- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
在一次“模拟微重力环境”的实验中,实验人员乘座实验飞艇到达6000m的高空,然后让其由静止下落,下落过程中飞艇所受空气阻力为其重力的0.04倍,实验人员可以在飞艇内进行微重力影响的实验,当飞船下落到距地面的高度为3000m时,开始做匀减速运动,以保证飞艇离地面的高度不得低于500m,重力加速度g恒取10m/s2.试计算:
(1)飞艇加速下落的时间
(2)飞艇匀减速运动时的加速度不得小于多少?
正确答案
(1)设飞艇加速下落的加速度为a1,
由牛顿第二定律得:mg-f=ma1
解得a1==9.6m/s2
加速下落的高度为h1=6000-3000=3000m,
根据位移时间关系公式,有:h1=a1t2
故加速下落的时间为t==
s=25s
(2)飞艇开始做减速运动时的速度为 v=a1t=240m/s
匀减速下落的最大高度为 h2=3000-500=2500m
要使飞艇在下降到离地面500m时速度为零,飞艇减速时的加速度a2至少应为a2==11.5m/s2
答:(1)飞艇加速下落的时间为25s;
(2)飞艇匀减速运动时的加速度不得小于11.5m/s2.
汽车刹车前速度为20m/s,刹车获得的加速度大小为2m/s2,求:
(1)汽车刹车开始后20s内滑行的距离;
(2)静止前最后2s内汽车滑行的距离.
正确答案
(1)根据v=v0+at得,汽车停下来的时间为:0=20m/s-2m/s2t1
t1=10s<20s
所以汽车前20s内的位移为x1=t=
×10s=100m
故汽车刹车开始后20s内滑行的距离为100m.
(2)采用逆向思维
静止前最后2s内汽车滑行的距离为x2=at2=
×2m/s2×(2s)2=4m
故静止前最后2s内汽车滑行的距离为4m.
在足够大的水平圆木板中心处放置一小碟,小碟与木板间的动摩擦因数为µ.今使木板突然以加速度a从静止开始沿水平方向加速运动,经过时间T后,立即以同样大小的加速度匀减速同样的时间.小碟在木板上运动起来后最终又停在圆木板上,求此时小碟到木板中心的距离.
正确答案
小碟运动速度小于木板速度时做加速运动,加速度大小为
a1==μg
设经过时间t木板与小碟的速度相等,则
v=aT-a(t-T)=μgt
解得,t=
此后小碟的速度大于木板的速度,开始做匀减速运动直到静止,据运动的对称性得到木板的位移为x1=2×aT2
小碟的位移为x2=2×at2
所以小碟停止运动时距离木板中心的距离为△x=x1-x2=()2aT2
答:小碟到木板中心的距离为()2aT2.
一辆汽车以72km/h的速度在平直公路上行驶,现因故紧急刹车,已知汽车刹车过程中加速的大小始终为5m/s2,求
(1)汽车刹车3s末及6s末的速度;
(2)汽车通过30m所需要的时间.
正确答案
(1)规定汽车初速度的方向为正方向,由已知条件可得V0=72km/h=20m/s,a=-5m/s2,
设汽车经t0时间停下来,由V=V0+at
知:t0=-=4s,
所以,汽车刹车后3s末的速度V=V0+at=20m/s+(-5m/s2×3s)=5m/s;
因为汽车刹车之后不能做反向运动,故4s后汽车是静止的,6s末汽车的速度为0
(2)由x=v0t+at2
代入数据可得一元二次方程20t-
5
2
t2-30=0,求解方程可得
t1=2s,t2=6s(不合题意,舍去)
答:(1)汽车刹车3s末的速度为5m/s,6s末的速度为0;
(2)汽车通过30m所需要的时间.
汽车刹车后,停止转动的轮胎在地面上发生滑动,产生明显的滑动痕迹,即常说的刹车线,由刹车线的长短可以知道汽车刹车前的速度大小,因此刹车线的长度是分析交通事故的一个重要依据.若某路段规定的最高车速限制为40km/h,一汽车在该路段刹车后至停止的加速度大小是7m/s2,刹车线的长度为14m,求:
(1)该汽车从刹车至停下来所用的时间;
(2)刹车过程的平均速度;
(3)通过计算说明该车是否超速.
正确答案
(1)该汽车从刹车至停下来所用的时间为t,
根据运动学规律有0=v0-at
代入数据得t=2s
(2)根据平均速度的定义,
得到刹车过程的平均速度为=
=
=7m/s
(3)设汽车刹车前的初速度为v0,
则有=2ax
代入数据得:v0=14m/s.
又因为14m/s=50.4km/h>40km/h
此汽车已经超速.
答:(1)该汽车从刹车至停下来所用的时间为2s;
(2)刹车过程的平均速度为7m/s;
(3)已经超速.
汽车以10m/s的速度在平直公路上匀速行驶,刹车后匀变速经2s速度变为6m/s,求:
(1)刹车后2s内前进的距离及刹车过程中的加速度;
(2)刹车后8s内前进的距离.
正确答案
(1)根据匀变速直线运动平均速度公式得,x=t=
t=8×2m=16m.
根据匀变速直线运动的速度时间公式v=v0+at得,
a==
m/s2=-2m/s2
故刹车后2s内前进的距离为16m,加速度为-2m/s2.
(2)汽车刹车到停止所需的时间t0==
s=5s<8s
所以汽车在8s内的位移等于在5s内的位移.
则x=v0t0+at02=10×5-
×2×25m=25m
故刹车后8s内前进的距离为25m.
一滑块由静止从斜面顶端匀加速下滑,第5s末的速度是6m/s,求:
(1)第4s末的速度;
(2)前7s内的位移;
(3)第3s内的位移.
正确答案
(1)则由v=v0+at得
代入数据得 a=1.2m/s2
则第4秒末的速度为:v4=at=4.8m/s
故4s末的速度为4.8m/s.
(2)前7 s内的位移为:x7=at2=
×1.2×49=29.4m
故前7s内的位移为29.4m.
(3)第3 s内的位移x=at32-
at22=
×1.2×9-
×1.2×4m=3m.
故第3s内的位移为3m.
汽车正以v1=10m/s的速度在平直公路上行驶,突然发现正前方有一辆自行车以v2=4m/s的速度作同方向的匀速直线运动,汽车立即关闭油门作加速度大小为a=0.6m/s2的匀减速运动,汽车恰好没有碰上自行车,求关闭油门时汽车与自行车的距离.
某同学是这样解的:汽车关闭油门后的滑行时间和滑行距离分别为t=,s1=
在相同时间内,自行车的前进的距离为s2=v2t,关闭油门时汽车与自行车的距离为s=s1-s2…你认为这位同学的解法是否合理?若合理,请完成计算;若不合理,请用你自己的方法算出正确结果.
正确答案
“不合理”
原因在于:能满足题设的汽车恰好不碰上自行车的临界条件是:当汽车减速到与自行车速度相等时,它们恰好相遇,而不是汽车减速到0时相遇.
正确解法:
汽车减速到与自行车速度相等时,所用时间为:t==10s
在此时间内,汽车滑行距离为:s1==70m
自行车的前进的距离为:s2=v2t=40m
关闭油门时汽车与自行车的距离为:s=s1-s2=30m
答:这位同学的解法是不合理的,关闭油门时汽车与自行车的距离为30m.
一辆汽车由静止开始出发,要在200s时间内追上前面1500m处正以10m/s的速度同向匀速前进的自行车,已知这辆汽车的最大速度为20m/s,那么汽车匀加速行驶的加速度至少是多少?
正确答案
设汽车的匀加速直线运动的加速度为a.
有:at2=v1t+1500
代入数据得,×a×40000=10×200+1500,解得a=0.175m/s2.
此时汽车的速度v=at=35m/s>20m/s.所以汽车达到最大速度后做匀速直线运动.
则汽车做匀加速直线运动的时间t1==
则有:+vm(t-
)=v1t+1500
代入数据解得a=0.4m/s2.
答:汽车匀加速行驶的加速度至少是0.4m/s2.
甲车停在平直公路上,乙车以速度v0=20m/s从甲车旁驶过,同时甲车启动开始追赶乙车.已知甲车的启动加速度为a=5m/s2,达到其最大速度v=30m/s后做匀速运动.试问:
(1)甲车追上乙车时是在加速阶段还是匀速阶段?
(2)甲车追上乙车一共所花的时间是多少?
正确答案
(1)根据题意知,乙做匀速直线运动,而甲先做匀加速直线运动,达到最大速度时开始做匀速直线运动.当甲追上乙时,甲的位移和乙的位移刚好相同,根据位移时间关系有:
令甲经过ts追上乙,则有:v乙t=at2
代入v乙=20m/s,a=5m/s2可得此时t==8s
∵此时甲的速度v甲=at=40m/s>30m/s
∴甲在匀速阶段追上乙
(2)因为甲在匀速阶段追上乙,故令甲追上乙的时间为t,则甲在加速阶段的时间为t加==6s,则甲匀速运动时间为t匀=t-t加
当甲追上乙时,甲乙位移相同,则有:
at加2+vmax(t-t加)=v乙t
代入a=5m/s2,t加=6s,v乙=20m/s可得t=9s.
答:(1)甲在匀速阶段追上乙;
(2)甲追上乙所花的时间为9s.
甲乙两车从同一地点沿同一方向做直线运动,甲车以4m/s的速度做匀速运动先行出发,2s后乙以1m/s2的加速度做初速度为零的匀加速运动.求:
(1)乙车启动后经多长时间追上甲车
(2)在乙车追上甲车前,何时两车相距最远?两车最远的距离是多少?
正确答案
(1)设经过t时间乙车追上甲车,有
v1(t+2)=at2
解得t≈9.6s.
(2)当两车速度相等时,相距最远.
则t′==4s
此时甲车的位移x1=4×(4+2)m=24m
乙车的位移x2=at′2=
×1×16m=8m
△x=x1-x2=16m
答:(1)乙车启动后经过9.6s追上甲车.
(2)在乙车追上甲车前,经过4s相距最远,最远距离为16m.
足够长的倾角θ=53°的斜面固定在水平地面上,一物体以v0=6.4m/s的初速度,从斜面底端向上滑行,该物体与斜面间的动摩擦因数μ=0.8,如图所示.(sin53°=0.8,cos53°=0.6,g取10m/s2)
(1)求物体从开始到再次返回斜面底端所需的时间;
(2)求返回斜面底端时的速度;
(3)若仅将斜面倾角θ变为37°,其他条件不变,试求物体在开始第1s内的位移大小.(结果保留2位有效数字)
正确答案
(1)物体上滑过程,根据动能定理得
-(mgxsinθ+μmgcosθ)x=0-mv02 ①
根据牛顿第二定律得,
物体上滑过程的加速度大小为a1==g(sinθ+μcosθ)=10×(0.8+0.8×0.6)m/s2=12.8m/s2 ②
物体下滑过程的加速度大小为a2==g(sinθ-μcosθ)=10×(0.8-0.8×0.6)m/s2=3.2m/s2 ③
由公式x=at2得:
物体上滑所用时间为 t1= ④
物体下滑时间为t2= ⑤
物体从开始到再次返回斜面底端所需的时间 t=t1+t2 ⑥
①→⑥联立得:t=1.5s
(2)物体下滑过程,根据动能定理得
(mgxsinθ-μmgcosθ)x=mv 2 ⑦
①⑦联立得:v=3.2m/s
(3)当θ=37°时由牛顿第二定律得:
物体上滑过程的加速度大小为a1′==g(sinθ+μcosθ)=10×(0.6+0.8×0.8)m/s2=12.4m/s2
上滑时间:t1′==
s=
s<1s
又因为tanθ=0.75<0.8 所以物体滑到最顶端后不再下滑,保持静止.
得物体在开始第1s内的位移大小:x′==
m=1.7m
答:(1)求物体从开始到再次返回斜面底端所需的时间为1.5s;
(2)求返回斜面底端时的速度3.2m/s;
(3)物体在开始第1s内的位移大小为1.7m.
甲车以10m/s的速度在平直的公路上匀速行驶,乙车以4m/s的速度与甲车平行同向做匀速直线运动,甲车经过乙车旁边开始以0.5m/s2的加速度刹车,从甲车刹车开始计时,求:
(1)乙车在追上甲车前,两车相距的最大距离;
(2)乙车追上甲车所用的时间.
正确答案
(1)在乙车追上甲车之前,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=12s
此时甲车的位移为:x1=v2t1+at12=10×12-
×0.5×122m=84m
乙车的位移为:x2=v1t1=4×12m=48m
所以两车间的最大距离为:
△x=x2-x1=84-48m=36m
(2)设甲车停止的时间为t2,则有t2==
s=20s,
甲车在这段时间内发生的位移为:x==
m=100m
乙车发生的位移为x′=v′t2=4×20m=80m
则 乙车追上甲车所用的时间t3=t2+s=25s
答:
(1)乙车在追上甲车前,两车相距的最大距离36m;
(2)乙车追上甲车所用的时间25s.
一列火车以2m/s的初速度、0.5m/s2的加速度做匀加速直线运动,则:
(1)火车在第3s末的速度是多少?
(2)在前4s的平均速度是多少?
(3)在5s内的位移是多少?.
正确答案
由题意知,火车做初速度v0=2m/s,加速度a=0.5m/s2匀加速直线运动
根据速度时间关系v=v0+at,火车第3s末的速度v=2+0.5×3m/s=3.5m/s
前4s的平均速度=
=
=3m/s
根据位移时间关系x=v0t+at2=2×5+
×0.5×25=16.25m
答:(1)火车在第3s末的速度是3.5m/s
(2)在前4s的平均速度是3m/s;
(3)在5s内的位移是16.25m
一宇宙空间探测器从某一星球表面竖直升空,宇宙探测器升到空中某一高度,发动机关闭,其速度随时间的变化关系如图所示.
(1)升空后8秒末,24秒末,32秒末探测器的速度分别是多少?
(2)探测器哪一时刻关闭发动机?哪一时刻达到最大高度?哪一时刻开始下降?
(3)探测器所能达到的最大高度是多少?
(4)求探测器加速上升的过程中加速度?求下降过程的加速度?
正确答案
(1)升空后,8s末探测器的速度为v1=64m/s,24s末速度为v2=0,32s末速度为v3=-32m/s.
(2)探测器在t=8s末关闭发动机,在t=24s末到达最大高度,t=24s开始下降.
(3)由速度图象的“面积”大小等于位移,则得探测器所能达到的最大高度为
H=×64×24m=768m
(4)在0-24s时间内探测器上升,则上升过程的加速度为
a1==
m/s2=8m/s2
在24s后探测器开始下降,则下降过程的加速度为
a2==
m/s2=-4m/s2
答:(1)升空后8秒末,24秒末,32秒末探测器的速度分别是64m/s,0和-32m/s.
(2)探测器8s末时刻关闭发动机,24s末时刻达到最大高度,24s末时刻开始下降.
(3)探测器所能达到的最大高度是768m.
(4)探测器加速上升的过程中加速度是8m/s2,下降过程的加速度是-4m/s2.
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