- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
(12分)如图所示,水平桌面上有一轻弹簧,左端固定在A点,自然状态时其右端位于B点。水平桌面右侧有一竖直放置的光滑轨道MNP,其形状为半径R=0.8m的圆环剪去了左上角135°的圆弧,MN为其竖直直径,P点到桌面的竖直距离也是R、水平距离是2R。用质量m=0.4kg的物块将弹簧缓慢压缩到C点,释放后物块过B点后其位移与时间的关系为,物块飞离桌边缘D点后由P点沿切线落入圆轨道。g=10m/s2,求:
(1)BD间的水平距离;
(2)滑块运动到N处时对轨道的压力;
(3)判断m能否沿圆轨道到达M点(说明理由)
正确答案
试题分析:
(1)设物块由D点以初速度v0做平抛,落到P点时其竖直分速度为vy,
竖直方向上,
水平方向上,
得
由表达式可知在桌子上过B点后初速度
,
则BD间位移x满足:
(2)mg(R+Rcos45°)=
FN-mg="m" VN2/R 得FN=(20+4)≈25.7N 4分
(3)若物块能沿轨道到达M点,其速度为vm
轨道对物块的压力为FN,则
解得FN=(1-2)mg<0
即物块不能到达M点 2分
(本题8分)我国某城市某交通路口绿灯即将结束时会持续闪烁3 s,而后才会变成黄灯,再在3秒黄灯提示后再转为红灯。2013年1月1日实施新的交通规定:黄灯亮时车头已经越过停车线的车辆可以继续前行,车头未越过停车线的若继续前行则视为闯黄灯,属于交通违章行为。(本题中的刹车过程均视为匀减速直线运动)
(1)若某车在黄灯开始闪烁时刹车,要使车在黄灯闪烁的时间内停下来且刹车距离不得大于18 m,该车刹车前的行驶速度不能超过多少?
(2)若某车正以v0=15 m/s的速度驶向路口,此时车距停车线的距离为L=48.75 m,当驾驶员看到绿灯开始闪烁时,经短暂考虑后开始刹车,该车在红灯刚亮时恰停在停车线以内。求该车驾驶员的允许的考虑时间。
正确答案
(1)12m/s;(2)反应时间不能大于0.5s
试题分析:(1)设在满足题设条件的情况下该车的最大行驶速度为
根据平均速度公式(1分)
解得(1分)
(2)该车驾驶员的允许的反应时间最大值为t,反应时间内车行驶的距离为
(1分)
从绿灯闪烁到红灯亮起,历时t0=6s,该过程中,汽车做减速运动的时间
(1分)
设汽车刹车过程中通过的位移为 (1分)
绿灯开始闪烁时,该车距停车线的距离为L
(1分)
解得 (1分)
即该车驾驶员的反应时间不能大于0.5s (1分)
(12分)A、B两列火车,在同一轨道上同向行驶,A车在前,其速度vA=10 m/s,B车在后,其速度vB=30 m/s,因大雾能见度低,B车在距A车x0=85 m时才发现前方有A车,这时B车立即刹车,但B车要经过180 m才能停止,问:B车刹车时A车仍按原速率行驶,两车是否会相撞?若会相撞,将在B车刹车后何时相撞?若不会相撞,则两车最近距离是多少?
正确答案
不会相撞,最近距离为5m
试题分析:设B车刹车过程的加速度大小为,由
可得:
解得:
设经过时间t两车相撞,则有:, 2分
即
整理得
由可知t无实数解,即两车不会相撞,速度相等时两车相距最近, 此时
此过程中
,
两车的最近距离
如右图所示,一小球从平台上水平抛出,恰好落在临近平台的一倾角为α=53°的光滑斜面顶端,并刚好沿光滑斜面下滑,已知斜面顶端与平台的高度差h=0.8 m,g=10 m/s2,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,则:
(1)小球水平抛出的初速度v0是多大?
(2)斜面顶端与平台边缘的水平距离s是多少?
(3)若斜面顶端高H=20.8 m,则:小球离开平台后经多长时间t到达斜面底端?
正确答案
(1)3m/s (2)1.2m (3)2.4s
试题分析:(1)由题意可知:小球落到斜面上并沿斜面下滑,说明此时小球速度方向与斜面平行,否则小球会弹起,所以
,
竖直方向有,
则,
解得.
(2)由
得,
水平方向.
(3)小球沿斜面做匀加速直线运动的加速度,
初速度.则
解得.(或
不合题意舍去)
所以.
点评:注意小球在接触斜面之前做的是平抛运动,在斜面上时小球做匀加速直线运动,根据两个不同的运动的过程,分段求解即可;此题关键是小球水平抛出后刚好能沿光滑斜面下滑,说明此时小球的速度方向恰好沿着斜面的方向。
有甲、乙两个物体从同一地点,同时向同一个方向运动的v-t图象如图所示,两物体在______时刻第一次相遇;在甲停止前两物体______时刻相距最远且甲在乙的前面,最远距离为______m.
正确答案
在v-t图中图象与横坐标围成的面积大小与物体发生的位移大小相等,由图可知当t=2s时,两图象与横坐标围成面积相等,说明发生位移相等,由于两物体同时从同一地点沿同一方向做直线运动,因此两物体第一次相遇的时刻是2s末;
由图象可知,在甲停止前,两物体相距最远时刻出现在乙追甲阶段,即当速度相等时,甲乙相距最远,此时t=3s,即第3秒末相距最远,
△x=x甲-x乙=×1×1m=0.5m
故答案为:第2秒末、第3秒末、0.5
(18分)一个质点由静止开始作直线运动,第1s内加速度为5m/s2,第2s内加速度为-5m/s2,第3s、第4s重复第1s、第2s内的情况,如此不断地运动下去。
(1)求1s末和2s末的速度。
(2)画出前4s质点的v—t图像。
(3)当经过时间为100s时,这个质点的位移是多少?
正确答案
(1)5m/s 0
(2)
(3)250m
试题分析:(1)由可得到 (2分)
第1s末的速度为: (3分)
第2s末的速度为: (3分)
(2)如图(5分,必须有单位、单位长度、原点、物理量的符号、数字及方向,没有标明扣1分)
(3)由(2)中的图所示,前2s的位移为其对应三角形的面积,即
由题意可知,每2s间隔的位移为5m,所以可得100s时的位移为
250(m) (5分)
答:当经过时间为100s时,这个质点的位移是250m。
(10分)如图所示,以v0=8m/s匀速行驶的汽车即将通过路口,绿灯还有T=2.5s将熄灭,此时汽车距离停车线s0=20m。该车加速时最大加速度大小为a1=2m/s2,减速时最大加速度大小为a2=5m/s2。此路段允许行驶的最大安全速度为vm=11.5m/s,该车司机准备采取立即以最大加速度做匀加速直线运动,赶在绿灯熄灭前通过停车线。
(1)你能否用学过的知识来判断司机这种做法安全吗?
(2)(如果不安全,那么为保证汽车能安全通过路口,请你对司机提出合理化建议.)
正确答案
见解析
取上述分析过程的临界状态——通过停车线时,则有
v0t+a1t2=s0 t=2s
v0+a1t = v2 v2=12m/s>vm 2分
该车司机虽然能赶在绿灯熄灭前通过停车线,但是超过了路段允许行驶的最大安全速度,因此司机这种做法不安全。 2分
建议:①立即刹车减速运动;
②采取立即匀加速运动至最大安全速度为vm=11.5m/s后,匀速通过停车线.
……
(本题的答案不唯一,只要学生论述言之有理,即可得分) 3分
本题考查匀变速直线运动的临界问题,根据通过停车线时能通过红绿灯,由位移上的关系和时间上的关系 t=2s
(9分)做匀加速直线运动的物体途中依次经过A、B、C三点,已知AB=BC=,AB段和BC段的平均速度分别为
=3m/s、
=6m/s,则
(1)物体经B点时的瞬时速度为多大?
(2)若物体运动的加速度a=2,试求AC的距离
?
正确答案
(1)5m/s(2)L=12m
本题考查匀变速直线运动推论的应用,从A到B应用速度与位移的关系列公式,同理C到B列公式,根据平均速度公式可求得AB、BC中间时刻的瞬时速度,再由几个公式联立求解
(14分)在水平地面上固定一倾角θ=37°、表面光滑的斜面体,物体A以v1=6 m/s的初速度沿斜面上滑,同时在物体A 的正上方,有一物体B以某一初速度水平抛出,如图所示,如果当A上滑到最高点时恰好被B物体击中.(A、B均可看做质点,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s2)求:
(1)物体A上滑到最高点所用的时间t;
(2)物体B抛出时的初速度v2;
(3)物体A、B之间初始位置的高度差h.
正确答案
(1)1s (2)2.4m/s (3)6.8m
试题分析:(1)物体A上滑过程中,由牛顿第二定律得:
代入数据解得:a=6m/s2
设经过t时间滑到最高点,由运动学公式:代入数据解得
t=1s
(2)平抛物体B的水平位移:
平抛速度:
(3)物体A、B的高度差为:
(15分)交管部门强行推出了“电子眼”,机动车违规现象大幅度减少.现有甲、乙两汽车正沿同一平直马路同向匀速行驶,甲车在前,乙车在后,行驶速度v0均为54km/h.当两车快要到十字路口时,甲车司机看到红灯亮起,于是紧急刹车,乙车司机看到甲车刹车后也紧急刹车(乙车司机的反应时间=0.4s,反应时间内视为匀速运动).已知甲车、乙车紧急刹车时产生的加速度大小分别为
、
.
(1)若甲司机看到红灯时车头距警戒线,要避免闯红灯,他的反应时间
不能超过多少?
(2)乙车刹车后经多长时间速度与甲车相等?
(3)为保证两车在紧急刹车过程中不相撞,甲、乙两车刹车前的距离x0至少多大?
正确答案
⑴Δt1=0.5s;⑵t=2s;⑶x0=2.4m。
试题分析:⑴甲车在司机反应时间内前进的距离为:x11=v0Δt1 ①
刹车后至停止前进的距离为:x12= ②
要使甲车避免闯红灯需要满足的条件为:x11+x12≤L ③
由①②③式联立并代入数据解得:Δt1≤0.5s,即要使甲车避免闯红灯司机的反应时间Δt1不能超过0.5s。
⑵设甲乙两车刹车后分别经过时间t1、t2速度减小为零,根据匀变速直线运动规律有:
t1==3s,t2=
=2.5s
不妨假设乙车刹车后经过时间t后,速度与甲车相等,根据匀变速直线运动速度公式有:
v0-a1(t+Δt2)=v0-a2t,代入数据解得:t=2s
显然t<t1,t<t2,即两车还未停止运动,t=2s符合题意。
⑶当甲刹车后,两车间的距离逐渐减小,若从两车都刹车时起,至两车速度相等时止,两车不能相撞,则往后两车不可能相撞,由第⑵问的求解可知,甲车刹车运动的时间为(t+Δt2),根据匀变速直线运动位移公式有:甲车的位移为:x1=v0(t+Δt2)- ④
乙车的位移为:x2=v0Δt2+v0t- ⑤
要使两车不相撞应满足:x2-x1≤x0 ⑥
由④⑤⑥式联立并代入数据解得:x0≥2.4m
即为保证两车不相撞,甲、乙两车刹车前的距离x0至少2.4m。
1935年在苏联的一条直铁轨上,有一列火车因蒸汽不足而停驶,驾驶员把货车厢甲(如图所示)留在现场,只拖着几节车厢向前方不远的车站开进,但他忘了将货车厢刹好,使车厢在斜坡上以4 m/s的速度匀速后退,此时另一列火车乙正以16 m/s的速度向该货车厢驶来,驾驶技术相当好的驾驶员波尔西列夫立即刹车,紧接着加速倒退,结果恰好接住了货车厢甲,从而避免了相撞.设列车乙刹车过程和加速倒退过程均为匀变速直线运动,且加速度大小均为2 m/s2,求波尔西列夫发现货车厢甲向自己驶来而立即开始刹车时,两车相距多远?
正确答案
100 m
取向右为正方向
t==
s=10 s, (3分)
x1=v1t=4×10 m=40 m (2分)
x2=v2t+at2=-16×10 m+
×2×102 m
=-60 m (3分)
x=x1+|x2|=40 m+60 m=100 m (2分)
答案:100 m
本题考查匀变速直线运动的相遇问题,根据公式可得
(12分)如图所示.一固定足够长的斜面MN与水平面的夹角α=37°,斜面上有一质量为m=1kg的小球P,Q是一带竖直推板的直杆。现使竖直杆Q以水平加速度a=4m/s2水平向右从斜面底N开始做初速为零的匀加速直线运动,从而推动小球P沿斜面向上运动.小球P与直杆Q及斜面之间的摩擦均不计,直杆Q始终保持竖直状态,求:(sin37°=0.6)
⑴该过程中小球P的加速度大小,直杆Q对小球P的推力大小.
⑵直杆Q从开始推动小球P经时间t=0.6s后突然停止运动并立即撤出,小球P由于惯性向上滑动达最高点到N点的距离及返回到N点所用时间?(可以用根式表示)
正确答案
(1)5m/s2 ,18.33N(2)1.65m,1.2s
试题分析(1) 对小球P进行受力分析,受力图如图所示,
根据牛顿第二定律可得
又有:
联立以上各式解得aP==5m/s2,(3分)
N1=55/3N=18.33N(3分)
(2)小球在0.6s内做匀加速直线运动,位移为:
0.6s后的速度为
撤去直杆Q后,小球P做匀减速运动,其加速度为
减速到零的位移
小球达到最高点时与N点的距离:
对小球匀减速运动直到回到N点的过程有:
解得时间为:
(10分)在消防演习中,消防队员从一根竖直的长直轻绳上由静止滑下,经一段时间落地.为了获得演习中的一些数据,以提高训练质量,研究人员在轻绳上端安装一个力传感器并与数据处理系统相连接,用来记录消防队员下滑过程中轻绳受到的拉力与消防队员重力的比值随时间变化的情况.已知某队员在一次演习中的收集的数据如图所示,
(1)求该消防队员在下滑过程中的最大速度和落地速度各是多少?(g取10m/s2)
(2)消防队员在下滑过程总位移?
正确答案
(1)4m/s,1m/s (2)5.75m
试题分析:(1)该队员先在t1=1s时间内以a1匀加速下滑.
然后在t2=1.5s时间内以a2匀减速下滑.
第1s由牛顿第二定律得:mg-F1=ma1
所以a1==4m/s2
最大速度vm=a1t1
代入数据解得:vm="4m/s"
后1.5s由牛顿第二定律得:F2-mg=ma2
a2==2m/s2
队员落地时的速度v=vm-a2t2
代入数据解得:v="1m/s"
(2) 防队员在下滑过程总位移:
(18分)如图甲所示,在PQ左侧空间有方向斜向右上的匀强电场E1在PQ右侧空间 有一竖直向上的匀强电场E2="0.4N/C,还有垂直纸面向里的匀强磁场B(图甲中未画" 出)和水平向右的匀强电场E3 (图甲中未画出),B和E3随时间变化的情况如图乙所 示,MN为距PQ边界2.295m的竖直墙壁,现有一带正电的微粒质量为4x1O 7kg电量为1xlO 5C,从左侧电场中距PQ边界m的A处无初速释放后,沿直线以1m/s速度垂直PQ边界进入右侧场区,设进入右侧场时刻t=0,取g = lOm/s2.求:
(1)PQ左侧匀强电场的电场强度E1,的大小及方向。(sin37°=0.6);
(2)带电微粒在PQ右侧场区中运动了1.5s时的速度的大小及方向;
(3)带电微粒在PQ右侧场区中运动多长时间与墙壁碰撞?()
正确答案
(1)E=0.5N/C,方向与水平方向成53º斜向上;(2) 1.1m/s, 方向水平向左;(3)
试题分析: (1)设PQ左侧匀强电场场强为E1,方向与水平方向夹角为θ.
沿水平方向有 qE1cosθ=ma 1分
沿竖直方向有 qE1sinθ=mg 1分
对水平方向的匀加速运动有 v2=2as 1分
代入数据可解得 E1=0.5N/C 1分
θ=53º 1分
即E1大小为0.5N/C,方向与水平向右方向夹53º角斜向上.
(2)带电微粒在PQ右侧场区始终满足 qE2=mg 1分
在0~1s时间内,带电微粒在E3电场中 m/s2 1分
带电微粒在1s时的速度大小为 v1=v+at=1+0.1×1=1.1m/s 1分
在1~1.5s时间内,带电微粒在磁场B中运动,周期为 s 1分
在1~1.5s时间内,带电微粒在磁场B中正好作半个圆周运动.所以带电微粒在PQ右侧场区中运动了1.5s时的速度大小为1.1m/s, 方向水平向左 1分
(3)在0s~1s时间内带电微粒前进距离 s1= vt+at2=1×1+
×0.1×12=1.05m 1分
带电微粒在磁场B中作圆周运动的半径m 1分
因为r+s1<2.295m,所以在1s~2s时间内带电微粒未碰及墙壁.
在2s~3s时间内带电微粒作匀加速运动,加速度仍为 a=0.1m/s2
在3s内带电微粒共前进距离s3=m 1分
在3s时带电微粒的速度大小为 m/s 1分
在3s~4s时间内带电微粒在磁场B中作圆周运动的半径
m=0.19m 1分
因为r3+s3>2.295m,所以在4s时间内带电微粒碰及墙壁.
带电微粒在3s以后运动情况如图
其中 d="2.295" 2.2=0.095m
sinθ=
θ=30º 1分
所以,带电微粒作圆周运动的时间为 s 1分
带电微粒与墙壁碰撞的时间为 t总=3+=
s 1分
(12分)汽车刹车后,停止转动的轮胎在地面上发生滑动,产生明显的滑动痕迹,即通常所说的刹车线.由刹车线长短可以推算出汽车刹车前的速度大小,因此刹车线的长度是分析交通事故的一个重要依据.
(1)若某汽车刹车后至停止的加速度大小为7 m/s2,刹车线长为14m.求:
①该汽车刹车前的初始速度v0的大小.
②该汽车从刹车至停下来所用时间t.
(2)某市规定,卡车在市区内行驶,速度不得超过40km/h,一次一辆飞驰的卡车紧急刹车后,经t=1.5s停止,量得路面刹车线长9m,问这车是否违章?(假定刹车后卡车做匀减速运动)
正确答案
⑴ ①14m/s ② 2s ⑵卡车违章
试题分析:(1)①据运动学公式:υt2 – υ02 =" 2as" (2分)
有:υ02 =" -" 2as =" -" 2×(- 7)×14 =142
则:υ0 =" 14" m/s (1分)
②据运动学公式:υt = υ0 + at (2分)
故:t==
s=2s (2分)
(2)平均速度 (1分)
由 得
(2分)
说明卡车违章 (2分)
扫码查看完整答案与解析