- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
(14分)下图为仓库中常用的皮带传输装置示意图,它由两台皮带传送机组成,一台水平传送,A、B两端相距3m,另一台倾斜,传送带与地面的倾角θ=37°,C、D两端相距4.45m,B、C相距很近。水平部分AB以5m/s的速率顺时针转动。将质量为10kg的一袋大米放在A端,到达B端后,速度大小不变地传到倾斜的CD部分,米袋与传送带间的动摩擦因数均为0.5。试求:
(1)若CD部分传送带不运转,求米袋沿传送带所能上升的最大距离;
(2)若要米袋能被送到D端,求CD部分顺时针运转的速度应满足的条件
(3)在满足(2)问的情况下,求米袋从C 端到D 端所用时间的取值范围。
正确答案
(1)(2)
(3)
试题分析:(1)米袋在AB上加速时的加速度
米袋的速度达到v0=5m/s时,滑行的距离,
因此米袋在到达B点之前就有了与传送带相同的速度 ,
设米袋在CD上运动的加速度大小为a,由牛顿第二定律得:
代入数据得
所以能滑上的最大距离
(2)设CD部分运转速度为时米袋恰能到达D点(即米袋到达D点时速度恰好为零),则米袋速度减为
之前的加速度为
米袋速度小于至减为零前的加速度为
由
解得,即要把米袋送到D点,CD部分的速度
(3)米袋恰能运到D点所用时间最长为:
若CD部分传送带的速度较大,使米袋沿CD上滑时所受摩擦力一直沿皮带向上,则所用时间最短,此种情况米袋加速度一直为。由
得,
(1分)
所以,所求的时间t的范围为
(说明:若计算中选用,则结果为1.162 s ,同样给分)
先由由牛顿定律求得加速度,再由运动公式可以求得球3位移大小再由运动学公式求解
如图所示,是某质点运动的v-t图象,请回答:
(1)在0~4s内、4~8s内、10~12s内质点加速度各是多少?
(2)质点在0~12s内的位移大小是多少?
正确答案
解;(1)在0~4s内加速度a1==
=2.5m/s2,4~8s内做匀速运动,加速度为0,10~12s内加速度a1=
=
=-5m/s2
(2)图象与坐标轴所围成梯形的面积表示位移,所以质点在0~12s内的位移大小为:x=×(10+4)×10-
×2×10=60m
答:(1)在0~4s内的加速度为:2.5 m/s2,4~8s内加速度为 0,10~12s内质点加速度为-5 m/s2 (2)质点在0~12s内的位移大小是60m
酒后驾车严重威胁公众交通安全.若将驾驶员从视觉感知前方危险到汽车开始制动的时间称为反应时间,将反应时间和制动时间内汽车行驶的总距离称为感知制动距离.科学研究发现,反应时间和感知制动距离在驾驶员饮酒前后会发生明显变化.一驾驶员正常驾车和酒后驾车时,感知前方危险后汽车运动v-t图线分别如图甲、乙.
求:(1)正常驾驶时的感知制动距离s;
(2)酒后驾驶时的感知制动距离比正常驾驶时增加的距离△s.
正确答案
设驾驶员饮酒前、后的反应时间分别为t1、t2,
由图线可得t1=0.5s,t2=1.5s,汽车初速度v0=30m/s,
正常驾驶时的减速时间为t3=4.0s,由图线可得,
正常驾驶时的感知制动距离s=v0t1+t3=75m,
同理,可求出酒后驾驶时的感知制动距离s'=105m,
所以△s=s'-s=105m-75m=30m.
答:(1)正常驾驶时的感知制动距离s为75m;
(2)酒后驾驶时的感知制动距离比正常驾驶时增加的距离△s为105m.
在倾角为θ的长斜面上有一带风帆的滑块从静止开始沿斜面下滑,滑块的质量为m,它与斜面间的动摩擦因数为μ,帆受到的空气阻力方向沿斜面且大小与滑块下滑的速度大小成正比,即Ff=kv.
(1)写出滑块下滑速度为v时加速度的表达式;
(2)写出滑块下滑的最大速度的表达式;
(3)若m=2kg,θ=30°,g取10m/s2,滑块从静止开始沿斜面下滑的速度图线如图所示,图中直线是t=0时刻速度图线的切线.求μ和k的值.
正确答案
(1)滑块在斜面上受到重力、支持力、摩擦力和空气阻力作用做加速运动.
根据牛顿第二定律得:
mgsinθ-μmgcosθ-kv=ma
a=gsinθ-μgcosθ-
(2)分析上式,当v增加时,a减小,
当a=0时,v最大
vmax=
(3)图中直线是t=0时刻速度图线的切线,v-t图象中斜率代表加速度.
从v-t图可以得出vmax=2m/s
当t=0、v=0时,a=3m/s2
所以得:
10sin30°-μ×10cos30°=3
2=(sin30°-μcos30°)
解得:μ=,k=3N•s/m.
答:(1)滑块下滑速度为v时加速度的表达式是gsinθ-μgcosθ-;
(2)滑块下滑的最大速度的表达式是;
(3)μ=,k=3N•s/m.
24.(14分)
短跑名将博尔特在北京奥运会上创造了100m和200m短跑项目的新世界纪录,他的成绩分别是9.69s和19.30s。假定他在100m比赛时从发令到起跑的反应时间是0.15s,起跑后做匀加速运动,达到最大速率后做匀速运动。200m比赛时,反应时间及起跑后加速阶段的加速度和加速时间与100m比赛时相同,但由于弯道和体力等因素的影响,以后的平均速率只有跑100m时最大速度的98%,求:
(1)加速所用时间和达到的最大速度。
(2)起跑后做匀加速运动的加速度。(结果保留两位小数)
正确答案
(1)v=11.24 m/s(2) a==8.71 m/s2
(1)设加速所用时间为t(以s为单位),匀速运动的速度为v(以m/s为单位),则有
vt+(9.69―0.15―t)v=100 ①
vt+(19.30―0.15―t)×0.96v=200 ②
由①②式得 t=1.29s ③ v=11.24 m/s ④
(2)设加速度大小为a,则 a==8.71 m/s2 ⑤
匀速直线运动是______________________保持不变的运动,而匀变速直线运动是_____________________ 的运动。
正确答案
物体的瞬时速度,沿着一条直线且加速度保持不变
一宇宙空间探测器从某一星球的表面垂直升空,宇宙探测器升到某一高度,发动机关闭,其速度随时间变化如图所示,
(1)升空后8秒,24秒,32秒时的探测器运动速度分别是多少?
(2)探测器哪一时刻到达最大高度?所能达到的最大高度是多少?
(3)上升加速过程中的加速度是多少,下降过程的加速度是多少?
正确答案
(1)由图象可读出升空后8秒,24秒,32秒时的探测器运动速度分别是
64 m/s 0-32 m/s
(2)探测器24s时刻到达最大高度
由v-t图面积可求出最大高度是=768(m)
(3)上升加速过程中的加速度是a==8(m/s2)
下降过程的加速度是a2==-4(m/s2)
答:升空后8秒,24秒,32秒时的探测器运动速度分别是64 m/s-32 m/s
探测器24s时刻到达最大高度768m;上升加速过程中的加速度是a==8(m/s2);下降过程的加速度是a2=
=-4(m/s2)
如图所示,劲度系数为k的轻弹簧,左端连着绝缘介质小球B,右端连在固定板上,放在光滑绝缘的水平面上.整个装置处在场强大小为E、方向水平向右的匀强电场中.现有一质量为m、带电荷量为+q的小球A,从距B球为S处自由释放,并与B球发生碰撞.碰撞中无机械能损失,且A球的电荷量始终不变.已知B球的质量M=3m,弹簧振子的周期T=2π(A、B小球均可视为质点).
(1)求A球与B球第一次碰撞后瞬间,A球的速度v1和B球的速度v2.
(2)要使A球与B球第二次仍在B球的初始位置迎面相碰,求劲度系数k的可能取值.
(3)若A球与B球每次都在B球的初始位置迎面相碰.请你以A球自由释放的瞬间为计时起点,速度方向向右为正方向,求作A球的v-t图线(要求至少画出小球A与B球发生第三次碰撞前的图线,必须写出画图的依据).
正确答案
(1)设A球与B球碰撞前瞬间的速度为v0,
由动能定理得,qES=mv02
解得:v0=
碰撞过程中动量守恒 mv0=mv1+Mv2
机械能无损失,有mv02=
mv12+
Mv22
解得,v1=-v0=-
负号表示方向向左
v1=v0(舍)
v2=v0=
,方向向右 v2=0(舍)
(2)由(1)可知,碰撞后A球向左减速,B球以初速v0向右做简谐运动,要使m与M第二次迎面碰撞仍发生在原位置,则必有A球重新回到O处所用的时间t恰好等于B球的(n+
)T
a=
则t=2=nT+
(n=0、1、2、3 …)
t=2π
解得:k=(n=0、1、2、3 …)
(3)A球与B球的第二次前速度分别为-v1、-v2,碰撞后速度分别为v′1和v′2,应满足
碰撞过程中动量守恒-mv1-Mv2=mv′1+Mv′2
机械能无损失,有mv12+
Mv22=
mv′12+
Mv′22
解得:v′1=2v1=-v0=-方向向左,v′2=0
可见,当A球再次回到O处与B球发生第三次碰撞时,第三次碰撞是第一次碰撞的重复,此后过程将周而复始地进行,A球的v-t图线如图所示,
其中v0=,t′=
=
答:(1)A球与B球第一次碰撞后瞬间,A球的速度大小为,方向向左,和B球的速度大小为
方向向右;
(2)要使A球与B球第二次仍在B球的初始位置迎面相碰,劲度系数k的可能取值为(n=0、1、2、3 …).
(3)图象如图所示.
一个小球在光滑水平面上运动的v-t图象如图所示.求:
(1)画出前5s小球运动的s-t图象?
(2)5s内小球运动的位移?
正确答案
(1)0-2s内的速度为2m/s,图线的斜率为2m/s,2-5s内做反向匀速直线运动,图线的斜率为-1.5m/s.如右图所示
(2)小球在头5 s内的位移为
s=s1+s2
s=v1t1+v2t2
s=2×2+(-1.5)×3
s=-0.5(m)
答:(1)如图所示.
(2)5s内小球运动的位移为0.5m.
如图为某一物体的位移--时间图象,请作出此物体运动的速度--时间图象.
正确答案
在0~2s内,物体向正方向做匀速直线运动,速度v==10m/s
如图所示作出的物体运动的速度--时间图象.
一宇宙空间探测器从某一星球的表面垂直升空,假设探测器的质量恒为1500kg,发动机的推力为恒力,宇宙探测器升空到某一高度时,发动机突然关闭,如图表示其速度随时间的变化规律.
(1)升高6s、20s、40s,探测器的运动情况如何?(要求有计算过程,说清加速度和速度的具体值)
(2 ) 求探测器在该行星表面达到的最大高度
(3)计算该行星表面的重力加速度及发动机的推力(假设行星表面没有空气阻力)
正确答案
(1)前8秒,火箭匀加速上升,加速度为a1==8m/s2
速度时间关系式为:v=8t,故6s末速度为48m/s;
8s-24s火箭由于惯性继续上升,做匀减速直线运动,加速度为a2==-4m/s2
速度时间关系式为:v=64-4t
故20s时的速度为16m/s
24s-48s火箭向下做匀加速直线运动,加速度为a3==-
m/s2
速度时间关系式为:v=-t
故40s时速度为-m/s;
即升高6s时加速度为8m/s2,速度为48m/s;升高20s时加速度为-4m/s2,速度为16m/s;升高40s时加速度为-m/s2,速度为-
m/s.
(2)24s末达到最高点,由于图线与坐标轴包围的面积,故
H=×24×64=768m
即探测器在该行星表面达到的最大高度为768m.
(3)火箭减速上升的过程中,只受重力,故加速度即为重力加速度,故该星球表面重力加速度大小为4m/s2;
火箭加速过程,根据牛顿第二定律,有
F-mg=ma1
解得
F=m(g+a1)=18000N
即该行星表面的重力加速度为4m/s2,发动机的推力为18000N.
如图,质量m=2kg的物体静止于水平地面的A处,A、B间距L=20m。用大小为30N,沿水平方向的外力拉此物体,经t0=2s拉至B处。(sin37º=0.6,cos37º=0.8,g取10m/s2)
(1)求物体与地面间的动摩擦因数μ;
(2)用大小为30N,与水平方向成37°的力斜向上拉此物体,使物体从A处由静止开始运动并能到达B处,求该力作用的最短时间t。(答案可带根号)
正确答案
(1)0.5(2)s
试题分析:(1)物体做匀加速运动 (1分)
由牛顿第二定律 (1分)
(1分)
∴ (1分)
(2)设作用的最短时间为
,小车先以大小为
的加速度匀加速
秒,撤去外力后,以大小为
,的加速度匀减速
秒到达B处,速度恰为0,由牛顿定律
(1分)
∴(1分)
(1分)
由于匀加速阶段的末速度即为匀减速阶段的初速度,因此有
(1分)
∴
(1分)
∴
s(1分)
(2)另解:设力作用的最短时间为t,相应的位移为s,物体到达B处速度恰为0,由动能定理
(3分)
由牛顿定律
(1分)
∵ (1分)
s (1分)
点评:本题难度较大,对于多过程问题首先应选择好研究过程分析受力情况,利用牛顿第二定律结合运动学公式求解
一物块在粗糙水平面上,受到的水平拉力F随时间t变化如图(a)所示,速度v随时间t变化如图(b)所示(g=10m/s2).求:
(1)物块质量m.
(2)物块与水平面间的动摩擦因数μ.
正确答案
(1)从图(b)中可以看出,当t=2s至t=4s过程中,物块做匀加速运动,加速度大小为a==
m/s2=2m/s2
由牛顿第二定律,有
F2-μmg=ma
F3=f=μmg
所以 m==
kg=2kg
(2)由F3=f=μmg解得:
μ==
=0.4
答:(1)物块质量m为2kg;
(2)物块与水平面间的动摩擦因数0.4.
测得某电梯在上行起动阶段的速度如表所示:
(l)在坐标纸上描点如图所示,请在图中作出电梯在O~6Os内的速度一时间图线;
(2)由所作图线判断,在0~6Os内电梯加速度的变化情况是______.
正确答案
(1)将描出的点用平滑的曲线连接起来,如图所示:
(2)v-t图线的斜率大小表示加速度的大小,由图可以看出图象的斜率先变大后变小,最后减小到零后不变,
故电梯加速度的变化情况是:先变大后变小再不变.
故答案为:(1)如图(2)先变大后变小再不变.
通过测试得知某型号的卡车在某中路面上急刹车时加速度的大小是5m/s2。如果要求它在这种路面上行驶时在22.5m内必须停下,它的行驶速度不能超过多少大?
正确答案
15m/s
试题分析:汽车的最大初速度为,汽车做匀减速运动可等效为
反向的匀加速运动,
由 得
即,卡车行驶的最大速度不超过15m/s
点评:熟悉掌握匀变速直线运动的规律,利用速度位移关系求出初速度即可.
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