- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
一个做匀加速直线运动的物体,从某时刻开始观察,2s内的位移为6m,第8s末的速度大小为10m/s,求:
(1)该物体的初速度和加速度各是多大?
(2)该物体在前20s内的位移多大?
(3)速度达到20m/s时的位移是多大?
正确答案
(1)由题意得:x1=v0t1+
即:6=2v0+×a×22
v2=v0+at2
即:10=v0+8a
解得:v0=2m/s,a=1m/s2
(2)由匀变速运动规律得:
x3=v0t3+=2×20+
×1×1202m=240m
(3)=
故:x4==
m=198m
答:(1)初速度为2m/s,加速度为1m/s2
(2)该物体在前20s内的位移240m
(3)速度达到20m/s时的位移是198m
如图所示是游乐场中供小孩玩耍的滑梯简化图,斜面AC长10米,与水平面之间的夹角θ=30°,斜面上AB、BC两部分等长,BC部分表面改用塑胶垫.一小孩从斜面顶端A无初速下滑,设他与斜面AB之间的动摩擦因数u1=,与BC之间的动摩擦因数u2=
,(取g=10m/s2)问:
(1)小孩从A点开始下滑到B点需要的时间以及通过B点时的速度大小;
(2)诵讨计算说明小孩能否滑到斜面的底端C处.
正确答案
(1)小孩在AB段做匀加速直线运动,设加速度为a1,则
mgsinθ-μ1mgcosθ=ma1
解得:a1=2.5m/s2又因为lAB=at12
解得:t1==2s
故vB=a1t1=5m/s
(2)小孩在BC段运动的加速度为a2,则
mgsinθ-μ2mgcosθ=ma2
解得:a2=-2.5m/s2
即小孩做匀减速运动,设最终停在斜面上,其减速运动的位移为x,
0-v02=2a2x
解得:x=5m
所以小孩的最大位移为l总=l+x=10m,恰好到达斜面底端.
答:(1)小孩从A点开始下滑到B点需要的时间以及通过B点时的速度大小为5m/s;
(2)小孩恰好滑到斜面的底端C处.
如图所示,质量M=2kg足够长的木板静止在水平地面上,与地面的动摩擦因数μ1=0.1,另一个质量m=1kg的小滑块,以6m/s的初速度滑上木板,滑块与木板之间的动摩擦因数μ2=0.5,g取l0m/s2
(1)若木板固定,求小滑块在木板上滑动的时间.
(2)若木板不固定,求小滑块自滑上木板到相对木板处于静止的过程中,小滑块相对地面的位移大小.
(3)若木板不固定,求木板相对地面运动位移的最大值.
正确答案
(1)设滑块在木板上滑动时 的加速度为a1,滑动的时间为t1,由牛顿第二定律得:
μ2mg=ma1①
t1= ②
由①②两式得,t1=1.2s ③
(2)设滑块与木板相对静止达共同速度时的速度为v,所需的时间为t2,木板滑动时的加速度为a2,滑块相对于地面的位移为x.
则由牛顿第二定律得:μ2mg-μ1(M+m)g=Ma2 ④
v=v0-a1t2 ⑤
v=a2t2 ⑥
x=v0t2-a1t22 ⑦
由①④⑤⑥⑦式得,x=3.5m.
(3)设滑块与木板达共同速度时,木板相对地面的位移为s1,达共同速度后的加速度为a3.发生的位移为s2,则有:
a3=μ1g ⑨
s1=a2t22 ⑩
s2= (11)
由⑤⑥⑦⑧⑨⑩(11)式及代入有关数据得:
木板相对于地面位移的最大值s=s1+s2=1m
答:(1)小滑块在木板上滑动的时间为1.2s.
(2)小滑块相对地面的位移大小为3.5m.
(3)木板相对地面运动位移的最大值为1m.
质量m=1.5kg的物体,在水平恒力F=15N的作用下,从静止开始运动0.5s后撤去该力,物体继续滑行一段时间后停下来.已知物体与水平面的动摩擦因数为μ=0.2,g取10m/s2,求:
(1)恒力作用于物体时的加速度大小;
(2)撤去恒力后物体继续滑行的时间;
(3)物体从开始运动到停下来的总位移大小.
正确答案
(1)以m为研究对象,受力情况如图所示:设物体在恒力作用下的加速度为a1,
根据牛顿运动定律:a1==
=
m/s=8m/s2.
(2)0.5s时的速度:v=a1t=8×0.5m/s=4m/s
撤去恒力后的加速度大小:a2==
=μg=2m/s2,
则撤去恒力后物体继续滑行的时间:t′==
s=2s.
(3)匀加速直线运动的位移:x1=a1t2=
×8×0.25m=1m.
匀减速直线运动的位移:x2==
m=4m.
则总位移:x=x1+x2=1+4m=5m.
答:(1)恒力作用于物体时的加速度大小为8m/s2.
(2)撤去恒力后物体继续滑行的时间为2s.
(3)物体从开始运动到停下来的总位移大小为5m.
经检测汽车A的制动性能:以标准速度20m/s,在平直公路上行驶时,制动后40s停下来.现A在平直公路上以20m/s的速度行驶,发现前方180m处有一货车B以6m/s的速度同向匀速行使,因该路段只能通过一个车辆,司机立即制动,
关于能否发生撞车事故,某同学的解答过程是:
“设汽车A制动后40s的位移为S1,货车B在这段时间内的位移为S2.则:
A车的位移为:S1=t=400m;
B车的位移为:S2=vBt=240m;
两车位移差为400-240=160(m)<180(m);两车不相撞.”
你认为该同学的结论是否正确?如果你认为正确,请定性说明理由;如果你认为不正确,请说明理由并求出正确结果.
正确答案
如图,甲和乙在同一直线上沿同方向从同一地点出发.甲先以5m/s的速度运动,20s后乙以10m/s的速度开始运动,并追甲.
(1)请分别在下图中画出从乙开始运动到追上甲的过程中,甲和乙的s-t和v-t图象;并从图象中求出:
(2)乙从出发到追上甲,乙所花的时间t=______s.
(3)乙追上甲时,距出发点的位移s=______m.
正确答案
(1)甲乙都做匀速运动,乙开始运动时,甲的位移为20×5=100m,设甲运动了t时间与乙相遇. 所以有 100+5t=10t 解得:t=20s
s-t图象的斜率表示速度,则甲和乙的s-t图象和v-t图象,如图所示:
(2)由图象可知,乙从出发到追上甲,乙所花的时间t=20s;
(3))乙追上甲时,距出发点的位移s=200m
故答案为:(1)如图所示;(2)20; (3)200.
飞机着陆后以6m/s2大小的加速度做匀减速直线运动,其着陆速度为60m/s,求:
(1)它着陆后12s内滑行的位移x;
(2)整个减速过程的平均速度;
(3)静止前4s内飞机滑行的位移x1.
正确答案
(1)以初速度方向为正方向,则有
a=-6m/s2
飞机在地面滑行最长时间t==
s=10s
故飞机12s内滑行的位移为10s内滑行的位移,得
x==
×10m=300m
(2)由平均速度v′==30m/s
(3)由(1)的分析可知飞机滑行10s停止运动,则静止前4s,
此时的速度v1=v0+at=60m/s+(-6×6)m/s=24m/s
故由v2-v12=2ax1 可得x1==48m
答:(1)它着陆后12s内滑行的位移为300m.
(2)整个减速过程的平均速度为30m/s.
(3)静止前4s内飞机滑行的位移为48m.
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)火车在前4s内的平均速度是多少?
正确答案
解:(1)由速度公式v=v0+at,得v=2m/s+0.5×3m/s=3.5m/s
(2)前4s的平均速度等于2s时的瞬时速度
由速度公式v=v0+at=2m/s+0.5×2m/s=3m/s
一质量为m的滑块在粗糙水平面上滑行,通过频闪照片分析得知,滑块在最初2s内的位移是最后2s内的位移的两倍,且已知滑块第1s内的位移为2.5m.试求滑块运动的总时间和总位移分别是多少?
正确答案
设物体运动的加速度为a,运动总时间为t,把物体运动看成反向的初速度为0的匀加速直线运动,则有:
最后2s内位移为:s1=at2=2a
最初2s内位移为:s2=at2-
a(t-2)2=2at-2a
又∵s2:s1=2:1,则有
2at-2a=4a
解得:t=3s
第一秒的位移为:s3=at2-
a(t-1)2
所以9a-4a=5
解得a=1m/s2
x=at2=
×1×9m=4.5m
答:滑块运动的总时间为3s,总位移分别是4.5m
一质点从静止开始做匀加速直线运动,质点在第3s内的位移为10m,求:
(1)物体在第3s末的瞬时速度;
(2)物体在3s内的位移;
(3)物体在第4s内的平均速度.
正确答案
根据at32-
at22=10m,解得:a=4m/s2.
则物体在第3s末的速度:v=at3=12m/s.
(2)物体在3s内的位移:x3=at32=
×4×9m=18m.
(3)第4s初的速度等于第3s末的速度,v3=12m/s.
第4s末的速度:v4=at4=16m/s.
则平均速度:=
=14m/s.
答:(1)物体在第3s末的瞬时速度为12m/s.
(2)物体在3s内的位移为18m.
(3)物体在第4s内的平均速度为14m/s.
一个物体从倾角为θ的斜面顶端由静止开始匀加速滑下,若斜面长为L,物体与斜面间的摩擦系数为μ.求:
1)物体下滑的加速度;
2)物体到达斜面底端时的速度.
正确答案
(1)根据牛顿第二定律得,a==gsinθ-μgcosθ.
(2)根据v2=2aL得,
v==
.
答:(1)物体下滑的加速度为gsinθ-μgcosθ.
(2)物体到达斜面底端时的速度为.
现有甲、乙两辆汽车同时从汽车站由静止驶出,甲车先做匀加速直线运动,10s后速度达到72km/h,之后开始做匀速直线运动;乙车出发后一直做匀加速直线运动,发现自己和甲车之间的距离在发车20s后才开始变小.求:
(1)甲、乙车的加速度分别为多大?
(2)甲、乙两车在相遇之前的最大距离是多少?
正确答案
(1)根据a甲=解得:a甲=
=2m/s2
当两车速度相等时,两车距离最大,所以20s时两车速度相等,所以a乙==1m/s2
(2)当两车速度相等时,两车距离最大,所以△x=
1
2
a甲t12+v(20-t1)-
1
2
a乙t22=300-200=100m
答:(1)甲、乙车的加速度分别为2m/s2、1m/s2;
(2)甲、乙两车在相遇之前的最大距离是100m
如图所示,光滑水平面上静止放着长L=1.6m,质量为M=3kg的木板(厚度不计),一个质量为m=1kg的小物体放在木板的最右端,m和M之间的动摩擦因数μ=0.1,今对木板施加一水平向右的拉力F,(g取10m/s2)
(1)为使两者保持相对静止,F不能超过多少?
(2)如果F=10N,求小物体离开木板时的速度?
正确答案
(1)当小物体相对于木板刚要滑动时,设两物体的加速度为a.以小物体为研究对象,由牛顿第二定律得
μmg=ma 得到a=μg
再以整体为研究对象得 F=(M+m)a=μ(M+m)g=0.1×(3+1)×10N=4N
(2)小物体的加速度 a1==μg=0.1×10=1m/s2
木板的加速度 a2==
=3m/s2
由a2t2-
a1t2=L
解得物体滑过木板所用时间t=s
物体离开木板时的速度v1=a1t=m/s
答:(1)为使两者保持相对静止,F不能超过4N;
(2)如果F=10N,小物体离开木板时的速度为m/s.
如图所示,皮带始终保持v=6m/s的速度顺时针运转,一个质量为m=1.0kg、初速度为零的小物体放在传送带的左端,若物体与传送带之间的动摩擦因数μ=0.15,传送带左右两端距离为s=6.75m.(g取10m/s2)
(1)求物体从左端运动到右端的时间;
(2)设皮带轮由电动机带动,求物体在皮带上从左端运动到右端消耗的电能.
正确答案
(1)假设小球一直做匀加速运动
物体在皮带上运动的加速度a=μg=1.5m/s2
设从左端到右端的运动时间为t
由s=at2 6.75=
×1.5t2
得t=3s
v=at=4.5m/s<6m/s
所以运动的时间为3s
(2)摩擦力做功Wf=μmg△s=0.15×1×10×(3×6-6.75)=16.9J
物体在最右端的速度v=at=1.5×3m/s=4.5m/s
物体动能的增量△EK=mv2=10.1J
消耗的电能E=Wf+△EK=16.9+10.1J=27J.
汽车原来以5m/s的速度沿平直公路行驶,刹车后获得的加速度大小为0.4m/s2则:
(1)汽车刹车后经多少时间停止?滑行距离为多少?
(2)刹车后滑行30m经历的时间为多少?停止前2.5s内滑行的距离为多少?
正确答案
(1)由v=v0+at 得t==
s=12.5s
由v2-v02=2as 得 s==31.25m
(2)由s=v0t+at2 得
t2-25t+150=0
解得t=10s或t=15s(舍去)
根据运动对称性反向观察,
s=v0t+at2=
at2=
×0.4×(2.5)2=1.25m
答:(1)汽车刹车后经12.5s时间停止,滑行距离为31.25m;
(2)刹车后滑行30m经历的时间为10s,停止前2.5s内滑行的距离为1.25m.
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