- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
如图所示,光滑水平面上静止放置着一辆平板车A,车总长为L.车上有两个小滑块B和C(都可视为质点),B与车之间的动摩擦因数为μ,而C与车之间的动摩擦因数为2μ.开始时B、C分别从车的左、右两端同时以大小相同的初速度相向滑行.经过一段时间,C、A的速度达到相等,此时C和B恰好发生碰撞.已知C和B发生碰撞时两者的速度立刻互换,且碰撞时间极短.A、B、C三者的质量都相等,重力加速度为g.设最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力,求:
(1)B、C刚滑上平板车A时,A、B、C三者各自的加速度?
(2)B和C刚滑上平板车时的初速度v0的大小?
(3)C和B发生碰撞后经过多长时间A、B、C三者的速度相同?共同速度为多少?(滑块C最后没有脱离车)
正确答案
(1)设ABC三者的质量都为m,根据牛顿第二定律得:
fc=2μmg=mac,解得:ac=2μg,方向水平向右
fb=μmg=mab,解得:ab=μg,方向水平向左
fc-fb=μmg=maa,解得:aa=μg,方向水平向左
(2)从开始到C、A的速度达到相等这一过程所需要的时间为t
对C,由牛顿定律和运动学规律有
vC=v0-aCt
SC=(v0+vC)t
对A,由牛顿定律和运动学规律有
vA=aAt=vC
SA=vAt
对B,由牛顿定律和运动学规律有
vB=v0-aBt
SB=(v0+vB)t
C和B恰好发生碰撞,则有
SC+SB=L
由以上各式解得初速度v0=
(3)ABC三者的末速度分别为vA=vC=
1
3
v0(向左)
vB=
2
3
v0(向右)
C和B发生碰撞时两者速度立刻互换,则碰后C和B的速度各为
v′C=
2
3
v0(向右)
v′B=
1
3
v0(向左)
碰撞后B和A的速度相等,设B和A保持相对静止一起运动,此时对B和A整体有
fc=2μmg=2ma
隔离B,则B受到的摩擦力为
f′b=ma
可得f′b=μmg,说明B和A保持相对静止一起运动
C和B发生碰撞后经过t0时间ABC三者速度相同,共同速度为v,向右为正
fc=-2μmg=ma′c解得:a′c=-2μg
fAB=-fC=2μmg=ma′AB解得:a′AB=μg
v0-2μgt0=-
v0+μgt0=v
解得:t0==
,v=0
答:(1)B、C刚滑上平板车A时,A、B、C三者各自的加速度分别为μg,μg,2μg;
(2)B和C刚滑上平板车时的初速度v0的大小为;
(3)C和B发生碰撞后经过时间A、B、C三者的速度相同,共同速度为0
某天,张叔叔在上班途中沿人行步道向一公交车站走去,发现一辆公交车正从身旁的平直公路驶过,此时,张叔叔的速度是1m/s,公交车的速度是15m/s,他们距离车站的距离为50m.假设公交车在行驶中到距车站25m处开始刹车,刚好到车站停下,停车10s后,公交车又启动向前开去,张叔叔的最大速度是6m/s,最大起跑加速度为2.5m/s2,为安全乘上该公交车,他用力向前跑去,求:
(1)公交车刹车过程视为匀减速运动,其加速度大小是多少?
(2)分析张叔叔能否在该公交车停在车站时安全上车.
正确答案
(1)公交车的加速度:
a1==
=-4.5m/s2
故其加速度大小为:4.5m/s2.
(2)汽车从相遇处到开始刹车用时:
t1==
s=
s
汽车刹车过程用时:
t2==
s
张叔叔以最大加速度达到最大速度用时:
t3==
s=2s
张叔叔加速过程中的位移:
s2==7m
以最大速度跑到车站的时间:
t4==
s=7.2s
t1+t2<t3+t4<t1+t2+10s
故张叔叔可以在汽车还停在车站时安全上车.
升降机由静止开始以加速度a1匀加速上升3s,速度达到3m/s,接着匀速上升15s,然后再以与a1大小相同,方向相反的恒定加速度运动8s.求:
(1)升降机匀加速上升的加速度a1大小
(2)升降机第23s的速度
(3)升降机全过程的位移大小.
正确答案
(1)升降机匀加速上升的加速度为:a1==
=1m/s2
(2)加速上升3s末的速度为:v1=a1t1=1×3=3m/s
后匀速运动15s,所以18s末的速度为:3m/s
后匀减速运动8s,所以升降机第23s的速度v3=3-1×(23-18)=-2m/s
(3)升降机全过程的位移大小为:x=
1
2
a1t12+v2t2+v2t3+
1
2
a2 t32=41.5m
答:(1)升降机匀加速上升的加速度a1大小为1m/s2 (2)升降机第23s的速度为-2m/s (3)升降机全过程的位移大小为41.5m
一质点从静止开始以1m/s2的加速度做匀加速运动,经过5s后做匀速运动,最后2s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
(1)质点匀速运动时的速度v=a1t1=1×5m/s=5m/s
(2)减速运动时初速度为v=5m/s,末速度为0,时间为t2=2s,则
匀减速运动的加速度为a2==-2.5m/s2,大小为2.5 m/s2.
答:
(1)质点匀速运动时的速度是5m/s.
(2)减速运动时的加速度大小是2.5 m/s2.
神舟八号飞船完成与天宫一号的两次对接任务后返回,返回舱距地面10km时开始启动降落伞装置,速度减至10m/s,并以这个速度在大气中降落.在距地面1.2m时,返回舱的4台发动机开始向下喷气,舱体再次减速.设最后减速过程中返回舱做匀减速运动,且到达地面时的速度恰好为0,求(结果均保留两位有效数字):
(1)最后减速阶段的加速度;
(2)最后减速阶段所用的时间.
正确答案
如图所示,静止在水平地面上的玩具小鸭质量m=0.5kg,受到与水平面夹角为53°的恒定拉力后,玩具开始沿水平地面运动.若拉力F=4.0N,经过时间t=2.0s,玩具移动距离为x=4.8m;撤去拉力F后,玩具又向前滑行一段距离.求:(sin53°=0.8,cos53°=0.6)
(1)运动过程中,玩具的最大速度;
(2)撤去拉力后,玩具继续前进的距离.
正确答案
(1)由匀变速直线运动的位移时间公式得x=a1t2
a1=2.4m/s2
vm=a1t=4.8m/s
故玩具的最大速度为4.8m/s.
(2)由牛顿第二定律得:F•cos53°-μN=ma1
F•sin53°+N=mg
联立两式 得μ=0.67
松手后玩具加速度a2==μg=6.7m/s2
滑行距离x2==1.7m
故玩具继续前进的距离为1.7m.
一滑块由静止开始做匀加速直线运动,已知第5s末的速度是6m/s.求:
(1)第4s末的速度大小;
(2)头7s内的位移大小;
(3)第3s内的位移大小.
正确答案
(1)由速度与时间公式 v1=at1 得:a==1.2m/s2
则第4s末的速度为v2=at2=4.8m/s
(2)头7s内的位移x7=at72=
×1.2×49m=29.4m
(3)第3s内的位移为:x=x3=-x2=at32-
at22=
×1.2×5m=3m
答:(1)第4s末的速度大小为4.8m/s;
(2)头7s内的位移大小为29.4m;
(3)第3s内的位移大小为3m.
猎狗能以最大速度v1=10m/s持续地奔跑,野兔持续奔跑的最大速度只能为v2=8m/s.一只野兔在离洞穴s1=200m的某处草地上吃草,被猎狗发现后,猎狗以最大速度做匀速直线运动径直朝野兔追来.野兔发现猎狗时,与猎狗相距s2=60m,兔子立即掉头加速跑向洞穴(加速过程可以看作匀加速直线运动).如图三者在同一直线上,求野兔的加速度至少为多大才能保证安全回到洞穴?
正确答案
对猎狗s1+s2=v1t
得 t=26s
设野兔的加速度至少为a才能安全回洞窟,时间为t.
对野兔,若一直做加速直线运动,则到达洞窟的速度v==
m/s>v2,不符合题设条件.
故野兔应先加速运动,后以速度v2匀速运动.
设加速时间为t0,则有
s1=v1t0+v1(t-t0)
得 t0=2s
故a==4m/s2
答:野兔的加速度至少要4m/s2才能保证安全回到洞窟.
如图所示,有若干相同的小球,从斜面上的某一位置每隔0.1s无初速度地释放一颗,在连续释放若干钢球后,对准斜面上正在滚动的若干小球拍摄到如图所示的照片,测得AB=15cm,BC=20cm.求:
(1)小球的加速度a;
(2)拍摄照片时B球的速度.
(3)A球上面还有几颗正在滚动的钢球?
正确答案
(1)由△x=aT2得:
小球下滑的加速度a==
m/s2=5m/s2;
(2)B球的速度vB等于AC段上的平均速度,即有
vB==
=
m/s=1.75m/s
(3)由vB=vA+aT得,vA=vB-aT=1.75m/s-0.5m/s=1.25m/s
则A球运动的时间为tA==0.25s
由于T=0.1s,则A球上面滚动的小球还有2颗.
(1)小球的加速度是5m/s2.
(2)拍摄时B球的速度vB是1.75m/s.
(3)A球上面滚动的小球还有2颗.
因测试需要,一辆汽车在某雷达测速区,沿平直路面从静止开始匀加速一段时间后,又接着做匀减速运动直到最后停止.下表中给出了雷达测出的各个时刻对应的汽车速度数值.求:
(1)汽车匀加速和匀减速两阶段的加速度a1、a2分别是多大?
(2)汽车在该区域行驶的总位移x是多少?
正确答案
(1)由表给数据可分析:
前4 s内汽车做匀加速运动,加速度大小
a1==
m/s2=3 m/s2
汽车做匀减速运动时的加速度
a2==
m/s2=-2 m/s2
大小为2 m/s2
(2)由表可知匀加速的最大速度是v=12 m/s
根据运动学规律,匀加速的位移x1==24 m
同理可求得匀减速的位移x2==36 m
所以总位移x=x1+x2=60 m.
答:(1)汽车匀加速和匀减速两阶段的加速度a1、a2分别是3 m/s2 和-2 m/s2;(2)汽车在该区域行驶的总位移是60m.
(1)试在下述简化情况下,由牛顿定律和运动学公式导出动量定理表达式:一个运动质点只受到一个恒力作用,沿直线运动.要求说明推导过程中每步的根据,以及最后结果中各项的意义.
(2)人们常说“滴水穿石”,请你根据下面所提供的信息,估算水对石头的冲击力的大小.
一瀑布落差为h=20m,水流量为Q=0.10m3/s,水的密度ρ=1.O×l03kg/m3,水在最高点和落至石头上后的速度都认为是零.(落在石头上的水立即流走,在讨论石头对水作用时可以不考虑水的重力,g取10m/s2)
正确答案
(1)如图所示,一物体放在光滑的水平面上,设在恒力F的作用下,开始时物体的初速度为v1,经过t时间后,物体的速度变为v2.
由牛顿第二定律得:a=①
由运动学公式得:a=②
由①②可得:=
,由此式变形得:Ft=mv2-mv1
式中:Ft表示物体在t时间内物体受到合外力的冲量;mv2表示物体在这段时间的末动量;mv1表示物体在这段时间的初动量.
(2)设经△t时间内落到石头上水的质量为m,落到与石头相碰前的速度为v
则m=ρQ△t ③
由动能定理:mgh=mv2④
由动量定理:F△t=mv⑤
由③④⑤得,F==
=2.0×103N
答:(1)Ft表示物体在t时间内物体受到合外力的冲量;mv2表示物体在这段时间的末动量;mv1表示物体在这段时间的初动量.
(2)水对石头的冲击力的大小为2.0×103N
一子弹击中木板时的速度是800m/s,历时0.2s穿出木板,穿出时子弹的速度为300m/s,则子弹穿过木板时的加速度为多少?
正确答案
解析:选子弹初速度方向为正
则v1=800 m/s,v2=300 m/s
a==
m/s2=-2500 m/s2
“-”表示子弹加速度与初速度方向相反.
一火车以2m/s的初速度,0.5m/s2的加速度做匀加速直线运动,求:
(1)火车在第3s末的速度是多少?
(2)在前4s内的平均速度是多少?
正确答案
(1)根据v=v0+at得,v=2+0.5×3m/s=3.5m/s.
(2)根据x=v0t+at2得,x=2×4+
×0.5×16m=12m
则平均速度=
=
m/s=3m/s.
答:(1)火车在第3s末的速度是3.5m/s.
(2)在前4s内的平均速度为3m/s.
(学有余力同学做,不计入总分)如图所示,设AB段是距水平传送带装置高为H=1.25m的光滑斜面,水平段BC使用水平传送带装置,BC长L=5m,与货物包的摩擦系数为μ=0.4,顺时针转动的速度为V=3m/s.设质量为m=1kg的小物块由静止开始从A点下滑,经过B点的拐角处无机械能损失.小物块随传送带运动到C点后水平抛出,恰好无碰撞的沿圆弧切线从D点进入竖直光滑圆孤轨道下滑.D、E为圆弧的两端点,其连线水平.已知圆弧半径R2=1.0m圆弧对应圆心角θ=106°,O为轨道的最低点.(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)试求:
(1)小物块在B点的速度.
(2)小物块在水平传送带BC上的运动时间.
(3)水平传送带上表面距地面的高度.
(4)小物块经过O点时对轨道的压力.
正确答案
(1)小物块由A运动B,由动能定理,mgh=mv2
解得:vB==5m/s
即小物块在B点的速度为5m/s.
(2)由牛顿第二定律,得μmg=ma,解得:a=μg=4m/s2
水平传送带的速度为v0=3m/s
加速过程,由 v0=vB-at1,得:t1==0.5s
则匀速过程
L1=t1=2m
t2==1s
故总时间t=t1+t2=1.5s
即小物块在水平传送带BC上的运动时间为1.5s.
(3)小物块从C到D做平抛运动,在D点有:
vy=v0tan=4m/s
由=2gh,得h=
=0.8m
故水平传送带上表面距地面的高度为0.8m.
(4)小物块在D点的速度大小为:vD==5m/s
对小物块从D点到O由动能定理,得:mgR(1-cos)=
mv2-
m
在O点由牛顿第二定律,得:FN-mg=m
联立以上两式解得:FN=43N
由牛顿第三定律知对轨道的压力为:FN′=43N
即小物块经过O点时对轨道的压力为43N.
如图所示,在光滑水平面AB上,用恒力F推动质量m=1kg的物体从A点由静止开始作匀加速运动,物体到达B点时撤去F,物体经过B点后又冲上光滑斜面(设经过B点前后速度大小不变),最高能到达C点,每隔0.2s钟通过速度传感器测量物体的瞬时速度,下列给出的了部分测量数据.(重力加速度g=10m/s2)
求:(1)恒力F的大小;
(2)斜面的倾角α;
(3)t=2.1s时的瞬时速度v的大小.
正确答案
(1)由题意得a==2m/s2
∴F=ma=2N
(2)由题意得a′==-5m/s2
又-mgsinθ=ma'
∴θ=30°
(3)设B点速度为vB,物体由A到B所需时间为t1,由B点到2.6s所用时间为t2,则vaB=at1
1.0=vB+a′t2 且 t1+t2=2.6
解得 t1=2s vB=4m/s
∴t=2.1s时的瞬间速度为
v=vB+a′(t-t1)
=3.5m/s
答:(1)恒力F的大小为2N;
(2)斜面的倾角α为30°;
(3)t=2.1s时的瞬时速度v的大小为3.5m/s.
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