- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
德兴铜矿露天矿场的一列运矿轨道车即将到站,运矿轨道车以8 m/s的初速度、2 m/s2的加速度做匀变速直线运动进入站点停靠,则:
(1) 运矿轨道车在第2 s末的速度是多少?
(2)在前3 s的平均速度是多少?
(3)在5 s内的位移是多少?
正确答案
(1)4m/s (2)5m/s (3)16 m
试题分析:(1)由于做匀减速运动,
运矿轨道车在第2 s末的速度
(2)第3s末的速度
(3)运矿轨道车从进站到停下的时间
5 s早已停下,所以
点评:中等难度。刹车问题是运动规律在实际中的运用时碰到的具体情况,在解答刹车等减速运动问题时,学生往往不加分析直接套用公式,从而造成错解,要正确解决此类问题,首先判断出物体究竟用多长时间,然后才能根据相应的时间带入合适的公式求解。
小车在水平面上向左作直线运动,车厢内用OA、OB两细线系住小球。球的质量m=4千克。线OA与竖直方向成q=37°角,线OB水平。如图所示。g取10米/秒2,求:
小题1:小车以5米/秒的速度作匀速直线运动,求OA、OB两绳的张力?
小题2:当小车改作匀减速直线运动,并在12.5米距离内速度降为零的过程中,OA、OB两绳张力各多大?
小题3:使OB绳所受拉力为零时,小车的加速度大小。
正确答案
小题1:
小题2:
小题3:
小题1:小车以5米/秒的速度作匀速直线运动,受重力、绳子OA的拉力,绳子OB的拉力平衡,则有,
,解得
,
小题2:小车做匀减速运动,加速度大小为,竖直方向有
,水平方向有
,解得
,
小题3:使OB绳所受拉力为零时,,
,解得
(11分)如图所示,A是一个质量为1×10-3kg表面绝缘的薄板,薄板静止在光滑的水平面上,在薄板左端放置一质量为1×10-3kg带电量为q=1×10-5C的绝缘物块,在薄板上方有一水平电场,可以通过开关控制其有、无及方向.先产生一个方向水平向右,大小E1=3×102V/m的电场,薄板和物块开始运动,作用时间2s后,改变电场,电场大小变为E2=1×102V/m,方向向左,电场作用一段时间后,关闭电场,薄板正好到达目的地,物块刚好到达薄板的最右端,且薄板和物块的速度恰好为零. 已知薄板与物块间的动摩擦因数µ=0.1,(薄板不带电,物块体积大小不计,g取10m/s2)求:
(1)在电场E1作用下物块和薄板的加速度各为多大;
(2)电场E2作用的时间;(3)薄板的长度和薄板移动的距离.
正确答案
(1)
(2)
(3)
试题分析:(1)对物块受力分析向右的电场力和向左的摩擦力:
对薄板水平方向仅受到滑动摩擦力作用
(2)经t1=2s时 物块 向右
薄板 向右
经2秒后,电场反向,物块作匀减速运动 向左
薄板仍受到滑动摩擦力加速度不变,仍为 向右,
当两者速度相等时,物块恰好到达薄板最右端,以后因为,而不可能滑块匀速滑板匀加速,所以物块和薄板将一起作为整体向右以
向右作匀减速直到速度都为0.
共同速度为
解得
物块和薄板获得共同速度至停止运动用时
第二次电场作用时间为
(3)经t1=2s时 物块运动 薄板运动
薄板在t2时间内位移
物块在t2时间内位移为
薄板长度
薄板右端到达目的地的距离为
(10分)动车组列车(如图17所示)是由几节自带动力的车厢(动车)加几节不带动力的车厢(拖车)编成一组,它将动力装置分散安装在多节车厢上。在某次试运行中共有4节动车和4节拖车组成动车组,每节动车可以提供Pe=750kW的额定功率,每节车厢平均质量为m=20t。该次试运行开始时动车组先以恒定加速度a=0.5m/s2启动做直线运动,达到额定功率后再做变加速直线运动,总共经过550s的时间加速后,动车组便开始以最大速度vm=270km/h匀速行驶。设每节动车在行驶中的功率相同,行驶过程中每节车厢所受阻力相同且恒定。求:
(1)动车组在匀加速阶段的牵引力大小;
(2)动车组在整个加速过程中每节动车的平均功率;
(3)动车组在整个加速过程中所通过的路程(计算结果保留两位有效数字)。
正确答案
(1)1.2×105N (2) 715.9kW (3) 28km
试题分析:设动车组在运动中所受阻力为Ff,动车组的牵引力为F,
动车组以最大速度匀速运动时,F=Ff
动车组总功率 P=Fvm=Ff vm ,P=4Pe (1分)
解得 Ff =4×104N
设动车组在匀加速阶段所提供的牵引力为Fʹ,
由牛顿第二定律有 Fʹ- Ff= 8ma (1分)
解得 Fʹ=1.2×105N (1分)
(2)设动车组在匀加速阶段所能达到的最大速度为v,匀加速运动的时间为t1,
由P=Fʹv 解得 v=25m/s (1分)
由运动学公式 v=at1 解得t1=50s
动车在非匀加速运动的时间 t2=t-t1=500s (1分)
动车组在加速过程中每节动车的平均功率
代入数据解得 =715.9kW(或约为716kW) (2分)
(3)设动车组在加速过程中所通过的路程为s,由动能定理
(1分)
解得 s=28km (2分)
如图所示,足够长的光滑斜面倾角θ=30°,一个带正电、电量为q的物体停在斜面底端B。现在加上一个沿斜面向上的场强为E的匀强电场,在物体运动到A点时撤销电场,那么:
(1)若已知BA距离x、物体质量m,则物体回到B点时速度大小多少?
(2)若已知物体在斜面上运动的总时间是加电场时间的2倍,则物体的质量m是多少?
正确答案
(1);(2)
。(3)
试题分析:
(1)物体由B运动再返回的过程中,重力做功为零,电场力做功为,根据动能定理得:
(1)
解得 (2);
由于回到原来位置,即位移为零,则: ( 3),
得 ( 4),
(2)设加电场时的时间为t1,该过程末速度大小为v1,返回到原点速度大小为v2,根据题意,整个过程如图所示。那么两过程加速度大小分别为
(5 ),
( 6),
可见 (7 )
则 ( 8)。
再对物体在斜面上受力分析:
有电场时受到沿斜面向上的电场力、重力、支持力,根据牛顿第二定律, ( 9)
没有电场时受到重力、支持力,根据牛顿第二定律, (10 ),
由于,代入(9)、(10)可得:
(11)
如图所示,光滑绝缘的正方形水平桌面边长为d =" 0.48" m,离地高度h =" 1.25" m。桌面上存在一水平向左的匀强电场(其余位置均无电场),电场强度E = 1×104 N/C。在水平桌面上某一位置P处有一质量m =" 0.01" kg,电量q = 1×10-6 C的带正电小球以初速v0=1m/s向右运动。空气阻力忽略不计,重力加速度g ="10" m/s2
(1)求小球在桌面上运动时的加速度;
(2)P处距右端桌面多远时,小球从开始运动到最终落地的水平距离最大,并求出该最大水平距离。
正确答案
(1)(2)距桌面右端3/8m处放入,有最大水平距离为5/8m
(1) ………(2分) 方向:水平向左(1分)
(2)设球到桌面右边的距离为x1,球离开桌面后作平抛运动的水平距离为x2
………(1分)
由………(2分)
代入得 v==
………(1分)
设平抛运动的时间为t
………(2分)
代入得………(1分)
故
………(2分)
令则
当 即
时,(2分)水平距离最大
最大值为:………(2分) 距桌面右端3/8m处放入,有最大水平距离为5/8m
如图所示,某滑道由AB、BC、CD三段轨道组成,轨道交接处均由很小的圆弧平滑连接(不考虑能量损失),其中轨道AB段是光滑的,水平轨道BC的长度,轨道CD足够长且倾角
,A点离轨道BC的高度为
4.30m。现让质量为m的小滑块自A点由静止释放,已知小滑块与轨道BC、CD间的动摩擦因数都为μ=0.5,重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。试求:
小题1:小滑块第一次到达C点时的速度大小
小题2:小滑块第一次和第二次经过C点的时间间隔
小题3:小滑块最终静止的位置距B点的距离
正确答案
小题1:
小题2:
小题3:
(1)小物块第一次从A到C的过程中,由动能定理得
将、s、
、g代入得:
(4分)
(2)第一次冲上CD轨道上升的高度最大,上升过程的加速度大小为
上升的时间 (2分)
则沿斜面上升的距离最大值为
返回时小滑块做匀加速运动,加速度
从最高点返回到C点所用的时间
(2分)
故小滑块第一次和第二次经过C点的时间间隔
(2分)
(3)小球返回到C点的速度满足
从C点向左的过程,由动能定理得
带入数字解得 (4分)
(9分) A火车以v1="10" m/s速度匀速行驶,司机发现前方同轨道上相距50 m处有另一列火车B正以v2="5" m/s速度匀速行驶,A车立即做加速度大小为a的匀减速直线运动.要使两车不相撞,a应满足什么条件?
正确答案
a>0.25m/s2
试题分析:由两车恰不相撞的条件以及物体运动的位移关系列方程即可求得结论
两车恰不相撞的条件是两车速度相同时恰好相遇,设物体运动的加速度为a′ 则:
v2=v1-a′t (2分)
对A:s1=v1t-a′t2 (2分)
对B:s2=v2t (1分)
又有位移关系:s1=s2+s0 (1分)
a′= =" 0.25" m/s2 (2分)
则a>0.25m/s2 (1分)
如图所示,一水平的传送带长为20m,以2m/s的速度匀速顺时针转动。已知该物体与传送带间的动摩擦因数为0.1,现将该物体由静止轻放到传送带的A端。求物体被送到另一端B点所需的时间。(g取10m/s2)
正确答案
11s
试题分析:小球放在A端,初速度0,相对传送带向左运动 ,滑动摩擦力向右,根据牛顿第二定律有得
,当A加速都等于传送带速度
时,与传送带相对静止,没有摩擦力,此后为匀速运动
匀加速阶段得匀加速的位移
匀加速时间
那么匀速运动的位移为,匀速运动的时间
所以被运送到另一端的时间为
在空中某点竖直上抛物体经8s落地,其v-t图象如图所示,抛出后经______s到达最大高度,最高点离地面高度是______m,抛出点的高度是______m.
正确答案
当速度v为零时,到达最高点,由图读出时间t=3s.
物体在3~8s内图象的“面积”S=m=125m,
则最高点离地面高度是125m.
由图求出物体上升的最大高度H=m=45m
抛出点的高度是h=S-H=80m.
故本题答案是:3,125,80.
一辆值勤的警车停在公路边,当警员发现从他旁边以v0=8m/s的速度匀速行驶的货车有违章行为时,决定前去追赶。经2.5,警车发动起来,以加速度
做匀加速运动,试问:
(1)警车要多长时间才能追上违章的货车?
(2)在警车追上货车之前,两车间的最大距离是多大?
正确答案
⑴ 10s ⑵36m
试题分析:(1)追上时两车位移相等,即x警=x货
代入数据,可得t2=10s,即10s追上货车。
(2)由题意两车速度相等时,相距最大
由货 (2分)
(1分)
货 (2分)
(2分)
最大距离货 (1分)
(10分)一辆汽车在平直的公路上以20m/s的速度匀速行驶,司机发现前方80m处有人骑一辆自行车,正以4m/s的速度匀速行驶,设汽车司机的反应时间为2s,之后才立即刹车。
(1)若汽车刹车时的加速度为,问汽车能否撞上前面的自行车?
(2)为了避免发生车祸,司机刹车的加速度应满足什么条件?
正确答案
(1)汽车能撞上前面的自行车
(2)司机刹车的加速度应满足的条件是:
试题分析:汽车在反应时间内做匀速直线运动,刹车后做匀减速直线运动,两车在速度相等前,汽车的速度大于自行车的速度,两者的距离逐渐减小,若不相撞,两者有最小距离,速度相等后,两者的距离逐渐增大。判断是否相撞,即判断速度相等时汽车与自行车的位移关系。
(1)设司机反应时间结束时两车相距,则
设汽车的速度减为的时间为
,汽车发生的位移为
,人与自行车的位移为
,由运动学公式得
解得:
解得:
解得:
有96m-48m>32m,显然能撞上。
(2)若汽车恰好撞不上自行车,则两者接触时的速度正好相等,此时加速度有最小值。
设此过程用的时间为,由运动学公式得
又
以上各式联立解得: ,
故司机刹车的加速度应满足的条件是:
一水平传送带AB长为20m,以2m/s的速度顺时针做匀速运动,已知物体与传送带间动摩擦因数为0.1,则把该物体由静止放到传送带A端开始,运动到B端所需的时间是多少?(g=10m/s2)
正确答案
11s
试题分析::物体在传送带上只受摩擦力的作用由牛顿运动定律得μmg="ma"
代入数据得a=μg=1m/s2
物体在传送带上的加速时间t1=v/a=2s
物体在传送带上加速运动的距离x1=at2=2m
匀速运动的距离x2=x-x1=20m-2m=18m
匀速运动的时间t2=x2/v=9s
所以物体从A端运动到B端的时间为t=t1+t2=11s
(12分)某一做直线运动的物体的图象如图所示,根据图象求:
(1)物体距出发点的最远距离;
(2)前4物体的位移;
(3)前4内通过的路程。
正确答案
⑴ 6m ⑵ 5m ⑶ 7m
试题分析:(1)最远距离,
(2)前4s位移
(3)前4内通过路程
(9分)下图是《驾驶员守则》中的安全距离图示和部分安全距离表格.
请根据该图表计算
(1)如果驾驶员的反应时间相同,请计算表格中A=? ;
(2)如果刹车的加速度相同,请计算表格中B=?,C=?;
(3)如果刹车的加速度相同,一名喝了酒的驾驶员发现前面50 m处有一队学生正在横穿马路,此时他的车速为72 km/h,而他的反应时间比正常时慢了0.1 s,请问他能在50 m内停下来吗?
正确答案
(1)20 m(2)40 m,60 m(3)不能
试题分析:(1)反应时间为t=0.9 s
A=="20" m. (2分)
(2)根据,得
代入数据得:B="40" m(2分)
(或者先求出加速度a,再求出B)
C="A+B=60" m. (2分)
(3)司机的反应距离为
s="vt=20×(0.9+0.1)" m="20" m (1分)
司机的刹车距离为x=="32.4" m (1分)
停车距离L="s+x" ="52.4" m,52.4 m>50 m,故不能在50 m内停下来. (1分)
点评:熟知汽车停车过程,反应时间是驾驶员对发现危险到进行制动操作这一过程中的时间,在反应时间里汽车正常行驶做匀速直线运动,制动后汽车做匀减速直线运动,已知初速度、末速度和加速度求匀减速运动的位移.
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