- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
一辆汽车在平直公路上匀速行驶,速度大小为v0=5m/s,关闭油门后汽车的加速度为a=-0.4m/s2.求:
(1)关闭油门后到汽车位移x=30m所经历的时间t1.
(2)汽车关闭油门后t2=20s内滑行的距离.
正确答案
(1)由匀变速直线运动规律可得x=v0t+at2,
把x=30m、v0=5m/s、
a=-0.4m/s2代入式中可求得t1=10s t2=15s(舍去)
故关闭油门后到汽车位移x=30m所经历的时间为10s.
(2)汽车停止时间 t′==
s=12.5s<20s
所以在20s内汽车通过的位移为:S==
s=31.25m
故汽车关闭油门后t2=20s内滑行的距离为31.25m.
如图所示,平板小车沿水平地面始终以加速度a做匀加速直线运动.当小车速度增至v时,将一小物块无初速地放于平板小车的A端(小车的加速度保持不变).物块与小车间的动摩擦因数为μ,(μg>a),要使物块不会从小车上滑出,求平板小车的最小长度L0.
正确答案
设物块的质量为m,经过时间t物块运动到小车B端,物块的末速度和位移分别为
v1=t=μgt
x1=t2=
μgt2
时间t内小车的位移和末速度分别为
v2=v+at
x2=vt+at2
若物块刚好未从小车B端滑出,则有
v1=v2
x2=x1+L0(如图所示)
即:μgt=v+at
vt+at2=
μgt2+L0
解得:L0=
即平板小车的最小长度为.
一辆卡车为了超车,以90km/h的速度驶入左侧逆行道时,猛然发现前方80m处一辆汽车正迎面驶来.假定该汽车以54km/h的速度行驶,同时也发现了卡车超车.设两司机的反应时间都是0.70s,他们刹车的加速度值都是7.5m/s2,若两车均以这一加速度刹车而不采取其它措施.试问它们是否会相撞?如果会相撞,相撞时卡车的速度多大?
正确答案
设卡车行驶的速度为v1,汽车行驶的速度为v2,则v1=90km/h=25m/s,v2=54 km/h=15 m/s,在反应时间△t内两车行驶的距离分别为s1、s2,则
s1=v1△t=17.5m ①
s2=v2△t=10.5m ②
卡车、汽车刹车所通过的距离分别为s3、s4,则有:
s3==41.67m,s4=
=15m
由于s1+s2+s3+s4=84.67m>80m,因此两车会发生碰撞;
当汽车减速为零时:t==2s
此时卡车位移为:s3=v1t+at2=35m
此时两车总位移之和为:s1+s2+s3+s4=17.5m+10.5m+35m+15m=78m,小于80米,因此当两车相撞时,汽车已经停止.
所以卡车减速位移为:s=80m-17.5m-10.5m-15m=37m
设相撞时卡车速度为v,则根据v2-=2as有:
v2-252=2×(-7.5)×37,解得:v=8.37m/s
故两车会发生碰撞,碰撞时卡车是速度为:v=8.37m/s.
如图(甲)所示,水平面上A、B两点相距6.25m,一个质量为4.0kg的小滑块在水平推力的作用下沿水平面自左向右滑动,先后经过A、B两点.在滑块到达A点之前,滑块沿水平面做匀速运动,所受的水平推力大小为0.4N.从滑块经过A点开始,滑块受到的推力按照如图(乙)所示的规律变化,已知滑块在3.0s时刻的速度大小为0.8m/s.求:
(1)滑块受到水平面的滑动摩擦力的大小;
(2)滑块经过B点时的速度大小.
正确答案
(1)滑块沿水平面做匀速运动,受力平衡,f=F=0.4N
(2)由乙图可知,前2s的加速度为a==
=0.1m/s2
又 2s末的速度与3s末的相同,则过A点时速度为
v=v0+at 0.3=v0+0.1×2 v0=0.1m/s
A到B的位移,前2s加速位移 s1=v0t+at2 第3s匀速运动的位移 s2=0.3t
同理5、6s加速,第7s匀速,8、9s加速,第10s匀速,直到各段合位移为6.25m
滑块经过B点时的速度大小0.9m/s
答;(1)滑块受到水平面的滑动摩擦力的大小0.1m/s2;
(2)滑块经过B点时的速度大小0.9m/s.
如图(甲)所示,光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上,两导轨间距L=0.2m,电阻R=0.4Ω,导轨上停放一质量m=0.1kg、电阻r=0.1Ω的金属杆,导轨电阻可忽略不计,整个装置处于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中,磁场方向竖直向下.现用一外力F沿水平方向拉杆,使之由静止开始运动,若理想电压表的示数U随时间t变化的关系如图(乙)所示.
(1)试分析说明金属杆的运动情况;
(2)求第2s末外力F 的瞬时功率.
正确答案
(1)电压表示数为U=IR=v
由图象可知,U与t成正比,即v与t成正比,杆做初速为零的匀加速运动.
(2)因v=at,所以U=at=kt
由图象得k=0.4 V/s,即=0.4V/s
得a=5m/s2
两秒末速度v=at=10m/s
F-=ma 得F=0.7N
则P=Fv=7W.
如图表示的是在水平方向安置的传送带运送工件的示意图.已知上层传送带以速度v=1.2m/s匀速向右运动,传送带把A处的工件运送到B处,AB相距L=3m.从A处把工件轻轻放到传送带上,经过0.2s,工件与上层传送带达到了共速.若取当地的重力加速度g=l0m/s2,求:
(1)工件在A、B间运行的加速度;
(2)工件与传送带之间的滑动摩擦因数;
(3)工件由A到B运动的时间.
正确答案
(1)根据速度时间公式得:a==
=6m/s2
(2)根据牛顿第二定律得,
a==μg
∴μ==
=0.6
(3)工件在传送带上受向右的滑动摩擦力作用,先做匀加速运动,速度达到传送带速度时,由于惯性工件做匀速直线运动.
工件做匀加速运动的位移:s1=a
=
×6×0.22=0.12m
工件匀速运动过程的位移:s2=l-s1=3-0.12=2.88m
工件做匀速运动的时间:t2==
=2.4s
∴总时间:t=t1+t2=0.2+2.4=2.6s
答:(1)工件在A、B间运行的加速度是6m/s2.
(2)工件与传送带之间的滑动摩擦因数为0.6.
(3)工件由A到B运动的时间为2.6s.
如图所示,质量为mA=2m的长木板长为L、A置于光滑的水平地面上,在其左端放一质量为mB=m的小木块B,A和B之间的摩擦因数等于μ.若使A固定,用水平方向的恒力F拉B,B的加速度为μg.若释放A使它能自由运动,将B仍置于A的左端,从静止开始,仍用恒力F拉B到某一位置后撤去拉力F.为保证B不从A上滑落,求:
(1)F作用的最长时间
(2)若使B刚好不从A上滑下,求产生的内能.
正确答案
(1)当A固定时,对B由牛顿第二定律:
F-μmg=ma
a=μg
由以上两式得:F=2μmg
在A自由运动的情况下,若B刚好不从A右端滑出,F作用时间为t1,这段时间内B做匀加速运动,
撤去外力后,B木板做匀减速运动到达最右端的时间为t2,加速度大小均为 a=μg,滑到A的最右端二者速度相等.
而A一直作匀加速运动,设加速度大小为a′,
撤去外力F时,B的速度为 V1=at1
B滑到最右端时速度为 V2=V1-at2
对A 由牛顿第二定律得 μmg=2ma′
B滑到最右端时A木板的速度 VA=a′(t1+t2 )
由题中条件,V2=VA
由以上各式可知 t1=3 t2
相对位移 L=t1+
t2-
(t1+t2)
解得:t1=3
(2)若使B刚好不从A上滑下,产生的内能等于客服摩擦力做的功.
摩擦力为恒力,可以用功的定义求解,摩擦力乘以相对位移:
Q=μmgL
答:(1)F作用的最长时间为3
(2)若使B刚好不从A上滑下,产生的内能为μmgL.
一辆汽车以20m/s的速度匀速运动,紧急刹车后经2s停下来.
(1)汽车刹车时的加速度为多少?
(2)刹车过程中通过的位移为多少?
正确答案
(1)根据加速度的定义
a==
m/s2=-10m/s2
(2)根据速度与位移的关系公式得
s==
m=20m.
答:(1)汽车刹车时的加速度为-10m/s2.
(2)刹车过程中通过的位移为20m.
一辆汽车正以15m/s的速度在平直的公路上行驶,突然,司机发现正前方15m处有一辆自行车以5m/s的速度做同方向的运动,在反应0.4s后才实施制动(这个时间称为反应时间).若汽车刹车时能产生的最大加速度为5m/s2,请问汽车是否会撞上自行车?若不相撞,求两车相距最近时的距离;若相撞,求汽车刹车后经多长时间与自行车相撞.
正确答案
汽车在反应时间内的位移:x1=v1t1=15×0.4m=6m.
当速度相等时所经历的时间:t2==
s=2s
在2s内汽车的位移:x2=v1t2+at22=15×2-
×5×4m=20m
自行车的位移:x3=v2(t2+t1)=5×2.4m=12m
因为x3+x0>x1+x2,所以不会相撞.
两者的最小距离:△x=(x3+x0)-(x1+x2)=1m
答:两车不相撞,两者之间最小距离为1m.
小球从斜面的顶端以初速度v0=2m/s,加速度a=2m/s2沿斜面向下匀加速滑行,在到达斜面底端前一秒内所通过的位移是斜面长的,求:
(1)斜面的长度?
(2)小球到达斜面底端的速度大小?
正确答案
(1)设整个过程中的运动时间为t,则v0t+at2-[v0(t-1)+
a(t-1)2]=
(v0t+
at2)
解得t=3s.
则斜面的长度L=v0t+at2=2×3+
×2×9m=15m.
(2)小球达到底端的速度v=v0+at=8m/s.
答:(1)斜面的长度为15m.
(2)小球达到斜面底端的速度大小为8m/s.
如图所示,一质量为1kg的小球套在一根固定的直杆上,直杆与水平面夹角θ为30°.现小球在F=20N的竖直向上的拉力作用下,从A点静止出发向上运动,已知杆与球间的动摩擦因数μ=,g=10m/s2.试求:
(1)小球运动的加速度a1;
(2)若F作用1.2s后撤去,小球上滑过程中距A点最大距离sm.
正确答案
(1)在力F作用时有:
(F-mg)sin30°-m(F-mg)cos30°=ma1
a1=2.5 m/s2
(2)刚撤去F时,小球的速度v1=a1t1=3m/s
小球的位移s1 =t1=1.8m
撤去力F后,小球上滑时有:
mgsin30°+mmgcos30°=ma2
a2=7.5 m/s2
因此小球上滑时间t2==0.4s 上滑位移s2=
t2=0.6m
则小球上滑的最大距离为sm=s1+s2=2.4m
答:(1)小球运动的加速度为2.5 m/s2 ;
(2)若F作用1.2s后撤去,小球上滑过程中距A点最大距离为2.4m.
如图所示,跳伞运动员离开飞机后先做4s自由落体运动,后张开降落伞匀速下降4s,最后再做19s匀减速下降,着地时速度是2m/s,g取10m/s2.
(1)试作出运动员运动的v-t图象;
(2)求减速下降时的加速度(大小和方向);
(3)求跳伞员离开直升飞机时距地面的高度.
正确答案
(1)跳伞运动员先做自由落体运动,加速度为g=10m/s2,4s末的速度为v=gt=40m/s.张开降落伞匀速下降的速度为40m/s,运动时间为4s.最后做19s匀减速下降,初速度为40m/s,末速度为2m/s.v-t图象如图所示.
(2)设运动员自由落体历时t1,匀速运动历时t2,减速运动历时t3,4s末的速度为vm,着地速度为v=2m/s,则
vm=gt1=40m/s
∴a==
m/s2=-2m/s2
负号表示方向竖直向上,加速度大小为2m/s2
(3)跳伞员离开飞机时的高度H=t1+vmt2+
t3=639m
答:
(1)试作出运动员运动的v-t图象如图所示;
(2)减速下降时的加速度方向竖直向上,大小为2m/s2;
(3)跳伞员离开直升飞机时距地面的高度是639m.
在平直公路上,以v1=10m/s匀速行驶的一辆摩托车,与以v2=2m/s的速度行驶的一辆汽车同向行驶,某时刻同时经过A点,以后汽车以a=0.5m/s2的加速度开始加速.求:
(1)经过多少时间汽车追上摩托车?
(2)在汽车追上摩托车之前,两车间的最大距离是多少?
正确答案
(1)设经过时间t汽车追上摩托车,此时两车的位移相同,则
由 v1t=v2t+at2
得t=32s
(2)在汽车追上摩托车之前,当两车速度相等时两车间的距离最大,
设此时经历的时间为t1,则
由 v1=v2+at1
得:t1=16s
此时汽车的位移为:x1=v2t1+at12=96m
摩托车的位移为:x2=v1t1=160m
所以两车间的最大距离为:
△x=x2-x1=64m
答:
(1)经过16s时间汽车追上摩托车.
(2)在汽车追上摩托车之前,两车间的最大距离是64m.
如图所示,倾角为30.的粗糙斜面固定在地面上,物块在沿斜面方向的推力F的作用下向上运动已知推力F在开始一段时间内大小为8 5N.后来突然减为8N,整个过程中物块速度”随时间变化的规律如图所示,取重力加速度g=10m/f,求:
(1)物块的质量m;
(2)物块与斜面间的动摩擦因数μ.
正确答案
(1)当F=8.5N时物块做匀加速运动
由v-t图象得 a==0.5m/s2
由牛顿第二定律得F-Ff-mgsinα=ma
由以上各式解得m=1kg
(2)由第(1)问可得Ff=F′=mgsinα=(8-1×10×)N=3N
又Ff=μmgcos30°
得μ==
=
答:(1)、物块的质量为1kg;
(2)、物块与斜面间的动摩擦因数是.
汽车(可看作质点)由静止出发做匀加速直线运动,用10s时间通过一座长140m的桥,过桥后速度是16m/s,求
(1)它刚开上桥头时速度有多大?
(2)桥头与出发点相距多远?
正确答案
(1)在过桥过程中的平均速度=
=14m/s
匀变速直线运动的平均速度 =
所以v0=12m/s
故汽车刚上桥头时的速度等于12m/s.
(2)匀变速直线运动的加速度a=
根据速度位移公式v02=2ax,代入数据得,
x=180m
故桥头与出发点间的距离为180m.
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