- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
某汽车司机看到交通岗的绿灯亮后,立即以3m/s2的加速度开始起动汽车,去追赶前方330m远、同方向行驶的自行车.设汽车能达到的最大速度为30m/s,自行车以6m/s的速度做匀速直线运动.试求:
(1)汽车在追上自行车前运动多长时间与自行车相距最远?此时他们之间的距离是多少?
(2)汽车至少要用多长时间才能追上自行车?
正确答案
(1)当汽车与自行车的速度相等时,两者相距最远,则有:
v自=at1,
得:t1==
s=2s
二者之间最大距离为:
△x=v自t2-a
+x0=(6×2)m-
×3×22m+330m=336m
(2)汽车达到速度所用的时间为:
t2==
s=10s
设汽车至少要用t时间追上自行车,则有:
a
+vm(t-t2)=x0+v自t
代入得:
×3×102+30×(t-10)=330+6t
解得:t=20s
答:
(1)汽车在追上自行车前运动2s时间与自行车相距最远,此时他们之间的距离是336m.
(2)汽车至少要用20s时间才能追上自行车.
汽车以5m/s的速度在公路上行驶,司机看到前方出现障碍物后关闭发动机并制动,汽车获得大小为0.4m/s2的加速度做匀减速直线运动,求:
(1)刹车后20s汽车滑行的距离.
(2)刹车后滑行30m经历的时间.
正确答案
规定初速度方向为正方向
已知初速度v0=5m/s,a=-0.4m/s2设汽车从刹车到停止所需的时间为t
根据匀变速运动速度时间公式得:
v=v0+at
则t==
s=12.5s
因为20s>12.5s
所以20s前汽车已停止运动,故20s的位移为:x==
m=31.25m
(2)因为30m<31.25m,所以此时汽车没有停止运动,
则x=v0t+at2
代入数据得:5t+×(-0.4)×t2=30
解得:t=10s
答:(1)刹车后20s汽车滑行的距离为31.25m.
(2)刹车后滑行30m经历的时间为10s.
起跳摸高是学生常进行的一项活动,竖直起跳的时间和平均蹬地力的大小能够反映学生在起跳摸高中的素质.为了测定竖直起跳的时间和蹬地力的大小,老师在地面上安装了一个压力传感器,通过它可以在计算机上绘出平均压力与时间的关系图象.小刘同学身高1.72m,站立时举手达到2.14m,他弯曲两腿,做好起跳的准备,再用力蹬地竖直跳起,测得他对传感器的压力F与时间t的关系图象如图所示.已知图中网格间距相等,不计空气阻力,取g=10m/s2.求小刘同学起跳摸高的最大高度约为多少?
正确答案
从图可知小刘质量为60kg;它蹬地作用力为1050N,加速离开地面时间为:t=0.4s…①
设它蹬地过程中的平均加速度大小为a,根据牛顿第二定律得:F-mg=ma,
解得a==
m/s2=7.5m/s2.…②
小刘离开地面时获得的速度约为:v=at=7.5×0.4m/s=3.0m/s…③
离开地面后做竖直上抛运动上升的高度为:h′==
m=0.45m…④
摸高约为:H=h'+h0=2.59m…⑤
答:小刘同学起跳摸高的最大高度约为2.59m
2008年5月12日汶川大地震发生后,一辆救护车不顾危险去抢救伤员,它在途中遇到一座桥,刚开上桥头时速度为5m/s,经过桥的另一端时的速度是15m/s,在桥上行驶时间是10s,假设救护车做的是匀变速运动,救护车可看成质点.求:
(1)汽车运动的加速度是多大?
(2)桥的长度是多少?
正确答案
(1)由运动学公式得:a==
=1m/s2.
故汽车运动的加速度是1m/s2.
(2)根据速度位移公式:
x==100m.
故桥的长度为100m.
图为仓库中常用的皮带传输装置示意图,它由两台皮带传送机组成,一台水平传送,A、B两端相距3m,另一台倾斜,传送带与地面的夹角θ=37˚,C、D两端相距4.45m,B、C相距很近.水平传送以5m/s的速度沿顺时针方向转动,现将质量为10kg的一袋大米无初速度地放在A端,它随传送带到达B端后,速度大小不变地传到倾斜送带的C点,米袋与两传送带间的动摩擦因数均为0.5,g取10m/s2,sin37˚=0.6,cos37˚=0.8 试求:
(1)米袋沿传送带从A运动到B的时间
(2)若CD部分传送带不运转,求米袋沿传送带在CD上所能上升的最大距离;
(3)若倾斜部分CD以4m/s的速率顺时针方向转动,求米袋从C运动到D所用的时间.
正确答案
(1)米袋在传送带AB上,与之有相对滑动时f1=μmg=ma1
a1=5m/s2
a1t1=5m/s t1=1s s1=×1m=2.5m<3m
故米袋在AB传送带上先匀加速直线运动后做匀速直线运动.t2=s=0.1s
所以t=t1+t2=1.1s
答:米袋沿传送带从A运动到B的时间为1.1s.
(2)CD部分传送带不运转米袋沿CD上滑过程中,μmgcosθ+mgsinθ=ma2
得a2=10m/s2
0-v2=-2a2s解得最大距离s=1.25m
答:米袋沿传送带在CD上所能上升的最大距离为1.25m.
(3)CD以4m/s的速率顺时针方向转动,当米袋沿斜面上升速度v'>4m/s时,a=10m/s2
米袋速度v'=4m/s时上滑位移为s1=m=0.45m
t′1==0.1s
米袋速度v'<4m/s滑动摩擦力方向改变,且mgsinθ>μmgcosθ米袋减速上滑,
加速度为a′==2m/s2
则v′t′2-a′t′22=s总-s1
解得 t'2=2s
此时米袋速度刚好等于0,可见米袋恰好可以运行到D点 t'=t'1+t'2=2.1s
答:米袋从C运动到D所用的时间为2.1s.
在光滑绝缘的水平面上,用长为2L的绝缘轻杆连接两个质量均为m的带电小球A和B.A球的带电量为+2q,B球的带电量为-3q,组成一带电系统,如图所示,虚线MP为AB两球连线的垂直平分线,虚线NQ与MP平行且相距4L.最初A和B分别静止于虚线MP的两侧,距MP的距离均为L,且A球距虚线NQ的距离为3L.若视小球为质点,不计轻杆的质量,在虚线MP,NQ间加上水平向右的匀强电场E后,求:
(1)B球刚进入电场时,带电系统的速度大小.
(2)带电系统从开始运动到速度第一次为零所需时间以及B球电势能的变化量.
正确答案
(1)带电系统开始运动时,设加速度为a1,由牛顿第二定律:a1==
球B刚进入电场时,带电系统的速度为v1,有:v12=2a1L
求得:v1=
(2)对带电系统进行分析,假设球A能达到右极板,电场力对系统做功为W1,有:W1=2qE×3L+(-3qE×2L)=0
故带电系统速度第一次为零时,球A恰好到达右极板Q.
设球B从静止到刚进入电场的时间为t1,则:t1=
解得:t1=
球B进入电场后,带电系统的加速度为a2,由牛顿第二定律:a2==-
显然,带电系统做匀减速运动.减速所需时间为t2,
则有:t2=
求得:t2=
可知,带电系统从静止到速度第一次为零所需的时间为:t=t1+t2=3
带电系统速度第一次为零时,球A恰好到达右极板Q,故进入电场后B球向右运动的位移x=4L-2L=2L,
故电场力对B球所做的功为W=-3qE×2L=-6EqL
故B球电势能增加了6EqL.
在平直公路上以6m/s的速度匀速行驶的自行车与同向行驶的汽车同时经过A点,此时汽车速度为10m/s,并开始以0.5m/s2的加速度做减速行驶,而自行车仍然匀速前进.求:
(1)经过多长时间自行车追上汽车?
(2)自行车追上汽车时,汽车的速度多大?
正确答案
(1)由题意得:6t=10t-×0.5×t2
解得t=16s.
(2)由v=v0+at得,
v=10-0.5×16m/s=2m/s.
答:(1)经过16s自行车追上汽车.
(2)自行车追上汽车时,汽车的速度为2m/s.
因搬家要把一质量为300kg钢琴从阳台上降落到地面.用一绳吊着钢琴先以0.5m/s 匀速降落,当钢琴底部距地面高h 时,又以大小为1m/s2的加速度匀减速运动,钢琴落地时速度刚好为零.(g 取10m/s2) 求:
(1)钢琴做匀减速运动的时间t;
(2)匀减速运动的距离h.
正确答案
(1)由题意知有:vt=v0+at
由题意可知vt=0,a=-1m/s2,
所以钢琴做匀减速运动时间为:t==
=0.5s
(2)物体减速下降平均速度为:=
所以匀减速下落距离为:h=t=
×0.5=0.125m.
答:(1)钢琴做匀减速运动的时间t=0.5s
(2)匀减速运动的距离h=0.125m.
一辆汽车沿着平直公路从甲站开往乙站,起步阶段的加速度为2m/s2,加速行驶5s后匀速行驶2min,然后刹车,匀减速滑行50m后正好停在乙站.求这辆汽车
(1)匀减速过程的加速度大小
(2)从甲站运动到乙站的时间
(3)从甲站到乙站的平均速度大小.
正确答案
(1)加速5s后的速度为:v=a1=10m/s
匀减速过程的初速度为10m/s,末速度为零,
由:=s3,得:a=-1m/s2
匀减速过程的加速度大小为1m/s2,方向与初速度方向相反
(2)匀减速过程:vt=v+at3,得:t3=10s,
从甲站到乙站的时间为:t=t1+t2+t3=5+120+10=135s
(3)匀加速过程:s1=a1t12=25m
匀速过程:s2=vt2=10×120=1200m
全过程:s=s1+s2+s3=1275m
全过程的平均速度大小为:=
=
=9.4m/s
答:(1)匀减速过程的加速度大小1m/s2;
(2)从甲站运动到乙站的时间是135s;
(3)从甲站到乙站的平均速度大小是9.4m/s.
某同学住在一幢高楼中,他放学回家时从一层乘电梯回家,电梯从静止开始匀加速上升,经过4s速度达2m/s,然后以这个速度匀速上升了9s,最后又经过4s的匀减速上升,电梯到达他住的楼层停下了.求:
(1)电梯加速上升的加速度;
(2)最后4s上升的距离;
(3)电梯上升的总的高度.
正确答案
第一阶段匀加速上升的高度为S1,加速度为a1,
根据速度公式v1=a1t1得
a1==
m/s=0.5m/s
根据位移公式有s1=at12=
×0.5×42m=4m
第二阶段匀速直线运动上升的高度为S2
s2=v1t2=2×9m=18m
第三阶段匀减速直线运动上升的高度为S3
由平均速度求位移,得s3=v1t3=
×2×4m=4m
电梯上升的总高度为:S=S1+S2+S3=4m+18m+4m=26m
答:(1)电梯加速上升的加速度是0.5m/s2;
(2)最后4s上升的距离是4m;
(3)电梯上升的总的高度22m.
某一长直的赛道上,有一辆F1赛车前方200m处有一安全车正以10m/s的速度匀速前进,这时赛车从静止出发以2m/s2的加速度追赶.试求:
(1)赛车出发3s末的瞬时速度大小.
(2)赛车何时追上安全车?
(3)赛车追上安全车之前何时与安全车距离最远?
正确答案
(1)根据v=at得,v=2×3m/s=6m/s.
故赛车出发3s末的瞬时速度大小为6m/s.
(2)赛车追上安全车时有:v0t+s=at2
解得t=20s
赛车经过20s追上安全车.
(3)当两车速度相等时,两车相距最远.
v0=at′解得t′==
s=5s.
故经过5s两车相距最远.
如图所示,小球在光滑斜面上做匀减速直线运动,途中依次经过A、B、C三点,且经过两段的时间间隔分别为tAB=1s,tBC=3s,且AB=4m,BC=6m,求:
(1)小球的加速度;
(2)小球通过C点的速度;
(3)小球能沿斜面上滑最大的距离.
正确答案
(1)设小球在斜面上运动的加速度为a,经过A点时的速度为vA,那么有:
vB=vA+atAB… ①
-
=2aSAB… ②
vC=vA+a(tAB+tBC)… ③
-
=2a(SAB+SBC)… ④
联立①②式得:(vA+atAB)2-=2aSAB… ⑤
联立③④式得:[vA+a(tAB+tBC)]2-=2a(sAB+sBC)… ⑥
联立⑤⑥式代入数据解之得:a=-1m/s2,vA=4.5m/s
(2)由式③有:vC=vA+a(tAB+tBC)=4.5+(-1)×(1+3)m/s=0.5m/s
(3)设小球沿斜面上滑最大距离为sm,根据速度位移关系式v2-=2asm有:
sm==
m=10.125m
答:(1)小球的加速度a=-1m/s2;
(2)小球通过C点的速度vC=0.5m/s;
(3)小球能沿斜面上滑最大的距离为10.125m.
一质量为m=1kg的木箱在水平地面上沿直线向右运动,到达A处时木箱开始受到F=4N的水平恒力作用,此后木箱继续沿同一直线运动,经过t=2s到达B处,木箱在B处的速度与在A处的速度大小相同.已知木箱与水平地面之间的动摩擦因数为μ=0.2,重力加速度g=10m/s2,求木箱在这2s内的位移.
正确答案
依题意可知,木箱先向右做匀减速直线运动,速度减小为零后向左做匀加速直线运动,如图所示.
设木箱在A处向右的速度大小为v,经过t1速度减小为零,位移大小为s1,加速度大小为a1,
由牛顿第二定律 F+μmg=ma1
v=a1t1
s1=(方向水平向右)
设再经过t2到达B处,木箱速度大小仍为v,位移大小为s2,加速度大小为a2,由牛顿第二定律
F-μmg=ma2
v=a2t2
s2=(方向水平向左)
又 t1+t2=2s
则木箱这2s内的位移 s=s2-s1
联立解得 s=1.5m
位移方向水平向左
答:木箱在这2s内的位移为1.5m,位移方向水平向左.
如图所示,在光滑的桌面上叠放着一质量为mA=2.0kg的薄木板A和质量为mB=3.0kg的小金属块B,A的长度L=2.0m,B上有轻线绕过定滑轮与质量为mC=1.0kg的物块C相连,B与A之间的动摩擦因数μ=0.10,最大静摩擦力可视为等于滑动摩擦力,忽略滑轮质量及与轴间的摩擦,起始时令各物体都处于静止状态,绳被拉直,B位于A的左端(如图),然后放手,求(1)A、B的加速度;(2)经过多长时间t后B从A的右端脱离(设A的右端距滑轮足够远)(取g=10m/s2)
正确答案
(1)对A受力分析,受重力、支持力和摩擦力,根据牛顿第二定律,有:aA=,
代入数据得aA=1.5 m/s2;
对BC整体运用牛顿第二定律,有:mCg-μmBg=(mB+mC)aB,代入数据得 aB=m/s2;
(2)由于SB-SA=l,根据位移时间关系公式,有:aBt2-
aAt2=l
代入数据得t=4s
答:(1)A的加速度为1.5m/s2,B的加速度为m/s2;
(2)经过4s时间后B从A的右端脱离.
滑雪运动员不借助雪杖,由静止从山坡以加速度a1匀加速滑下,测得20s的速度为20m/s,50s到达坡底,又沿水平面以加速度a2减速20s停止,求:
(1)a1和a2
(2)到达坡底后6s末的速度.
正确答案
(1)根据a=得:a1=
=1m/s2
50s到达坡底的速度v=a1t=1×50=50m/s
同理a2==-2.5m/s2
“-“说明与运动方向相反
(2)到达坡底后6s末的速度
v=v 0+at
=50-2.5×6
=35m/s
答(1)a1=1m/s2,a2=-2.5m/s2
(2)到达坡底后6s末的速度为35m/s
扫码查看完整答案与解析