- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
汽车启动的快慢和能够达到的最大速度,是衡量汽车性能指标体系中的两个重要指标.汽车启动的快慢用车的速度从0到100 km/h的加速时间来表示,这个时间越短,汽车启动时的加速度就越大.下表中列出了两种汽车的性能指标(100 km/h取为30 m/s).
现在,甲、乙两车在同一条平直公路上,车头向着同一个方向,乙车在前,甲车在后,两车相距85 m.甲车先启动,经过一段时间t0乙车再启动.若两车从速度为0到最大速度的时间内都以最大加速度做匀加速直线运动,在乙车开出8 s时两车相遇,
则:(1)t0应该为多少?
(2)在此条件下,两车相遇时甲车行驶的路程是多少?
正确答案
(1) 6 s
分析甲、乙两车有两次相遇的情况,设甲、乙两车相遇乙车行驶的时间为t
则有
根据题目所说,在乙车开出8s相遇,因此将t=8s带入即可求得t0=6s(另外一个解答为t0=-22s,舍弃)。
(2)在第1问的基础上,甲走的位移为
试题分析:本题属于追击问题。根据题目给的已知信息,甲车加速度a1=2.5m/s2,乙车为a2=5m/s2。两辆车的运动规律可以处理为匀变速直线运动,根据数学关系S甲+85=S乙;将题目已知信息带入,即可得到时间为6s。
而在第一问的基础上得到甲的位移则通过位移公式(t=6+8=14s)即可得到位移为245m。
考点分析:解析法求解
总结评价:本题属于追击问题,在浙江省考试指导说明中明确指出不要求学生掌握,但是却可以通过v-t图像来解决该问题。因此本题通过v-t图像为最好方案。图像中所围成面积即为该位移。
一辆汽车从甲地开往乙地,所用时间为10 s,假设甲乙两地的直线距离是100 m,路程是150 m,问该汽车的平均速度和平均速率如何?
正确答案
15m/s
试题分析:依题意可知,从甲地到乙地,汽车的位移的大小
——————————————————————2分
汽车的平均速度,——————————3分
方向从甲地指向乙地———————————————————2分
汽车的平均速率——————————3分
点评:要能够理解位移的定义内容,区分开位移和路程,不能简单的认为平均速率就是平均速度的大小,要从定义的理解入手
(10分)如图所示,质量m=2.0kg的物体在水平外力的作用下在水平面上运动,物\
体和水平面间的动摩擦因数μ=0.05,已知物体运动过程中的坐标与时间的关系为
,g=10m/s2.根据以上条件,求:
(1)t=10s时刻物体的位置坐标;
(2)t=10s时刻物体的速度和加速度的大小和方向;
(3)t=10s时刻水平外力的大小.
正确答案
(1) (30,20) (2) a=0.4m/s2,沿y轴正方向 (3)1.7N
(1)由于物体运动过程中的坐标与时间的关系为,代入时间t=10s,可得:x=3.0t=3.0×10m=30m y=0.2t2=0.2×102m=20m.
即t=10s时刻物体的位置坐标为(30,20).
(2)由物体运动过程中的坐标与时间的关系为,比较物体在两个方向的运动学公式:
可求得:v0=3.0m/s a=0.4m/s2,
当t=10s时,vy=at=0.4×10m/s=4.0m/s v==
m/s=5.0m/s,
方向与x轴正方向夹角为arctan (或满足tanα=
;或53°)
在x轴方向物体做匀速运动,在y轴方向物体做匀加速运动.a=0.4m/s2,沿y轴正方向.
(3)如图所示,因为摩擦力方向与物体运动方向相反,外力与摩擦力的合力使物体加速. Ff=μmg=0.05×2×10N=1.0N
Ffx=Ff×0.6=0.6N,Ffy=Ff×0.8=0.8N,
根据牛顿运动定律:Fx-Ffx=0,解出:Fx=0.6N
Fy-Ffy=ma,解出:Fy=0.8N+2×0.4N=1.6N
F==
N=
N=1.7N
本题考查匀变速直线运动规律的应用,把时间t=10s带入坐标轴方程可求得坐标,根据坐标与时间的关系可以判断x轴方向做匀速直线运动,y轴方向做匀变速直线运动,并且根据y轴方向的方程求得加速度大小,把t=10s带入v=at公式可求得y轴方向分速度
(10分)一辆汽车在高速公路上以30m/s的速度匀速行驶,由于在前方出现险情,司机采取紧急刹车,刹车加速度的大小为5m/s2,求:
(1) 汽车刹车后20s内滑行的距离。
(2) 从开始刹车汽车滑行50m所经历的时间。
(3) 在汽车停止前3秒内汽车滑行的距离。
正确答案
(1)90(m)(2) t`="2(s)" (3) 22.5(m)
(1)由v=v0+at可知,汽车的刹车的时间t0=(v-v0)/a=(0-30)/(-5)=6s····(2分)
由于t0
X=(1/2)v0t=(1/2)*30*6=90(m)·······························(2分)
(2)设从刹车到滑行50m所经历的时间为t`
由位移公式x=v0t`+(1/2)at2可知:
50=30t`-(1/2)*5t`2 解的 t`=2(s)·························(3分)
(3)此时可将运动看成做反向的初速度为零的匀加速运动
则x1=(1/2)at2=(1/2)*5*32=22.5(m)······························(3分)
本题考查匀变速直线运动,处理汽车刹车类问题时要注意减速的时间,先由v=at判断汽车减速到零所需要的时间,在根据公式进行求解
如图甲所示,在风洞实验室里,一根足够长的细杆与水平面成θ=37°固定,质量m=1kg的小球穿在细杆上静止于细杆底端O点.现有水平向右的风力F作用于小球上,经时间t1=2 s后停止,小球沿细杆运动的部分v-t图象如图乙所示.试求:(取g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)
小题1:小球在0~2 s内的加速度a1和2~4 s内的加速度a2.
小题2:风对小球的作用力F的大小.
正确答案
小题1:-10 m/s2
小题2:F=60 N
(1)由图象可知,在0~2 s内小球的加速度为:
a1==20 m/s2,方向沿杆向上
在2~4 s内小球的加速度为:
a2==-10 m/s2,负号表示方向沿杆向下.
(2)有风力时的上升过程,小球的受力情况如图甲所示
在y方向,由平衡条件得:
FN1=Fsin θ+mgcos θ
在x方向,由牛顿第二定律得:
Fcos θ-mgsin θ-μFN1=ma1
停风后上升阶段,小球的受力情况如图乙所示
在y方向,由平衡条件得:
FN2=mgcos θ
在x方向,由牛顿第二定律得:
-mgsin θ-μFN2=ma2;联立以上各式可得:F=60 N
一辆质量为l×103kg的汽车,以20m/s的速度沿直线行驶,刹车过程中汽车受到的阻力为5×103N,假设刹车过程汽车做的是匀减速直线运动。求:
(1)刹车过程中汽车的加速度大小;
(2刹车后2s末的速度;
(3)刹车后5s内汽车通过的位移多大。
正确答案
(1)(2)2s汽车速度
(3)5s内汽车通过的位移为
试题分析:(1)刹车过程汽车匀减速运动,根据牛顿第二定律求出匀减速运动的加速度.
(2)首先判断汽车刹车到速度为零的时间和位移,然后根据运动学速度公式求出2s末的速度为零,根据位移公式求出位移。
(1)
(2)设汽车从刹车到停止的时间为t,
所以2s末汽车并未停下,其速度
(3)刹车后5s汽车已停下,所以5s内汽车通过的位移为
点评:加速度是联系力学和运动学的桥梁,因此在力与运动问题的分析中正确分析物体加速度的变化是至关重要的.
(共12分)在光滑的水平轨道上有两个半径都是的球
和
,质量分别为
和
,当两球心间的距离大于
(
比
大)时,两球之间无相互作用力;当两球心间的距离等于或小于
时,两球间存在相互作用的恒定斥力
.设
球从远离
球处以速度
沿两球心连线向原来静止的
球运动,如图所示.欲使两球不发生接触,
必须满足什么条件?
正确答案
从AB距离为l时开始,A做初速为v0的匀减速运动,加速度a1=,则有
速度v1=v0-t,位移s1=v0t-
B做初速为零的匀加速运动,加速度a2=,则有速度v2=
t,位移s2=
两球不发生碰撞的条件是v1=v2时,l+s2-s1>2r
由以上各式求得v0<
如图所示的三条直线描述了A、B、C三个物体的运动.请根据图象完成下面两题.
(1)三个物体中作加速运动的物体是______,作减速运动的物体是______,加速度最大的物体是______.
(2)计算A、B、C三个物体加速度的值.
正确答案
(1)加速运动的物体是A、B,作减速运动的物体是C.斜率表示加速度,则知加速度最大的物体是A.
(2)三个物体加速度的值分别为:
aA==
=6.25m/s2aB=
=
=0.083m/s2aC=
=
=-0.25m/s2故答案为:(1)AB,C,A
(2)三个物体加速度的值分别为:6.25m/s2,0.083m/s2,-0.25m/s2.
在距离斜坡底端10m的山坡上,一辆小车以4m/s的速度匀速向上行驶,5s后,小车又以2m/s的速度匀速向下行驶.设小车做直线运动且位移和运动方向都以沿斜坡向下为正方向:
(1)试作出小车在20s内的v-t图象和x-t图象(以小车出发点为坐标原点);(如图所示)
(2)并由图象确定小车在20s末的位置.(用文字表达)
正确答案
在前5s内小车运动的位移x1=v1t1=(-4)×5m=-20m,方向沿斜坡向上;
在后15s内小车运动的位移x2=v2t2=2×15m=30m,方向沿斜坡向下;
以小车的出发点作为坐标原点,在这20s内小车的x-t图象和v-t图象如图
由图可知小车在这20s内的位移x=10m,方向沿斜坡向下,即第20s末小车处于斜坡底端.
答:(1)如图所示
(2)由图可知小车在这20s内的位移x=10m,方向沿斜坡向下,即第20s末小车处于斜坡底端.
一辆卡车以v=12m/s的速度匀速行驶,因路口红灯,开始以a=2m/s2的加速度刹车,求:
(1)卡车在3s末的速度v
(2)卡车在第6s内的位移x1
(3)卡车在8s内的位移x2与平均速度
正确答案
(1)6m/s (2)1m (3)36m 4.5m/s
试题分析:(1)卡车减速至停止时间t=,由速度公式v=v0-at得3s末速度v=12-2×3=6m/s
(2)因6s车停,第6s内位移即为反向加速运动第1s内位移,由位移公式得x=
(3)卡车在8s内位移即6s内位移,由位移公式得x2= 由平均速度公式得
(15分)4×100m接力赛是田径比赛中一个激烈的比赛项目,甲、乙两运动员在训练交接棒的过程中发现,甲短距离加速后能保持9m/s的速度跑完全程,为了确定乙起跑的时机,需在接力区前适当的位置设置标记。在某次练习中,甲在接力区前s0处作了标记,当甲跑到此标记时向乙发出起跑口令,乙在接力区的前端听到口令时立即起跑(忽略声音传播的时间及人的反应时间),已知接力区的长度L=20m,设乙起跑后加速阶段的运动是匀加速运动。
⑴若s0=13.5m,且乙恰好在速度达到与甲相同时被甲追上,完成交接棒,则在完成交接棒时乙离接力区末端的距离为多大?
⑵若s0=16m,乙的最大速度为8m/s,并能以最大速度跑完全程,要使甲、乙能在接力区完成交接棒,则乙在听到口令后加速的加速度最大值为多少?
正确答案
⑴Δs=6.5m;⑵a=m/s2
试题分析:⑴设甲运动的速度为v,经过时间t1甲追上了乙,根据题意有:vt1-=s0
在完成交接棒时乙离接力区末端的距离为:Δs=L-
联立以上两式并代入数据解得:Δs=6.5m
⑵由题意可知,乙的加速度越大,在完成交接棒时跑过的距离越长,当在接力区的边缘完成交接棒时,乙的加速度最大,设为a,运动的总时间为:t=
乙做加速运动的时间为:t2=
乙的位移满足:L=+vm(t-t2)
联立以上各式,并代入数据解得:a=m/s2
一辆车顶光滑的平板车长L=2 m,高=O.8 m,质量M=12 kg,在牵引力为零时,仍在向前运动。车与路面的动摩擦因数为O.3,当车速为
=7 m/s时,把一个质量为m=1 kg的物体(可视为质点)轻轻地放在车顶前端,如图所示,问物体落地时,物体距车的前端有多远?(g=10m/s2)
正确答案
试题分析:由于车顶光滑,一开始小物体m并不动,此时平板车作匀减速运动,但要特别注意的是其加速度不等于,原因是地面对它的支持力为(M+m)g,而此时物体仍并没有加速度。一旦物体仍离开平板车,平板车的加速度立即变为
,根据牛顿第二定律及运动学规律,即可求解。
当小物体仍然在平板车上时,
对于平板车: (2分)
(1分)
设小物体刚从平板车上脱离时平板车的速度为
则根据 (1分)
得 (1分)
此时, (1分)
小物体m经 落地, (1分)
此时间内平板车位移 (1分)
所以平板车总位移 (2分)
(10分)把一条铁链自由下垂地悬挂在墙上,铁链长为25m,在铁链正下方距铁链下端20m处有一观察点A,当铁链自由释放后,
求:(1)铁链下端到达A点时需要多长时间?
(2)整条铁链经过A的时间是多少?(g=10m/s2)
正确答案
(1)2s (2)1s
试题分析:(1)由可知:
(2)由 (2分)得
(2分)
则链条经过A的时间为 (2分)
(8分)一物体做匀减速直线运动,一段时间(未知)内通过的位移为
,紧接着的
时间内通过的位移为
,此时,物体仍然在运动,求再经过多少位移物体速度刚好减为零。
正确答案
试题分析:据题意,在第一个t时间内从A运动到B位移为x1,
该段时间内平均速度为中间时刻瞬时速度,即v1=x1/t,
同理可以求出BC段中间时刻的瞬时速度为v2=x2/t,
据此可以求出该运动的加速度为
a= -(v2-v1)/t=(x1-x2)/t2
据匀变速直线运动的平均速度与瞬时速度关系可以求出B点速度为:
VB=(x1+x2)/2t
据v2=(vB+vC)/2可以求出C点瞬时速度为:
VC=(3x2-x1)/2t
据匀变速直线运动速度位移关系有:
VC2=2ax
解得还需经过的位移为:
X=
(14分)如图所示,地面上的人通过定滑轮用轻绳将质量为m=40kg的演员从静止开始沿竖直方向向上拉起,演员先做匀加速直线运动,再做匀减速直线运动直到静止。演员加速运动与减速运动过程中的加速度大小之比为1:4,全过程用时t=l0s,上升的高度h=l0m。忽略滑轮的质量及摩擦,求在演员上升过程中,绳子拉力对演员做功的最大功率(重力加速度g取l0m/s2).
正确答案
820W
试题分析:设演员在匀加速和匀减速时间分别是和
,加速度大小分别是
和
,最大速度为
,如图所示,
由题设知:
由运动学规律得:
加速阶段
减速阶段
联立以上各式解得
根据题设条件知匀加速运动结束时速度达最大,此时拉力对演员做功的最大功率.设演员加速上升过程中绳子的拉力为,拉力对演员做功的最大功率为
,则
解得:
故在演员上升过程中,绳子拉力对演员做功的最大功率为820N
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