- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
汽车起动的快慢和能够达到的最大速度,是衡量汽车性能的指标体系中的两个重要指标.汽车起动的快慢用车的速度从0到100km/h的加速时间来表示,这个时间越短,汽车起动的加速度就越大.下表中列出了两种汽车的性能指标(为了简化计算,把100km/h取为30m/s).
现在,甲、乙两车在同一条平直公路上,车头向着同一个方向,乙车在前,甲车在后,两车相距85m,甲车先起动,经过一段时间t0乙车再起动.若两车从速度为0到最大速度的时间内都以最大加速度做匀加速直线运动,到达最大速度后以最大速度做匀速运动.在乙车开出8s时两车相遇,则
(1)t0应该满足的条件是什么?
(2)在此条件下,两车相遇时甲车行驶的路程是什么?
正确答案
(1)甲车的最大加速度为a1=m/s2=2.5m/s2
乙车的加速度为a2=m/s2=5m/s2
甲车以最大加速度加速到最大速度的时间t1==
s=16s
在此时间内的位移x1=a1t12=320m
乙车以最大加速度加速到最大速度的时间t2==
s=10s
所以乙车在8s内一直做匀加速直线运动,在此过程中的位移x2=a2t22=160m
因为x1>x2+85
所以甲乙两车在加速阶段相遇.
有:a1(t0+8)2=
a2×82+85
解得:t0=6s
故t0应该满足的条件是t0=6s.
(2)相遇时甲车的路程s=a1(t0+8)2=245m.
故两车相遇时甲车行驶的路程为245m.
一质点以v0=2m/s的初速度做匀加速直线运动,第2秒未速度变为v1=4m/s,求:
(1)物体的加速度大小a
(2)第5秒末的速度大小v2
(3)第二个2秒内位移大小x.
正确答案
(1)根据加速度的定义式得a==
m/s=1m/s2
(2)根据速度公式得v2=v0+at=2+1×5m/s=7m/s
(3)根据位移公式得x=v1t+at2=4×2+
×1×22m=10m
答:(1)物体的加速度大小a为1m/s2.
(2)第5秒末的速度大小v2为7m/s.
(3)第二个2秒内位移大小x为10m.
一滑块从静止开始从斜面顶端匀加速下滑,第5s末的速度是6m/s,试求:
(1)物体运动的加速度
(2)第4s末的速度
(3)运动后7s内的位移.
正确答案
(1)物体的加速度a==
m/s2=1.2m/s2.
(2)第4s末的速度v=at′=1.2×4m/s=4.8m/s.
(3)物体的位移x=v0t+at2=
×1.2×49m=29.4m.
答:(1)物体运动的加速度是1.2m/s2.
(2)第4s末的速度为4.8m/s.
(3)运动后7s内的位移为29.4m.
汽车以54 km/h的速度在平直公路上匀速行驶,遇情况刹车,做匀减速直线运动,刹车后2 s速度变为36
km/h。求:
(1)刹车过程中的加速度;
(2)刹车后8 s内前进的距离。
正确答案
解:(1)=-2.5m/s2
(2)vt=v0+at
有 =6s
汽车在8s内通过的位移与在6s内通过的位移相等
即
一列火车在进站前先关闭发动机,让车滑行,在滑行了300m时,速度恰减为关闭时速度的一半,然后火车又滑行了20s而停止在车站里,设加速度不变,试求:①火车滑行的总路程②火车滑行时的加速度大小③火车关闭发动机时的速度大小.
正确答案
①设火车的初速度为v0,根据公式v2-=2ax有:
0-=2ax ①
()2-
=2ax1 ②
x1=300m,由①②两式可得x=400m.
故火车滑行的总路程为400米.
②设火车刹车时的加速度为a,则根据速度时间公式v=v0+at有:
火车再经过时间t=20s减速为零,有:
0=-at ③
由②③带入数据解得:a=-0.5 m/s2,v0=20 m/s.
故火车滑行时的加速度大小为0.5 m/s2.
③根据②问可知火车关闭发动机时的速度大小为:v0=20 m/s.
(附加题)一物体从A点由静止开始做加速度大小为a1的匀加速直线运动,经过时间t后,到达B点,此时物体的加速度大小变为a2,方向与a1的方向相反,又经过时间t后,物体回到A点,求:
(1)a1和a2的比值;
(2)物体在B点时的速度和回到A点时的速度大小之比.
正确答案
(1)匀加速过程:vB=a1t①
s1=a1t2②
匀减速过程(可返回) s2=vBt+(-a2) t2③
s1+s2=0 ④
联立①②③④式,
可得a1t2+
(-a2) t2=0⑤
∴a1:a2=1:3⑥
(2)vA=vB+(-a2)t ⑦
联立①⑥⑦式,可得 =-
,负号表示两个速度方向相反.
∴物体在B点时的速度和回到A点时的速度大小之比为1:2
答:(1)a1和a2的比值为1:3;
(2)物体在B点时的速度和回到A点时的速度大小之比为1:2.
某天在某一铁路线上由于调度失误,车次为T70的客车以108km/h 的速度正在匀速行驶,突然发现同轨前方x0=220m 处有一列货车正以36km/h 的速度同向匀速前进,于是客车紧急刹车,刹车引起的加速度大小为1m/s2,问两车是否相撞,若能相撞求客车运动多长时间与货车相撞;若不能相撞求两车之间的最小距离.
正确答案
假设经过时间t相撞;
则客车的位移:x1=v1t+at2即:x1=30t+
t2
货车的位移:x2=v2t 即:x2=10t
由题意可得:x1=x2+x0
即:-20t+220=0此方程无解,故不会相撞.
令△x=x2+x0-x1
即:△x=-20t+220
当t=20s时,△x有最小值:△xmin=20m
所以两车之间的最小距离为20m.
气球以10m/s2加速度由静止从地面竖直上升,10s末从上面掉出一重物,此重物最高可上升到多少?从气球上掉出之后经多少时间落回地面?
正确答案
(1)前10s物体做初速度为零的匀加速直线运动,加速度a=10m/s2,方向向上.
10s末气球与重物的速度为:v=at=100m/s
位移为x1==500m
重物掉出后以100m/s的初速度做竖直上抛运动,上升的高度为h==500m
故此重物最高可上升H=x1+h=1000m
(2)由竖直上抛运动规律,有-x1=vt2-gt222,即
-500=100t2-5t22
故重物从气球上掉出后到落回地面所用时间为:
t2=10+10=24.14s
答:此重物最高可上升到1000m,从气球上掉出之后经24.14s时间落回地面.
在平直公路上,以速度v0=12m/s匀速前进的汽车,遇紧急情况刹车后,轮胎停止转动在地面上滑行,经过时间t=1.5s汽车停止,当地的重力加速度g取10m/s2.求:
(1)刹车时汽车加速度a的大小;
(2)开始刹车后,汽车在1s内发生的位移x;
(3)刹车时汽车轮胎与地面间的动摩擦因数μ.
正确答案
(1)由vt=v0+at,得a=;代入数值得a=8m/s2
即刹车时汽车加速度a的大小为8m/s2.
(2)由x=v0t-at2,代入数值得x=8m
即开始刹车后,汽车在1s内发生的位移x为8m.
(3)根据题意,汽车刹车时受重力、支持力和滑动摩擦力,合力等于摩擦力
F=f=μmg①
由牛顿第二定律
F=ma②
由①②两式解得
μ=,代入数值得μ=0.8
即刹车时汽车轮胎与地面间的动摩擦因数μ为0.8.
一物体作匀加速直线运动,通过一段x=6m的位移所用的时间为t1=3s,紧接着通过下一段相同位移所用时间为t2=2s.求物体运动的加速度.
正确答案
物体作匀加速直线运动,在前一段x的平均速度为=
,即为
时刻的瞬时速度;
物体在后一段x的平均速度为=
,即为
时刻的瞬时速度.
速度由变化到
的时间为△t=
,
所以加速度a==
=0.4m/s2
答:物体运动的加速度为0.4m/s2.
如图所示,AB、BC均为轻杆,处在同一竖直平面内,AB杆高为h.A、B、C三处均用铰接连接,其中A、C两点在同一水平面上,BC杆与水平面夹角为30°.一个质量为m的小球穿在BC杆上,并静止在BC杆底端C处,不计一切摩擦.现在对小球施加一个水平向左的恒力F=mg,则当小球运动到BC杆的中点时,它的速度大小为 ,此时AB杆对B处铰链的作用力大小为 .
正确答案
对小球进行受力分析,如图所示:
根据牛顿第二定律得:
ma=Fcos30°-mgsin30°=mg
所以a=g
则当小球运动到BC杆的中点时,运动的位移为:×
=h
根据匀加速直线运动位移速度公式得:v==
当小球运动到BC杆的中点时,小球对杆子的作用力方向垂直于杆子向下,根据几何关系得大小:N==2mg
此时BC杆相当于绕C点转动的杠杆,根据杠杆平衡原理得:
FABlBC=N•lBC
解得:FAB=mg
故答案为:;mg
跳伞运动员做低空跳伞表演,他离开飞机后先做自由落体运动,当距地面125m时打开降落伞,开伞后运动员以大小为14.50m/s2的加速度做匀减速运动,到达地面时的速度为5m/s,求:
(1)运动员离开飞机瞬间距地面的高度;
(2)离开飞机后,经多长时间到达地面.(g取10m/s2)
正确答案
(1)由v12-v02=2ah2 解出 v0=60 m/s.
又因为v02=2gh1 解出 h1=180 m.
所以h=h1+h2=305 m.
(2)又因为t1==6s,
t2==3.79 s,
所以t=t1+t2=9.79 s,
答:(1)运动员离开飞机瞬间距地面的高度为305 m;
(2)离开飞机后,到达地面的时间为9.79 s.
如图所示,在倾角θ=370的足够长的固定斜面底端有一质量m=1.0kg的物体,物体与斜面间动摩擦因数μ=0.25,现用轻细绳将物体由静止沿斜面向上拉动,拉力F=10.0N,方向平行斜面向上.经时间t=4.0s绳子突然断了,(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)求:
(1)绳断时物体的速度大小
(2)从绳子断了开始到物体再返回到斜面底端的运动时间.
正确答案
(1)物体向上运动过程中,受重力mg,摩擦力Ff,拉力F,设加速度为a1,
则有F-mgsinθ-Ff=ma1 FN=mgcosθ
又 Ff=μFN
得到,F-mgsinθ-μmgcosθ=ma1
代入解得,a1=2.0m/s2
所以,t=4.0s时物体速度v1=a1t=8.0m/s
(2)绳断后,物体距斜面底端x1=a1t2=16m.
断绳后,设加速度为a2,由牛顿第二定律得
mgsinθ+μmgcosθ=ma2得到,a2=g(sinθ+μcosθ)=8.0m/s2
物体做减速运动时间t2==1.0s
减速运动位移x2==4.0m
此后物体沿斜面匀加速下滑,设加速度为a3,则有
mgsinθ-μmgcosθ=ma3
得到,a3=g(sinθ-μcosθ)=4.0m/s2
设下滑时间为t3,则:x1+x2=a2
解得,t3=s=3.2s
∴t总=t2+t3=4.2s
答:
(1)绳断时物体的速度大小是8.0m/s.
(2)从绳子断了开始到物体再返回到斜面底端的运动时间是4.2s.
某滑雪赛道 AB、CD段可看成倾角θ=370的斜面,两斜面与装置间的动摩擦因数相同,AB、CD间有一段小圆弧相连(圆弧长度可忽略,人经圆弧轨道时机械能损失忽略不计)如图,他从静止开始匀加速下滑,经6s下滑72m到达底端,
(1)求运动员刚到达AB底端时的速度大小;
(2)求装置与雪地间的动摩擦因数μ;
(3)取刚开始运动为计时起点,求第二次到达最低点经历的时间.
正确答案
(1)在AB段由x=at2
v=at
代入数据得v=24m/s a=4m/s2
(2)由牛顿第二定律 a=
则μ=0.25
(3)运动员从C到D加速度大小a1==8m/s2
上升到最高点历时 t1=位移大小 x2=
a1
下滑过程加速度大小为a,则又滑到斜面底端历时t2=
则总时间为t总=t+t1+t2=6+3+3=13.2s
答:(1)运动员刚到达AB底端时的速度大小为24m/s.
(2)装置与雪地间的动摩擦因数为0.25.
(3)第二次到达最低点经历的时间为13.2s.
某航空母舰上的战斗机起飞过程中最大加速度是a=4.5m/s2,飞机速度要达到v0=60m/s才能起飞,航空母舰甲板长为L=289m.为使飞机安全起飞,航空母舰应以一定速度航行以保证起飞安全,求航空母舰的最小速度v是多少?(设飞机起飞对航空母舰的状态没有影响,飞机的运动可以看作匀加速运动)
某同学求解过程如下:
由运动学知识可得 v 02-v2=2aL
解得 v=
代入数据后得到 v=m/s=31.6m/s
经检查,计算无误.该同学所得结论是否有错误或不完善之处?若有,请予以改正或补充.
正确答案
该同学解法是错误的.
若航母匀速运动,以海水为参照物,在t时间内航空母舰和飞机的位移分别为s1和s2,由运动学知识得到
s1=vt
s2=vt+at2
s2-s1=L
v0=v+at
由以上4式解得 v=9m/s
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