- 匀变速直线运动的研究
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气球以10m/s2加速度由静止从地面竖直上升,10s末从上面掉出一重物,此重物最高可上升到多少?从气球上掉出之后经多少时间落回地面?
正确答案
(1)前10s物体做初速度为零的匀加速直线运动,加速度a=10m/s2,方向向上.
10s末气球与重物的速度为:v=at=100m/s
位移为x1==500m
重物掉出后以100m/s的初速度做竖直上抛运动,上升的高度为h==500m
故此重物最高可上升H=x1+h=1000m
(2)由竖直上抛运动规律,有-x1=vt2-gt222,即
-500=100t2-5t22
故重物从气球上掉出后到落回地面所用时间为:
t2=10+10=24.14s
答:此重物最高可上升到1000m,从气球上掉出之后经24.14s时间落回地面.
某校一课外活动小组自制一枚火箭,设火箭发射后始终在垂直于地面的方向上运动。火箭点火后可认为做匀加速直线运动,经过4s到达离地面40m高处时燃料恰好用完,接着火箭做匀减速运动上升,最后再落回地面。若不计空气阻力,取g=10m/s2。求:
(1)燃料恰好用完时火箭的速度;
(2)火箭升离地面的最大高度;
(3)火箭从发射到残骸落回地面过程的总时间。
正确答案
解:(1)火箭从点火到燃料用完有:,t1=4s,
则火箭的加速度为:
火箭燃料用完的末速度为:
(2)火箭燃料用完后,做竖直上抛运动,最高时候,速度为0,有:,
,
则上升的时间为:
又上升的距离是:
火箭上升的最大高度为:H=x+=60m
(3)火箭上升到最高点后,又自由落下:H=60m,g=10m/s2
火箭从发射到落地的时间为:=
一物体由地面竖直向上抛出,运动过程中所受空气阻力是物体重力的0.2倍,则物体上升过程中的加速度大小为_______m/s2。到达最高点后再下落,在下落过程中的加速度大小为_______m/s2(重力加速度g=10m/s2)。
正确答案
12,8
物体在上升过程中受到竖直向下的重力和竖直向下的空气阻力,根据牛顿第二定律可得,解得a=1.2g=12m/s2。下降过程中受到竖直向下的重力和竖直向上的空气阻力即
,解得a=0.8g=8m/s2
(12分)在距离地面足够高的某处,以30m/s的初速度竖直向上抛出一小球,不计空气阻力的作用。求(1)8s末小球的速度大小和方向。(2)8s内小球的位移大小和方向。(3)8s内小球通过的路程是多大。()
正确答案
(1)-50m/s 方向竖直向下(2)-80m(3)8s内小球通过的路程170m
取向上方向为正方向(1)8s末小球的速度是
方向竖直向下
(2)8s内小球的位移是
(3)8s内小球通过的路程170m
本题考查竖直上抛运动规律的应用,竖直上升过程中物体做匀减速直线运动,由速度与时间的关系可求得任意时刻的速度大小和方向,由匀减速直线运动的位移和时间的关系可求得位移大小,路程是路径的长度,由上升的时间为3s可知8s末小球已经做自由落体运动,由竖直上抛运动和自由落体运动可求得路径长度
在12m高的塔上,以一定的初速度竖直上抛一物体,经2s到达地面,则①物体抛出时的速度为多大?②物体落地时的速度为多大?③物体上升的最大高度(离地面的高度)是多少?(g=10m/s2)
正确答案
①以竖直向上为正方向
-h=v0t-gt2
解得:
v0=4m/s
②由速度关系:v=v0-gt
解得:
v=16m/s
③物体上升最大高度:
hmax=
解得:
hmax=0.8m
物体距离地面的最大高度:
Hmax=hmax+h=12.8m
答:
①物体抛出时的速度为4m/s
②物体落地时的速度为16m/s
③物体上升的最大高度(离地面的高度)是12.8m
在高为h处有一物体A做自由落体运动的同时,其正下方有一物体B做竖直上抛运动.则:
(1)若要使它们能在空中相遇,则B物体的初速度应满足怎样的要求?
(2)若要使它们能在B下降过程中相遇,则B物体的初速度应满足怎样的要求?
正确答案
(1)设经过t时间相遇,在时间t内A物体的位移h1=gt2,B物体的位移大小h2=v0t-
gt2.
h1+h2=h,则v0t=h
t=
A球下落到地面的时间t1=
若要使它们在空中相遇,则t<t1,即<
所以v0>.
故v0>,两物体在空中相遇.
(2)B球竖直上抛到最高点的时间t2=,竖直上抛运动又回到抛出点所需的时间t3=
要使它们能在B下降过程中相遇,则t2<t<t3,即<
<
所以<v0<
故<v0<
,它们能在B下降过程中相遇.
一辆汽车从静止开始以5m/s2的加速度在平直公路上作匀加速直线运动,在汽车开动的同时,前方50 m处,一个人正竖直向上抛一个小球。(忽略空气阻力的影响,忽略人和车的形状和大小,g取10m/s2)。
(1)若要使小球落下时刚好碰到汽车,则抛球的人应给小球多大的初速度;
(2)若小球竖直向上运动的初速度VO=25m/s,且汽车的最大速度为72km/h,达到最大速度后汽车做匀速直线运动,问小球会与汽车相碰吗?
正确答案
(1)m/s
(2)小球与汽车不会相碰。
(1)设抛球的人赋予小球V的速度
则汽车运行50m所用的时间t1,由 X=at2
得t1==
s (2分)
小球落回抛出点所用时间t2
t2=2 (2分)
要使小球碰到汽车,则t1=t2 得 v=m/s (3分)
(2)小球从抛出到落回抛出点所需时间t2
则 t2=2=="5(s) " (2分)
汽车达到最大速度所需时间t==="4s " (1分)
4s内汽车所走的位移X1=at2=×5×42="40m " (1分)
后1s内汽车所走的位移X2=vt=20m
汽车总位移X= X1 +X2 =60m≠50,即小球与汽车不会相碰。
(1)物体从抛出到被人接住所经历的时间;(2)竖直井的深度.
正确答案
(1)1.2s(2)6m
(1)设人接住物块前1s时刻速度为v,则有h′=vt′-(1/2)gt′2即4=v×1-(1/2)×10×12
解得v=9m/s
则物块从抛出到接住所用总时间为t=(v-v0)/(-g)+t′=(9-11)/(-10)+1=1.2s
(2)竖直井的深度即抛出到接住物块的位移.h=v0t-(1/2)gt2=11×1.2-1/2×10×1.22=6m
一宇航员站在某质量分布均匀的星球表面上沿竖直方向以初速度v0抛出一个小球,测得小球经时间t落回抛出点,已知该星球半径为R,引力常量为G,求:该星球的密度.
正确答案
在给该星球上小球做竖直上抛运动
x=v0t-gt2
因为x=0
故解得g=
又因为星球表面的重力等于万有引力mg=G
则星球的质量为M==
所以星球的密度为ρ==
=
答:该星球的密度为.
月球质量是地球质量的1/81,月球半径是地球半径的1/3.8。如果分别在地球上和在月球上都用同一初速度竖直上抛出一个物体(阻力不计),两者上升高度的比为多少?
正确答案
2006年3月17日,俄罗斯“勇士”特技飞行团在我国著名旅游胜地张家界进行特技飞行表演,这次执行穿越大门山飞行任务的是俄罗斯著名的“苏-27”喷气式战斗机。工业上将喷气式飞机向后喷出燃气产生的推力和自身重力的比称为推重比,由推重比可知“苏-27”型战斗机向上加速的加速度最大可达重力加速度0.1倍。在一次零重力实验中,飞行员操纵该型号飞机,从1450 m的高度,以170 m/s的初速度沿竖直直线加速提升,30s后撤去动力,此后至多可以获得多长时间的零重力状态?(为保证安全,飞机离地面的高度不能低于1000 m,计算中g取10 m/s2,空气阻力不计)
正确答案
解:第一阶段30s内做匀加速运动,第二阶段做竖直上抛,第三阶段自由落体
0.1g
=1m/s2
v1=v0+at1=(170+1×30)m/s=200 m/s
h1=v0t+=(170×30+
)m=5550m
飞机再做竖直上抛运动:设时间为t2,上升高度为h2=
s=20s
=
m=2000m
飞机从最高点下落到距地面1000m的时间为t3,得t3=40s
失重对应的时间t=t2+t3=(20+40)s=60s
一弹性小球自h0=5m高处自由落下,当它与水平地面每碰撞一次后,速度减小到碰撞前的7/9倍,不计每次碰撞时间,g取10m/s2。计算小球从开始下落到停止运动所经时间t和通过的总路程s。
正确答案
20.3m,8s
物体甲从离地面高度h处自由下落,同时在它正下方的地面上有一物体乙以初速度v0竖直向上抛.重力加速度为g,不计空气阻力,两物体均看作质点.
(1)要使两物体在空中相碰,乙的初速度v0应满足什么条件?
(2)要使乙在下落过程中与甲相碰,v0应满足什么条件?
正确答案
(1)设经过时间t甲乙在空中相碰,甲做自由落体运动的位移
h1=gt2 ①
乙做竖直上抛运动的位移 h2=v0t-gt2 ②
由几何关系 h=h1+h2 ③
联立①②③解得 t= ④
设乙抛出后经过时间tmax落地,根据速度-时间关系有 tmax= ⑤
甲乙在空中相遇应满足 0<t<tmax ⑥
联立④⑤⑥解得 v0≥
故乙的初速度v0应满足 v0≥.
(2)在乙下落过程中,甲乙相遇应满足 <t<
⑦
联立④⑦解得 <v0<
故要使乙在下落过程中与甲相碰,v0应满足 <v0<
.
跳水是一项优美的水上运动,如图所示是2010年广州亚运会跳水比赛中小将陈若琳和汪皓赢在跳台上腾空而起的英姿。其中陈若琳的体重约为30 kg,身高约为1.40 m,她站在离水面10 m高的跳台上,重心离跳台面的高度约为0.80 m,竖直向上跃起后重心升高0.45 m达到最高点,入水时身体竖直,当手触及水面时伸直双臂做一个翻掌压水花的动作,这时陈若琳的重心离水面约为0.80 m。设运动员在入水及在水中下沉过程中受到的水的作用力大小不变,空气阻力可忽略不计,重力加速度g取10 m/s2。(结果保留2位有效数字)求:
(1)陈若琳从离开跳台到手触及水面的过程中可用于完成一系列动作的时间;
(2)若陈若琳入水后重心下沉2.2 m时速度变为零,试计算水对陈若琳的阻力大小。
正确答案
解:(1)陈若琳在上升阶段重心上移h1=0.45 m
,得t1=0.3 s
陈若琳在入水前的下降阶段重心下移了h2=10.45 m
,得
所以陈若琳从离开跳台到手触及水面的过程中可用于完成一系列动作的时间t=t1+t2=1.7 s
(2)陈若琳从最高点到入水后重心下沉h3=2.2 m时,重心总共下移h4=12.65 m,此过程应用动能定理得
mgh4-fh3=0
得f=1.3×103 N
某人站在星球上以速度v1竖直上抛一物体,经t秒后物体落回手中,已知星球半径为R,不计空气阻力,现将此物沿星球表面平抛,要使其不再落回地球,则抛出的速度至少为多大?
正确答案
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