- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
将质量为0.2kg的一物体由地面竖直向上抛出,空气阻力不计,上升到最高点后又下落到离地高30m时速度大小变为25m/s,以地面为零势能面,求:
(1)此时物体的机械能,
(2)物体抛出时速度的大小,
(3)物体能上升的最大高度,
(4)以向上为正方向,画出物体从抛出到此时的位移的图示.
正确答案
(1)物体的动能为:Ek1=mv2=
×0.2×252J=62.5J;
物体的重力势能为:Ep1=mgh=0.2×10×30J=60J;
故机械能为:E=Ek1+EP1=122.5J;
(2)由于只有重力做功,运动过程中机械能守恒,根据机械能守恒定律,有:
m
=E
解得:v0==
≈35m/s
(3)由于只有重力做功,运动过程中机械能守恒,根据机械能守恒定律,有:
mgH=E
解得:H==
m=61.25m;
(4)物体的位移:x=v0t-gt2=35t-5t2;
作出x-t图象,如图所示:
答:(1)此时物体的机械能为122.5J;
(2)物体抛出时速度的大小为35m/s;
(3)物体能上升的最大高度为61.25m;
(4)如图所示.
以10m/s的速度从离地面20m高处竖直向上抛出一个物体,空气的阻力可以忽略,取g=10m/s2。求:
(1)3s内物体的位移;
(2)物体能够到达的离地面的最大高度。
正确答案
(1)x=-15m
(2)25m
一个人在某一星球上以速度V竖直上抛一个物体,经时间t落回抛出点。已知该星球的半径为R,若要在该星球上发射一颗靠近该星球运转的人造卫星,则该人造卫星的速度大小为多少?
正确答案
跳水是一项优美的水上运动,图甲是2008年北京奥运会跳水比赛中小将陈若琳和王鑫在跳台上腾空而起的英姿。其中陈若琳的体重约为30kg,身高约为1.40m,她站在离水面10m高的跳台上,重心离跳台面的高度约为0.80m,竖直向上跃起后重心升高0.45m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,如图乙所示,这时陈若琳的重心离水面约为0.80m。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10m/s2。(结果保留两位有效数字)
(1)求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)陈若琳入水后重心下沉到离水面约2.2m处速度变为零,试估算水对陈若琳的阻力的大小。
正确答案
解:(1)陈若琳跃起后可看作做竖直向上的匀减速运动,重心上升的高度h1=0.45m
设起跳速度为v0,则v02=2gh1,上升过程的时间t1=
解得t1==0.3s
陈若琳从最高处自由下落到手触及水面的过程中重心下落的高度h=10.45m
设下落的时间为t2,则h=gt22 解得t2=
=
s≈1.4s
陈若琳要完成一系列动作可利用的时间t=t1+t2=1.7s
(2)从陈若琳的手触及水面到她的重心下沉到离水面约2.2m处的位移s=3.0m
手触及水面的瞬时速度v=
设水对运动员的作用力为Ff
根据牛顿第二定律得mg-Ff=ma①
又由运动学公式:0-v2=2as②
由①②解得:Ff=1.3×103N
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
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
-
=2(-g)x1 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(-g)x2 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.
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
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:
-h=v0t-gt2
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.
如图所示,质量为m=0.1kg可视为质点的小球从静止开始沿半径为R1=35cm的圆弧轨道AB由A点滑到B点后,进入与AB圆滑连接的圆弧管道BC,管道出口为C,圆弧管道半径为R2=15cm,在紧靠出口C处,有一水平放置且绕其水平轴线匀速旋转的圆筒(不计筒皮厚度),筒上开有小孔D,筒旋转时,小孔D恰好能经过出口C处,若小球射出C出口时,恰好能接着穿过D孔,并且还能再从D孔向上穿入圆筒,小球返回后又先后两次向下穿过D孔而未发生碰撞,不计摩擦和空气阻力,取g=10m/s2,问:
小题1:小球到达B点的瞬间前后对轨道的压力分别为多大?
小题2:小球到达C点的速度多大?
小题3:圆筒转动的最大周期T为多少?
正确答案
小题1:5.7N
小题2:2m/s
小题3:0.2s
2008年8月8日,第29届奥运会在北京“鸟巢”隆重开幕,开幕式上多次燃放了壮观的焰火……试求以下三个问题:
(1)花炮爆炸的高度为h=100 m,设爆炸前做竖直上抛运动,且在最高点爆炸,则花炮出炮口的速度约为多少?(g取10 m/s2)
(2)在上题中,假设花炮质量m=2kg,在炮筒中运动时间△t=0.02s,火药对花炮的平均推力是多少?
(3)花炮在100 m高空中爆炸,若忽略空气阻力,各碎块在空中运动的轨迹为__________;如果飞出的各碎片初速度大小相等,则各碎片在空中组成的形状是______________。
正确答案
解:(1)花炮做竖直上抛运动,根据其上升高度h=100 m,由运动学公式得花炮出炮口的速度
(2)设火药对花炮的平均推力为F,据动量定理:F·△t=mv-0
所以
(3)抛物线,球形
下面是一个物理演示实验,它显示:图中自由下落的物体A和B经反弹后,B能上升到比初始位置高得多的地方.A是某种材料做成的实心球,质量m1=0.28kg,在其顶部的凹坑中插着质量m2=0.10kg的木棍B.B只是松松地插在凹坑中,其下端与坑底之间有小空隙.将此装置从A下端离地板的高度H=1.25m处由静止释放.实验中,A触地后在极短时间内反弹,且其速度大小不变;接着木棍B脱离球A开始上升,而球A恰好停留在地板上.求木棍B上升的高度,重力加速度g=10m/s2.
正确答案
根据题意,A碰地板后,反弹速度的大小v1等于它下落到地面时速度的大小,即
v1=,
A刚反弹后,速度向上,立刻与下落的B碰撞,碰前B的速度
v2=.
由题意,碰后A速度为零,以v2′表示B上升的速度,根据动量守恒,有
m1v1-m2v2=m2v2′,
令h表示B上升的高度,有
h=.
由以上各式并代入数据,得
h=4.05m.
故木棍B上升的高度为4.05m.
一个做竖直上抛运动的物体,当它经过抛出点上方0.4m处时,速度是3 m/s,当它经过抛出点下方0.4m处时,速度应为多少?(g取10m/s2,不计空气阻力)
正确答案
解:抛出的物体只受重力,取向上的方向为正方向,可取整个过程分析,也可分段研究
解法一:设位移x1=0.4 m时速度为v1,到达抛出点上方0.4 m处时还能上升高度h
据题意,物体相当于从x=0.45m+0.4×2m=1.25m高处自由下落
所求速度
解法二:设位移x1=0.4 m时速度为v1,位移x2=-0.4 m时速度为v2,则:
v12=v02-2gx1,v22=v12-2g(x3-x1)
即:32=v02-2×10×0.4,v22=9-2×10×(-0.8)
解得:v2=5 m/s
解法三:由运动的上升与下降过程的对称性可知,物体回落到抛出点上方0.4 m处时,速度为3 m/s,方向竖直向下,以此点为起点,物体做竖直下抛运动,从此点开始到原抛出点下方0.4 m处的位移为x=(0.4+0.4)m= 0.8 m,那么所求的速度为这段时间的末速度,即
v=
一物体以10m/s的初速度竖直上抛,取g=10 m/s2,不计空气阻力,它何时经过出手点下方40 m?
正确答案
4s
质量为0.2kg的物体以24m/s的初速度竖直上抛,由于空气阻力,经2s达到最高点,设物体运动中所受的空气阻力大小不变,g=10m/s2,则物体上升的高度为______,物体从最高点落回抛出点的时间为______.
正确答案
物体上升到最高点做匀减速运动,则:h=t=
×2=24m;
物体向上运动时有:a1==
=12m/s2
解得:f=0.4N;
当物体向下运动时有:a2==8m/s2
所以h=a2
=24m
解得:t2=s
故答案为:24m,s.
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,现将此物体沿星球表面平抛,要使其不再落回星球,则抛出的速度至少为多少?
正确答案
在同一高度,以大小相等的速度抛出三个小球,A 球竖直上抛,B 球竖直下抛,C 球平抛.在空中飞行时间最长的为3s,飞行时间最短的为1s,求另一小球的飞行时间及C 球飞行的水平距离.
正确答案
设初速度为v0,高度为h,则:
竖直上抛:v0t1-g
=-h;
竖直下抛:v0t2+g
=h;
解得:v0=10m/s,h=15m;
平抛:h=g
,解得:t3=
s;
平抛的水平距离为:x=v0t3=10m;
答:另一小球的飞行时间为s,球C飞行的水平距离为10
m.
宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球,经过时间t小球落回原处;若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球,需经过时间5t小球落回原处。(取地球表面重力加速度g=10 m/s2,空气阻力不计)
(1)求该星球表面附近的重力加速度g';
(2)已知该星球的半径与地球半径之比为R星:R地=1:4,求该星球的质量与地球质量之比M星:M地。
正确答案
解:(1)
故:
(2),所以
可解得:M星:M地=1×12:5×42=1:80
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