- 匀变速直线运动的研究
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如图:一水平传送带以2m/s的速度做匀速直线运动,传送带上两端的距离为20m,将一物体轻轻地放在传送带的一端,物体由左端运动到右端所经历的时间为11s,则:
(1)物体与传送带之间的摩擦系数是多少?.
(2)若传送带的速度为4m/s,求物体从左端运动到右端需要多少时间.
正确答案
(1)物体放到传送带上,刚开始一段时间物体相对传送带向后滑动,但相对地向前运动.选取地面为参照物,物体在传送带的滑动摩擦力作用下从静止开始做匀加速直线运动,
其加速度为:a==μg
当物体的速度达到传送带的速度2m/s,物体与传送带无相对运动及相对运动趋势,故两者相对静止,物体一直以2m/s速度匀速运动到另一端.此时对地的位移是20m 物体开始做匀加速运动的时间为:
t1==
匀加速直线运动的时间为:
t2=11-
由运动学公式得:
S1+S2=S
at12+vt2=20m
解得:μ=0.1
(2)物体的速度从零达到传送带的速度4m/s时,其加速度
a==4m/s2
其移动了距离
S1==8m
其所用时间
t1==4s
物体一直以4m/s速度匀速运动到另一端所用时间
t2==
=3s
所以,
t=t1+t2=4+3=7s
答:(1)物体与传送带之间的摩擦系数是0.1;
(2)若传送带的速度为4m/s,求物体从左端运动到右端需要7s.
平直公路上一辆汽车以108km/h的速度行驶,司机发现前方有危险立即刹车,刹车时加速度大小为6m/s2,求:
(1)刹车后3s末汽车的速度大小;
(2)刹车后8s内汽车的位移大小.
正确答案
(1)由题,汽车的初速度v0=108km/h=30m/s,设汽车经过t0秒停止.
t0==
=
s=5s
则刹车后3s末汽车的速度大小;v3=v0-at=30-6×3=12m/s
(2)∵5秒汽车已经停止,汽车刹车后8s内的位移大小与刹车5s内的位移大小相等.根据逆过程处理
∴S=at2=75m
答:
(1)刹车后3s末汽车的速度大小是12m/s;
(2)刹车后8s内汽车的位移大小是75m.
.一辆执勤的警车停在某测速点,当警员发现从他身边以8m/s的速度匀速行驶的货车有违章行为时,决定前去追赶,警员以加速度a=2m/s2做初速度为0的匀加速直线运动追赶货车,试问:
(1)警车要多长时间才能追上违章的货车?
(2)警车追上货车时,货车已经驾离测速点多少米?
(3)在警车追上货车之前,两车之间的最大距离是多少?
正确答案
(1)设经过t时间警车追上货车.
此时警车的位移x1=at2.货车的位移x2=v0t
根据at2=v0t,解得t=8s.
故经过8s警车追上货车.
(2)x2=v0t=8×8m=64m.
故警车追上货车时,货车已经驾离测速点64m.
(3)当两车速度相等时,两车距离最大.
v0=at′,解得t′==
s=4s.
此时货车的位移x2′=v0t′=32m.警车的位移x1′=at′2=
×2×16m=16m
△x=x2′-x1′=16m.
故在警车追上货车之前,两车之间的最大距离是16m.
某列车以108km/h的速度匀速行驶,正常情况下不在小站停车,本次因故要在某小车站停2分钟,火车刹车时的加速度大小为0.5m/s2,而起动时的加速度大小为0.4m/s2,从刹车始直到恢复正常运行速度,火车因临时停车所延误的时间为多长?
正确答案
v0=108 km/h=30m/s
由vt=v0+at与s=v0t+at2
得列车进站所用时间为t1=60s,位移s1=800 m
列车出站所用时间为t2=75s,位移s2=1125 m
t总=t1+t2+t3=255s,
s总=s1+s2=1925 m
若车不停匀速运动所用时间t′==
s≈84s
所以耽误的时间为△t=t总-t′=171 s
答:火车因临时停车所延误的时间为171s.
一辆汽车正以的速度匀速行驶,突然发现前方有一障碍物,于是便紧急刹车,刹车时的加速度大小为
。求汽车经过多长时间才能停下来?
正确答案
解:以汽车运动的方向为正方向,设经过时间汽车停下来,则由速度公式
可得:
一辆摩托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,则摩托车至少以多大的加速度起动?
甲解法是:设摩托车恰好在3min时追上汽车,则at2=υt+s0,代入数据得:a=0.28m/s2.
乙解法是:设摩托车追上汽车时,摩托车的速度恰好是30m/s,则υm2=2as=2a(υt+s0),代入数据得:a=0.1m/s2
你认为甲、乙的解法正确吗?若错误请说明其理由,并写出正确的解题过程.
正确答案
甲错.
因为摩托车以a=0.28m/s2加速3min,速度将达到υm=at=0.28×180m/s=50.4m/s,大于摩托车的最大速度30m/s.
乙错.
若摩托车以a=0.1m/s2加速,速度达到30m/s所需时间为t==
s=300s,大于题给时间3min.
正确从上述分析知道,摩托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.
对摩托车加速段有:υm=at0
由摩托车和汽车运动的位移相等可得:at02+υm(t-t0)=υt+s0
解得:a=0.56m/s2.
答:摩托车车必须以0.56m/s2的加速度起动.
飞机起飞时,在跑到上做匀加速直线运动,在50s内,速度由5.0m/s增加到50m/s,求:
(1)这段时间内飞机的加速度;
(2)这段时间内飞机的位移.
正确答案
(1)根据加速度的定义式得,a==
m/s2=0.9m/s2.
(2)根据位移时间公式得,x=v0t+at2=5×50+
×0.9×2500m=1375m.
答:(1)这段时间内飞机的加速度为0.9m/s2.
(2)这段时间内飞机的位移为1375m.
一小球由静止释放后自由下落,在最后1s内的位移大小为20m,不计空气阻力.求:
(1)小球开始下落后第1s内的位移;
(2)小球落地时的瞬时速度大小?
正确答案
(1)x1=gt2
位移大小x1=5m
(2)h=vot+gt2
得 vo=15m/s
落地速度vt=vo+gt
vt=25m/s
答:(1)小球开始下落后第1s内的位移5m;
(2)小球落地时的瞬时速度大小25m/s,
某钢绳所能承受的最大拉力是4×104N,如果用这条钢绳使3.5×103kg的货物匀加速上升,在0.5s内发生的速度改变不能超过多大?(g取10m/s2)
正确答案
由牛顿第二定律得:Fm-mg=ma
根据加速度定义公式,有:a=
联立解得:a==
m/s2
所以△v=at=×0.5≈0.7m/s
答:在0.5s内发生的速度改变不能超过0.7m/s.
某汽车做变速直线运动,10s内速度从5m/s均匀增加到25m/s,求汽车在这段运动中的加速度.以该速度行驶一段时间后,遇到紧急情况刹车,2s内速度又均匀减为零,求这个过程中的加速度.
正确答案
某汽车做变速直线运动,10s内速度从5m/s均匀增加到25m/s,
根据加速度定义式a=得:
a1==2m/s2.方向与速度方向相同.
遇到紧急情况刹车,2s内速度又均匀减为零,
这个过程中的加速度a2==-12.5m/s2
负号表示加速度方向与速度方向相反.
答:开始时加速度大小是2m/s2.方向与速度方向相同.
刹车时加速度大小是12.5m/s2.方向与速度方向相反.
装有装饰材料的木箱A质量为50kg,放在水平地面上,要将它运送到90m远处的施工现场.如果用450N的水平恒力使A从静止开始运动,经过6s钟可到达施工现场.
(1)求木箱与地面间的动摩擦因数.
(2)若用大小为450N,方向与水平方向夹角为α(cosα=0.8)斜向上的拉力拉木箱A从静止开始运动,使木箱A能够到达90m远处的施工现场,拉力至少做多少功?(运动过程中动摩擦因数处处相同,取g=10m/s2,结果保留2位有效数字).
正确答案
(1)将重物看作是质量为m的质点,设:拉力为F,阻力为f,时间为t,位移为s,加速度为a,动摩擦因数为μ.
第一个运动过程中,由 s=at2得 a=
=
=5m/s2
由牛顿第二定律得:F-f=ma,f=μN,N=mg,
即得 F-μmg=ma
代入数据,解是:μ=0.4
(2)第二个过程中,有:
Fcosα-f′=ma1
Fsinα+N'-mg=0
f′=μN′
则得:a1=5.36m/s2.撤去恒力后加速度大小为
a2==μg=4m/s2.
使重物能够到达90m远,即:撤去拉力后重物滑行至90m远,此时刚好速度为零.
由:s1+s2=s
即得 +
=s
拉力做功为W=Fs1cosα=Fcosα
联立以上三式得W=13252J
答:
(1)木箱与地面间的动摩擦因数是0.4.
(2)拉力至少做13252J功.
一辆自行车从静止开始做匀加速直线运动,经8s后速度变为4m/s,则这段时间内速度的变化量为______ m/s,加速度为______ m/s2,位移为______m.
正确答案
速度变化量△v=v-v0=4m/s-0=4m/s
根据加速度的定义a==
m/s2=0.5m/s2
根据匀变速运动的位移公式x=at2=
×0.5×82m=16m
故答案为:4,0.5,16.
从斜面上的某点每隔0.1s释放一颗相同的小球,在连续放下几颗后,对正在斜面上运动的小球摄得如图照片.测得AB=15cm,BC=20cm.试求:
(1)钢球运动的加速度;
(2)拍摄时B球的速度;
(3)照片上D球距C球的距离;
(4)A球上面正在运动的球还有几颗.
正确答案
(1)由△x=aT2知小球的加速度:
a==
cm/s2=500cm/s2=5m/s2
(2)由某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度有:
vB==
cm/s=1.75m/s
(3)由于相邻相等时间的位移差恒定,
即sCD-sBC=sBC-sAB
所以sCD=2sBC-sAB=25cm=0.25m
(4)设A点小球的速率为vA,根据运动学关系有:
vB=vA+aT
所以:vA=vB-aT=1.25m/s
故A球的运动时间tA==
s=0.25s,
故A球的上方正在滚动的小球还有2个.
答:(1)钢球运动的加速度5m/s2;
(2)拍摄时B球的速度1.75m/s;
(3)照片上D球距C球的距离0.25m;
(4)A球上面正在运动的球还有2颗.
2008北京奥运会,中国男子4×100m接力队历史性的闯入了决赛.决赛上却因交接棒失误,被取消了比赛成绩.假设在交接棒时,乙从起跑后到接棒前的运动视为匀加速.甲保持9m/s的速度送棒,甲在跑到接力区前S0=13.5m的标记处时向乙发出起跑口令.乙在接力区的前端听到口令时起跑,并恰好在速度达到与甲相同时被甲追上,完成交接棒.求:
(1)此次练习中乙在接棒前的加速度a;
(2)若接力区的长度为L=20m,则在完成交接棒时乙离接力区末端的距离.
正确答案
(1)设经过时间t,甲追上乙,则根据题意有vt-vt=13.5
将v=9m/s代入得到:t=3s,
再有 v=at
解得:a=3m/s2
(2)在追上乙的时候,乙走的距离为s,则:s=at2
代入数据得到 s=13.5m
所以乙离接力区末端的距离为△s=20-13.5=6.5m
答:(1)此次练习中乙在接棒前的加速度为3m/s2.
(2)在完成交接棒时乙离接力区末端的距离为6.5m.
汽车以10m/s的初速度,在平直的公路上匀加速直线运动,经过2s的时间其速度变为15m/s.求:该过程中汽车加速度的大小.
正确答案
取汽车运动的方向为正方向
根据加速度的定义a=,可得
a==
=2.5m/s
答:过程中汽车加速度的大小为2.5m/s.
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