- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
(8分)如图所示,水平面上A、B两点相距甲球从B点向右做匀速运动的同时,乙球从A点由静止向右做匀加速运动,到达B点后以B点的速度匀速运动.乙球从开始运动,到追上甲球所用的时间t="l" s,运动的位移
,求;
(1)甲球的速度;
(2)乙球加速过程所用的时间和加速度.
正确答案
(1);(2)
;
试题分析:(1)甲球做匀速运动
①
②
(2)对乙球,设加速度时间为t,加速度为a,由公式
③
④
代入数据得
⑤
⑥
评分标准:③④每式2分其余各1分
如图所示,在水平地面上有一个长L=1.5m,高h = 0.8m的长方体木箱,其质量为M=1kg,与地面间的动摩擦因数μ=0.3。在它的上表面的左端放有一质量为m= 4kg的小铁块,铁块与木箱间的摩擦不计。开始它们均静止。现对木箱施加一水平向左的恒力F=27N。(g=10m/s2)求:
(1)经过多长时间铁块从木箱上滑落?
(2)铁块滑落前后木箱的加速度与
大小之比。
(3)铁块着地时与木箱右端的水平距离S。
正确答案
(1)(2)
(3)4.32m
试题分析:(1)(5分) (2分)
代入数据得: (1分)
(2分)
(2)(4分) (2分)
代入数据得: (1分)
(1分)
(3)(5分) (2分)
(1分)
(2分)
点评:难度中等,本题虽然过程相对简单,但两物体有分离的过程,所以应该从空间上可时间上弄清楚两物体间的关系
杂技中的“顶竿”由两个演员共同表演,站在地面上的演员肩部顶住一根长竹竿,另一演员爬至竹竿项端完成各种动作后下滑。若竿上演员自竿项由静止开始下滑,滑到竿底时速度正好为零。已知竹竿底部与下面顶竿人肩部之间有一传感器,传感器显示竿上演员自竿项滑下过程中顶竿人肩部的受力情况如图所示。竿上演员质量为,长竹竿质量
,
,
(1)求竿上的人下滑过程中的最大速度。
(2)请估测竹竿的长度。
正确答案
(1) (2)
试题分析:(1)在演员下滑的前4秒,顶竿人肩部对竿的支持力为F1=460N,竿和上面的演员总重力为500N,人匀加速下滑,加速度为a1,。
在演员下滑的4秒到6秒,顶竿人肩部对竿的支持力为F2=580N,竿和上面的演员总重力为500N,人匀减速下滑,加速度为a2,。
演员由静止下滑,下滑4s后达到最大速度,有
。
(2)在演员下滑的前4秒,可看成匀加速下滑,下滑距离为h1,。
在演员下滑的后2秒,可看成匀减速下滑,下滑距离为h2,。
竹竿的长度。
一个物体原来静止在光滑的水平地面上,从t=0开始运动,在第1、3、5……奇数秒内做加速度为2m/s2的匀加速直线运动,在第2、4、6……偶数秒内以前一奇数秒末的速度做匀速直线运动,问经过多长时间物体位移的大小为60.25m?
正确答案
10.5s
物体在第1s内的位移s1=
物体在第2s内的位移,
物体在第3s内的位移s1=
物体ns内位移s=1+2+3+……+n=(3分)
则10s<n<11s
前10s位移s=55m(2分)
另10s末物体速度为v=10m/s(2分)
则vt+at2=
-s(4分)
代入数据得t=0.5s
故物体运动时间为10.5s(2分)
人类受小鸟在空中飞翔的启发而发明了飞机,小鸟在空中滑翔时获得向上的举力可表示为F=kSv2,式中S为翅膀的面积,v为小鸟飞行的速度,k为比例系数,一小鸟质量为120g,翅膀面积为S1,其水平匀速滑翔的最小速度为12m/s。假定飞机在跑道上滑行时获得向上的举力与小鸟滑翔时获得的举力有同样的规律。现有一架质量为3200kg的飞机,其机翼面积为600S1,若它在跑道上由静止开始匀加速滑行,加速度a=5m/s2,求此飞机起飞前在跑道上滑行的距离。
正确答案
640m
试题分析:小鸟飞行时获得向上举力与重力平衡
飞机起飞时获得的举力与重力平衡,则k×600
代入数据解得:m/s
根据运动学公式
得飞机起飞前在跑道上滑行的距离m
(9分)质量为m=2kg的物体原静止在粗糙水平面上, 现对该物体施加一与水平方向夹角θ=37º的斜向上拉力F=10N,如图所示,经t=10s后撤去力F,再经过一段时间,物体又静止,已知物体运动过程中的最大速度是5m/s。(sin37º=0.6)求:
(1)物体与水平面间的动摩擦系数μ是多少?
(2)物体运动的总位移是多少?(g取10m/s2。)
正确答案
(1)μ="0.5" (2)
试题分析:(1)前10s一直做匀加速运动,
则: (1分)
物体的加速度为: (1分)
由: (2分)
它们之间的动摩擦系数μ=0.5 (1分)
(2)前10s的位移: (1分)
接下来物体做匀减速度运动
加速度: (1分)
位移: (1分)
则总位移 (1分)
两根完全相同的光滑细直杆上各套有一个完全相同的小球,且两杆均与水平面成角放置,将两小球均从离地面10m高处由静止释放,如图甲、乙所示。在水平向右的风力作用下,A球保持静止,B球沿细直杆下滑。求B球滑到地面所需的时间。(结果保留三位有效数字)(
)
正确答案
1.67s
试题分析:设风力为F,对A受力分析后由平衡条件得:
解得:风力
对B受力分析,由牛顿第二定律得:
解得B运动的加速度:
由运动学公式
由几何关系得:
解得B下滑所用时间:
一般来说,正常人从距地面1.5m高处无初速跳下,落地时速度较小,经过腿部的缓冲,这个速度对人是安全的,称为安全着地速度。如果人从高空跳下,必须使用降落伞才能安全着陆,其原因是,张开的降落伞受到空气对伞向上的阻力作用。经过大量实验和理论研究表明,空气对降落伞的阻力f与空气密度ρ、降落伞的迎风面积S、降落伞相对空气速度v、阻力系数c有关(由伞的形状、结构、材料等决定),其表达式是f=cρSv2。根据以上信息,解决下列问题。(取g=10m/s2)
(1)在忽略空气阻力的情况下,计算人从h=1.5m高处无初速跳下着地时的速度大小v0(计算时人可视为质点);
(2)在某次高塔跳伞训练中,运动员使用的是有排气孔的降落伞,其阻力系数c=0.90,取空气密度ρ=1.25kg/m3。降落伞、运动员总质量m=80kg,张开降落伞后达到匀速下降时,要求人能安全着地,降落伞的迎风面积S至少是多大?
(3)从跳伞塔上跳下,在下落过程中,经历了张开降落伞前自由下落、张开降落伞后减速下落和匀速下落直至落地三个阶段。如图是通过固定在跳伞运动员身上的速度传感器绘制出的从张开降落伞开始做减速运动至达到匀速运动时的v-t图像。根据图像估算运动员做在0-3s时间内运动员下落高度h.。
正确答案
(1)5.5m/s(2)47.4m2(3)25m
试题分析:(1)人从1.5m高处跳下着地时的安全速度v0大小为
=
m/s=5.5m/s
(2)由(1)可知人安全着陆的速度是m/s,跳伞运动员在空中匀速下降时空气阻力大小等于运动员的重力,则
解得
(3)由v-t图线和时间轴所围面积可知,在0~3s时间内运动员下落高度h=25m(23.6m ~ 26.4m均认为正确)
一质点在Ox坐标轴上运动,t=0时,位于坐标原点,右图为质点做直线运动的v-t图象,则由图象可知,t=______S时,质点与坐标原点有最大距离,从t=0到t=20s,质点位
移为______m,路程为______m.
正确答案
由图象可知,物体前10秒内做初速度为10m/s匀减速直线运动,10s末速度为零,所以此时质点与坐标原点距离最大.
前10秒内的位移x1==50m
10s--20s内,物体做反方向的匀加速直线运动,20秒末回到出发点,
10s--20s内物体位移x2==-50m
所以前20s内位移x=x1+x2=0
总路程:s=200m
故答案为:10s,0,100m
升降机从地面由静止开始向上作运动,其速度图象如图所示.当升降机速度为-4m/s时,离地的高度为______m;经历的时间为______s.
正确答案
根据速度图象的斜率等于物体的加速度得:
减速运动的加速度a==-
m/s2
所以速度从零增加到4m/s的时间为:t==
=12.8s
所以经历的时间为24+12.8=36.8s
离地面的高度等于图线与t轴所围“面积”,则有
h=×24×5-
×4×12.8=34.4m
故答案为:34.4 36.8
如图所示,质量M=100kg的平板车静止在水平路面上,车身平板离地面的高度h=1.25m。质量m=50kg的小物块(可视为质点)置于车的平板上,到车尾的距离b=1.0m,物块与车板间、车板与地面间的动摩擦因数均为=0.20。今对平板车施一水平恒力,使车向右行驶,结果物块从车板上滑落。物块刚离开车板的时刻,车向右行驶的距离
=2.0m。求:
(1)物块在车板上滑行时间;
(2)对平板车施加的水平恒力F;
(3)物块落地时,落地点到车尾的水平距离。(取g=10m/s2)
正确答案
(1)t1=1s (2)F=800N (3)1.75m
试题分析:(1)对物块有:s1=s0-b,f1=µmg=ma1,s1=a1t12/2,可得t1=1s
(2)对小车有:
F-µmg-µ(M+m)g=Ma2
S0=a2t12/2
则有F=800N
(3)v1=a1t1=2m/s
V2=a2t2=4m/s
h=gt2/2 t=0.5s
对物块有:s1’=v1t=1m
对小车有:F-µmg=Ma2 s2’=v2t+a2’t2/2=2.75m
Δs=s2’-s1’=1.75m
(8分)一质点以一定的初速度冲上
一倾角为θ的斜面,结果最后静止在斜面上,如图所示,在第1 s内位移为6 m,停止运动前的最后1 s内位移为2 m,求:
(1)在整个减速运动过程中质点的位移大小;
(2)整个减速过程共用多少时间。
正确答案
(1)8 m (2)2 s
(1)设质点做匀减速运动的加速度大小为a,初速度为v0.由于质点停止运动前的最后1 s内位移为2 m,对整个过程逆向考虑,则x2=a
所以a==
m/s2="4" m/s2.
质点在第1 s内位移为6 m,x1=v0t1-a
,
所以v0==
m/s="8" m/s.
在整个减速运动过程中质点的位移大小为:
x==
m="8" m.
(2)对整个过程逆向考虑x=at2,
所以t==
s="2" s.
本题考查匀变速直线运动规律的应用,把匀减速直线运动看做反方向的匀加速直线运动,由平均速度等于中间时刻的瞬时速度可求得最后1s中间时刻的瞬时速度,再由位移与时间的关系式可求得加速度大小,同理由速度与时间的关系可求得初速度大小
一同学在探究匀变速直线运动的速度与时间的关系时,利用了如图所示的装置,设该同学使小球以2 m/s的速度从A点滑上光滑的斜面,到达B点后返回,如果整个过程中小球的加速度为4 m/s2,且方向始终沿斜面向下,试求出小球从A点出发经1.5 s时的速度.
正确答案
4 m/s,方向沿斜面向下
解法一:分段法,小球从A点到达B点所用的时间为t1= s="0.5" s
小球从B点再下滑的时间为
t2=t-t1="1.5" s-0.5 s="1" s
则小球从A点出发经1.5 s时的速度为v=0+at2=0+4×1 m/s=4 m/s
方向沿斜面向下.
解法二:整体法,小球在整个过程中加速度大小始终为4 m/s2,且方向始终沿斜面向下,所以小球在向上和向下运动的整个过程中做匀变速直线运动,如果取初速度v0的方向为正方向,则有v=v0+at=2 m/s+(-4)×1.5 m/s=-4 m/s.
负号说明小球的速度方向与规定的正方向相反,即沿斜面向下.
某学校研究性学习小组对一辆自制小遥控车性能进行研究.他们让这辆小车在水平地面上由静止开始运动,并将小车运动的全过程记录下来,通过数据处理,得到如图所示的v-t图象,已知小车在0~2s内做匀加速直线运动,2~10s内小车牵引力的功率保持不变,在10s末停止遥控,关闭电动机,让小车自由滑动,小车质量m=1kg,整个过程中小车受到的阻力大小不变.则2~10s内小车牵引力的功率是______,小车在13s内摩擦阻力所做的功为______.
正确答案
在7~10s内小车匀速运动故F=f,所以P=Fv=fvmax=8f
而在0~2s内小车的加速度a==
=2m/s2根据牛顿第二定律F合=ma
即F-f=ma
所以F=f+ma=f+1×2=f+2
故在t=2s时有P=(f+2)×4
由于在2~10s内牵引力的功率保持不变
所以f×8=(f+2)×4
解得f=2N
所以t=10s时牵引力的功率P=2×8=16W
摩擦力在0~2s内所做的功W1=-fx1=-2×=-8J
根据动能定理2~10s对小车有P△t+W2=mv2-
mv22
解得W2=-P△t+(mv2-
mv22)=-16×8+
×1×(64-16)=-128+24=-104J
在10~13s时间内小车做匀减速运动,其加速度a′=-=-2m/s2,
所以在t=13s时物体的速度v3=vmax+a′×(13-10)=8-2×3=2m/s
故在10~13s内阻力对小车所做的功W3=-2××3=-30J
故0~13s内摩擦阻力对小车所做的功W=W1+W2+W3=-8-104-30=-142J
故答案为:16w,-142J.
(12分)如图所示,水平传送带AB长为20m,传送带以2.0m/s的速度匀速运动。现在A处放一质量为m无初速度的小物体,已知物体与传送带之间的动摩擦因数为0.4;(g=10m/s2)
求:(1)小物体从A运动到B所用的时间为多少?
(2)若要使小物体从A运动到B所用的时间最短,则传送带的速度至少应为多少?
正确答案
(1) 10.25 s(2)
试题分析:(1)小物体先做匀加速直线运动,后与皮带同速作匀速直线运动.滑块的加速度为 =
=
=" 4"
加速时间=
=
= 0.5
加速位移 =
=" 0.5" m 匀速位移
=
-
="19.5" m
匀速时间=
=" 9.75" s 共历时 t=
+
="10.25" s
(2)要小物体从A到B历时最短,则要求小物体要一直加速,这就要求皮带的速度要大于小物体最终的速度.
小物体如一直加速从A到B历时t
=
=
到B端时小物体速度为
=
=
所以传送带最小速度为
.
点评:难度中等,对于运动学问题,首先分析物体的运动过程,巧妙利用中间时刻的瞬时速度等于平均速度能使计算变得简单
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