB=30m/s将球B从同一点竖直向上抛出,为了使两球能在空中相遇,试分析△t应满足什么条件.
正确答案
设A、B两球在空中运动的时间分别为tA、tB,
由竖直上抛运动的速度时间关系式
可得:tA==8s,
tB==6s
考虑△t的上限,即A球就要落回地面时才抛出B球,则B球会在地面上方与A球迎面相碰,
故应有:△t<tA
考虑△t的下限,即B球抛出后快回到地面时,被A球追上相碰,
故应由:△t>tA-tB
由题中数据vA=40m/s,vB=30m/s
即可得:2s<△t<8s
答:当△t应满足2s<△t<8s条件时,两球能在空中相遇.
A、B两小球同时从距地面高h=15m处的同一点抛出,初速度大小均为v0=10m/s.A球竖直向下抛出,B球水平抛出,空气阻力不计,重力加速度取g=l0m/s2.求:
(1)A球经多长时间落地?
(2)A球落地时,A、B两球间的距离是多少?
正确答案
(1)A球做竖直下抛运动:
h=v0t+gt2
将h=15m.v0=10m/s代入,可得:
t=1s
即A球经1s时间落地.
(2)B球做平抛运动:
将v0=10m/s.t=1s代入,可得:
此时A球与B球的距离L为:
L=
将x.y.h代入,得:
L=10m
即A、B两球间的距离是10m.
如图所示在竖直平面内建立直角坐标系XOY,OY表示竖直向上的方向.已知该平面内存在沿OX轴负方向的区域足够大的匀强电场,现有一个带电量为2.5×10-7C、质量为10-5Kg的小球从坐标原点O沿Y轴正方向以某一初速度竖直向上抛出,它到达的最高点位置为图中的Q点,其坐标为(1.6,3.2),不计空气阻力,g取10m/s2.求:
(1)指出小球带何种电荷;
(2)小球的初速度和匀强电场的场强大小;
(3)小球从O点抛出到落回X轴的过程中电势能的改变量.
正确答案
(1)带电小球所到的最高点Q在O点的右上方,说明小球有水平向右的分运动和竖直向上的分运动就竖直方向而言,初速度是竖直向上的而重力是竖直向下的,重力使竖直向上的初速度逐渐减小,而不会产生水平向右的运动.小球只受重力和电场力,只有电场力水平向右才会使小球有向右的分运动.由此可以判断电场力是水平向右的,又因为电场水平向左,所以小球带负电.
故小球带负电.
(2)对小球的两个分运动,竖直方向:小球有竖直向上的初速度V0,受重力,所以小球做竖直上抛运动.Q点是最高点意味着Q点的竖直分速度为0.由竖直上抛运动得:v0==8m/s,上式时间t=
=0.8s
水平方向:水平初速度为0,水平位移有x=,解得a=5m/s2
小球在水平方向的加速度a==
得E=200N/C
故小球的初速度为8m/s,匀强电场的场强大小为200N/C.
(3)小球从O点落回到X轴时,由于对称性,水平位移为=
a(2t
,代入数据得
=6.4m,
电场力做的功为W=qE=3.2
J,所以电势能减少了3.2×10-4J(或电势能改变量为-3.2
J).
故小球从O点抛出到落回X轴的过程中电势能减少了3.2J.
一个热气球以4 m/s2的加速度由静止从地面竖直上升,10 s末从气球上面掉下一重物,此重物最高可上升到距地面多高处?此重物从热气球上掉下后,经多长时间落回地面?(忽略空气阻力,g取10 m/s2)
正确答案
解:10 s末重物离地高度h1=4×102 m=200 m
10 s末重物的速度v1=at1=4×10 m/s=40 m/s
此后重物竖直上抛高度h2=m=80 m
最大高度h=h1+h2=280 m
从重物脱离气球到上升到最高点时间t1'=s=4 s
从最高点落回地面时间t2=s≈7.48 s
故重物从脱离气球到落回地面所经历的时间t=t1'+t2=11.48 s
在距地20m高处有一物体A自由下落,同时在物体A正下方的地面上有另一物体B以速度v0竖直上抛。(g=10m/s2)
(1)物体A自由下落的时间为多少?
(2)若B恰好上升到最高点时与A相遇,物体B的初速度v0为多少?
(3)要让A、B在B下降时相遇,则物体B的初速度v0应满足什么条件?
正确答案
解析:(1)由h=gt2,得物体A自由下落的时间t==
=2 s
(2)B速度减为零所用的时间t=①
sA=gt2②,sB=③
由sA+sB=20m ④,
得v0=10m/s⑤
(3)A、B在B下降阶段恰能相遇的临界条件是当B落地时,A刚好追上B,此时B的初速度为A、B在B下降阶段相遇的最小初速度,设此最小初速度为vmin,则: B在空中运动的时间t=⑥
此时A的位移sA=gt2=20m⑦
联立两式得:vmin=10m/s⑧
由上述分析可知,当10m/s≤v0<10m/s时,满足条件。
王兵同学利用数码相机连拍功能(此相机每秒连拍10张),记录下北京奥运会跳水比赛中小将陈若琳和王鑫在10m跳台跳水的全过程。所拍摄的第一张恰为她们起跳的瞬间,第四张如图甲所示,王兵同学认为这是她们在最高点;第十九张如图乙所示,她们正好身体竖直双手触及水面。设起跳时她们的重心离台面的距离和触水时她们的重心离水面的距离相等。由以上材料:(g取10m/s2)
(1)估算陈若琳的起跳速度。
(2)分析第四张照片是在最高点吗?如果不是,此时重心是处于上升还是下降阶段?
正确答案
解:(1)由题意得:运动员从起跳到入水所用时间为t=1.8s
设跳台高h,起跳速度为v0,由:
得:
(2)上升至最高点所用时间
拍第四张历时是0.3秒,所以还处于上升阶段
在竖直的井底,将一物块以11 m/s的速度竖直地向上抛出,物块在井口被人接住,在被人接住前1 s内物块的位移是4 m,位移方向向上,不计空气阻力,g取10 m/s2,求:
(1)物块从抛出到被人接住所经历的时间;
(2)此竖直井的深度。
正确答案
解:(1)设人接住物块前1 s时刻速度为v
则有:h′=vt′-gt′2
即4 m=v×1 m-×10×12 m
解得v=9 m/s
则物块从抛出到被人接住所用总时间为
t=+t′=
s+1 s=1.2 s
(2)竖直井的深度为
h=v0t-gt2=11×1.2 m-
×10×1.22 m=6 m
用大小为4N,方向竖直向上的力F将重G=3N的物体在空中由静止向上拉,经t1时间后,物体竖直向上的速度达到V1,此时突然撤去力F,又经t2时间后物体回到原来静止的位置,物体回到原来静止位置时速度大小为V2,试问:
(1)V1和V2的大小之比为多少?
(2)t1和t2的大小之比为多少?
正确答案
(1)t1时间匀加速,加速度为:a1==
=
m/s2
加速位移为:x1=a1
…①
加速的末速度为:v1=a1t1…②
竖直上抛运动的位移为:-x=v1t2-g
…③
竖直上抛运动的末速度为:v2=v1-gt2…④
由①②③④解得:
=
=-
故V1和V2的大小之比为1:2.
(2)由第一问解答可以知道,t1和t2的大小之比为1:1.
一杂技演员,用一只手抛球,他每隔0.4 s抛出一球,接到球便立即把球抛出,已知除抛、接球的时刻外,空中总有四个球,将球的运动看做是竖直方向的运动,不计空气阻力,=10 m/s2,求球能到达的最大高度(从抛球点算起)。
正确答案
解:每一个小球均做竖直上抛运动,根据题意并由运动的对称性,可得出至少有如图所示的状态,则
=2=
×10×0.82 m=3.2 m,即球能到达的最大高度是3.2 m
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