- 匀变速直线运动的研究
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一个由静止开始作匀加速运动的物体,它在头4秒内的位移是32米,则它在第5秒末的速度是______,前2秒内的平均速度是______.
正确答案
因为物体做初速度为0的匀加速直线运动,根据位移时间关系有:
x=at2⇒a=
=
=4m/s2
则物体在第5s末的速度v5=at5=4×5m/s=20m/s
物体在第2s末的速度v2=at2=8m/s
所以物体在前2s内的平均速度=
=
m/s=4m/s
故答案为:20m/s,4 m/s
如图所示,小球在光滑斜面上做匀减速直线运动,途中依次经过、、三点,且经过两段的时间间隔分别为AB=1s,BC=3s,且=4m,=6m。求:
(1)小球的加速度;
(2)小球从点出发经多长时间返回点?
正确答案
解:(1)小球在AB段中间时刻瞬时速度m=4m/s
小球在AB段中间时刻的瞬时速度m=2m/s
小球加速度m/s2=-2m/s2
(2)小球在A点4m/s +2m/s2
0.5s=4.5m/s
小球回到A点时间总=s=9s
一辆汽车从静止开始匀加速开出,然后保持匀速运动,最后匀减速运动,直到停止.下表给出了不同时刻汽车的速度,根据表格中提供的数据,完成下列问题:
(1)汽车做匀速运动时的速度为多少?
(2)汽车做加速运动时的加速度和减速运动时的加速度大小分别为多少?
(3)汽车从开出到停止通过的总路程是多少?
正确答案
(1)由表格中给出数据可知:汽车做匀速运动时的速度大小为12 m/s
(2)汽车匀加速运动的加速度a1==
m/s2=3m/s2
汽车匀减速运动的加速度a2==
m/s2=-6 m/s2
故汽车匀加速运动和匀减速运动的加速度大小分别为:3m/s2,6 m/s2
(3)汽车匀加速运动的时间:t1=s=4s,
减速时间t3=s=2 s,
10.5s时刻开始计时到停止所需的时间t′=s=0.5s
所以运动的总时间为11s.
匀速时间t2=11-4-2=5 s
则汽车总共运动的路程:x=t1+vt2+
t3=(
×4+12×5+
×2)m=96 m.
故汽车的总路程为96m.
一些同学乘坐高速列车外出旅游,当火车在一段平直轨道上匀加速行驶时,一同学提议说:“我们能否用身边的器材测出火车的加速度?”许多同学参与了测量工作,测量过程如下:他们一边看着窗外每隔100 m的路标,一边用手表记录着时间,他们观测到从第一根路标运动到第二根路标的时间间隔为5 s,从第一根路标运动到第三根路标的时间间隔为9 s,请你根据他们的测量情况,求:
(1)火车的加速度大小;
(2)他们到第三根路标时的速度大小。
正确答案
解:(1)设火车的加速度为a、经过第一根路标时的速度为v1,根据匀变速直线运动的位移公式得
其中s=100 m、t1=5 s、t2=9 s
解得a= m/s2=1.11 m/s2,v1=
m/s=17.22 m/s
(2)设火车经过第三根路标时的速度为v2,根据匀变速直线运动的速度公式得
v2=v1+at2
代入数据得v2=27.22 m/s
额定功率为80kW的汽车,在平直公路上行驶的最大速度是20m/s。汽车的质量为2t,如果汽车从静止开始做匀加速直线运动,加速度的大小是2m/s2,运动过程中阻力不变。求:
(1)汽车维持匀加速运动的时间是多少?
(2)5s内汽车阻力所做的功?
正确答案
解:(1)当汽车速度达到最大时,牵引力大小等于阻力大小
所以P=F阻vm,即F阻=P/vm= 4×103N
当汽车的功率刚达到额定功率时,汽车匀加速结束,设此时的速度大小为v,此过程中:牵引力F=ma+F阻=8×103N
由P=Fv得:v=10m/s
由v=at 得:t=5s
(2)从(1)知:汽车在5s内一直做匀加速运动,其位移:
m
故阻力所做的功:W阻=-F阻s=-1×105J
绿色环保的电瓶助力车进入了人们的生活中,某人骑一辆电瓶助力车能达到的最大速度为30m/s,要想在3min内由静止起沿一条平直公路追上在前面1000m处以20m/s的速度匀速行驶的汽车,则电瓶助力车必须以多大的加速度起动
甲同学的解法是:设电瓶助力车恰好在3min时追上汽车,则at2=νt+x0,代入数据得:a=0.28m/s2.
乙同学的解法是:设电瓶助力车追上汽车时,电瓶助力车的速度恰好是30m/s,则ν2=2ax=2a(νt+x0),代入数据得:a=0.1m/s2你认为他们的解法正确吗 若错误请说明理由,并写出正确的解法.
正确答案
甲错,因为电瓶助力车以a=0.28m/s2加速3min,速度将达到υm=at=0.28×180m/s=50.4m/s,大于电瓶助力车的最大速度30m/s.
乙错,若电瓶助力车以a=0.1m/s2加速,速度达到30m/s所需时间为t==300s,大于题给时间3min
正确从上述分析知道,电瓶助力车追上汽车的过程中,先加速到最大速度υm,再以此最大速度υm追赶汽车.设加速到最大速度υm所需的时间为t0,则以最大速度υm追赶的时间为t-t0.
对电瓶助力车加速段有:υm=at0
由电瓶助力车和汽车运动的位移相等可得:a
+νm(t-t0)=νt+x0
解得:a=0.56m/s2.
答:电瓶助力车必须以0.56m/s2的加速度起动.
质点从静止开始做匀加速直线运动,经6s速度达到12m/s,然后匀速运动10s,接着经3s匀减速运动到静止.求质点前6s内的加速度大小?质点在第18s末的瞬时速度大小?
正确答案
质点从静止开始做匀加速直线运动,
由速度公式可得,
V=at,
所以a=2m/s2匀速运动10s,接着经3s匀减速运动到静止,
减速的加速度a′==-4m/s2
第18s末的瞬时速度大小v′=v0+a′t=4m/s
答:质点前6s内的加速度大小是2m/s2第18s末的瞬时速度大小是4m/s.
一小球从斜面顶端由静止开始滚下,经4s匀加速运动到达斜面底端,加速度的大小为1m/s2.求:
(1)斜面的长度;
(2)到达斜面底端时的速度;
(3)整个运动过程的平均速度;
(4)运动到斜面中点时的速度.
正确答案
(1)斜面的长度L=at2=
×1×16m=8m.
(2)到达斜面底端的速度v=at=4m/s.
(3)整个运动过程的平均速度=
=2m/s.
(4)运动到斜面中点时经过的位移为4m,则v==2
m/s.
答:(1)斜面的长度8m
(2)到达斜面底端时的速度4 m/s
(3)整个运动过程的平均速度2 m/s
(4)运动到斜面中点时的速度2.83 m/s.
某校足球运动员李义在做发球训练时,将一个静止的质量为0.4kg的足球,以10m/s的速度踢出.求:
(1)若踢球的时间为0.2s,则李义发球时足球的平均加速度为多大?
(2)足球被踢出后沿草地作匀减速直线运动,加速度大小为1m/s2,以足球被踢出时为计时起点,20s末足球距离发球点多远?
正确答案
(1)足球的平均加速度为a==
=50m/s2
(2)足球运动的时间为:t==
=10s
10s<20s,所以10s足球就已经停止运动,
20s末足球的位移为:x=at2=
×1×100m=50m
答:(1)若踢球的时间为0.2s,则李义发球时足球的平均加速度为50m/s2;
(2)足球被踢出后沿草地作匀减速直线运动,加速度大小为1m/s2,以足球被踢出时为计时起点,20s末足球距离发球点50m远.
一质点从静止开始以1 m/s2的加速度做匀加速运动,经过5 s后做匀速运动,最后2 s的时间使质点匀减速到静止,则
(1)质点匀速运动时的速度多大?
(2)减速运动时的加速度多大?
正确答案
解:
(1)v1=at1, 得v1=5m/s;
(2)a=(v2-v1)/t2,得a=-2.5m/s2。
杭州滨江区的白金海岸小区吴菊萍徒手勇救小妞妞,被誉为“最美妈妈”. 设妞妞的质量m=10kg,从离地h1=28.5m高的阳台掉下,下落过程中空气阻力约为本身重力的0.4倍;在妞妞开始掉下时,吴菊萍立刻从静止开始匀加速奔跑水平距离S=9m到达楼下,张开双臂在距地面高度为h2=1.5m处接住妞妞,缓冲到地面时速度恰好为零,缓冲过程中的空气阻力不计.g=10m/s2.求:
(1)妞妞在被接到前下落的时间;
(2)吴菊萍跑到楼下时的速度;
(3)在缓冲过程中吴菊萍对妞妞做的功.
正确答案
(1)对妞妞用牛顿第二定律:mg-0.4mg=ma1求得:a1=6m/s2
妞妞下落过程是匀变速直线运动,由位移时间关系:
h1=a1t2
解得:t=3s
(2)吴匀加速运动:S=a 2t2
解得:a2=2m/s2由速度时间关系:υ2=a2t=6m/s
(3)妞妞下落h1的速度:υ1=a1t=18m/s
缓冲过程中,对妞妞由动能定理,
得:W+mgh2=0-mυ12
W=-1770J
答:(1)妞妞在被接到前下落的时间3s;
(2)吴菊萍跑到楼下时的速度6m/s;
(3)在缓冲过程中吴菊萍对妞妞做的功是-1770J.
如图所示,物体从光滑斜面上的A点由静止开始匀加速下滑,经过B点后进入粗糙水平
面(设经过B点前后速度大小不变),匀减速运动最后停在C点.每隔0.2秒通过速度传感器测量物体的瞬时速度大小,下表给出了部分测量数据.
求:(1)物体在斜面和水平面上的加速度大小分别为多少?(2)t=0.6s时瞬时速度大小v.
正确答案
(1)由表格中前三列数据可知,物体在斜面上匀加速下滑时的加速度为
a1==
m/s2=5m/s2
物体在水平面上匀减速运动时的加速度为:a2==
m/s2=-2m/s2
(2)研究物体由t=0到t=1.2s过程,设物体在斜面上运动的时间为t,则有
vB=a1t,v1.2=vB-a2(1.2-t)
代入得v1.2=a1t-a2(1.2-t)
解得t=0.5s,vB=2.5m/s
即物体在斜面上下滑的时间为t=0.5s,则t=0.6s时物体在水平面上运动,速度为
v=vB-a2(0.6-t)=2.5m/s-2×0.1m/s=2.3m/s
答:(1)物体在斜面和水平面上的加速度大小分别为5m/s2,2m/s2(2)t=0.6s时瞬时速度大小为2.3m/s.
如图所示,一小朋友从A点以10m/s的速度沿滑梯向上抛出一皮球,使皮球滚上滑梯.设皮球在滑梯上运动的加速度方向始终沿斜面向下,且大小始终为5m/s2.试求:
(1)皮球运动到最高点的时间.(设滑梯足够长)
(2)皮球运动8s时的位移.
正确答案
(1)由题,皮球沿滑梯向上做匀减速运动,取沿斜面向上方向为正方向,已知v0=10m/s,a=-5m/s2,当皮球向上的速度减为零时上升到最高点,
则皮球运动到最高点的时间t==
=2s
(2)将皮球整个运动过程看成一种匀减速直线运动,采用整体法得x=v0t-at2=10×8m-
×5×82m=80m
答:
(1)皮球运动到最高点的时间是2s.
(2)皮球运动8s时的位移是80m.
如图所示,小球在光滑斜面上做匀减速直线运动,途中依次经过A、B、C三点,且经过两段的时间间隔分别为tAB=1s,tBC=3s,且AB=4m,BC=6m,求:
(1)小球的加速度;
(2)小球离开A点后6s末的速度;
(3)小球从A点出发又返回A点所需的时间.
正确答案
一辆汽车在高速公路上以30m/s的速度匀速行驶,突然司机发现前方有危险,马上紧急刹车,刹车时加速度的大小为5m/s2,求:
(1)汽车刹车后10s内滑行的距离(不计反应时间)?
(2)若司机发现前方有危险时,0.5s后作出反应马上制动,则从司机发现危险到最后停车,汽车前进的距离是多少?
正确答案
选汽车初速度的方向为正方向
设汽车由刹车开始到停止运动的时间为t0,则
由vt=v0+at得
t0==
s=6s
(1)汽车刹车后经6s停止运动,刹车后10s内汽车滑行的距离即是6s内的位移
s=(v0+vt)t0=
(30+0)×6m=90m.
(2)由题意可得
在反应时间0.5s内,汽车以v=30m/s的速度做匀速直线运动,刹车后做匀减速直线运动,
反应距离为 s1=vt=30×0.5m=15m
刹车距离为 s2=(v0+vt)t0=
×(30+0)×6m=90m
停车距离 s停=s1+s2=15m+90m=105m,
即从司机发现危险到最后停车,汽车前进的距离是105m.
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