- 匀变速直线运动的研究
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如图所示,质量为m=4kg的物体与水平地面间的动摩擦因数μ=0.2,现用F=25N与水平方向成θ=370的力拉物体,使物体由静止开始做匀加速运动:
(1)求物体的加速度的大小?
(2)若F作用t=4s后即撤除,此后物体还能运动多久?(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
(1)对物体受力分析,进行正交分解.根据牛顿第二定律有:Fcosθ-Ff=ma
Ff=μFN=μ(mg-Fsinθ)=5N
解得:a==
m/s2=3.75m/s2
(2)4s末物体的速度为:v=at=3.75×4m/s=15m/s
撤去F后物体的加速度为:a=μg=0.2×10m/s2=2m/s2
故物体还可以运动的时间为:t==
s=7.5s
答:(1)物体的加速度的大小为3.75m/s2.
(2)若F作用t=4s后即撤除,此后物体还能运动7.5s.
质量m=30kg的物体,在180N的水平向右的牵引力的作用下,沿水平面从静止开始运动,运动后5s末撤去牵引力.已知物体与地面的动摩擦因数为0.5.求
(1)有水平牵引力作用时,物体的加速度
(2)物体运动的最大速度
(3)从开始运动到最后停止物体通过的位移.
正确答案
(1)根据牛顿第二定律得,F-f=ma
f=μmg
联立两式,代入数据解得a=1m/s2.
(2)匀加速运动的末速度为最大速度.
所以vm=at=5m/s.
(3)匀加速直线运动的位移x1==
m=12.5m.
匀减速直线运动的加速度a′=μg=5m/s2.
则匀减速直线运动的位移x2==
m=2.5m
所以x=x=x1+x2=15m
答:(1)有水平牵引力作用时,物体的加速度为1m/s2.
(2)物体运动的最大速度为5m/s.
(3)从开始运动到最后停止物体通过的位移为15m.
正以v=30m/s的速度运行中的列车,接到前方小站的请求:在该站停靠1分钟接一位危重病人上车,司机决定以加速度a1=0.6m/s2匀减速运动到小站,停车1分钟后以a2=1.0m/s2匀加速起动,恢复到原来的速度行驶,试问:
(1)列车从开始匀减速到恢复到30m/s所用的时间及位移
(2)若列车是以30m/s匀速过站,用时多少?
(3)由于临时停车共耽误了多少时间?
正确答案
(1)在列车减速过程中,已知初速度vv01=30m/s,a1=-0.6m/s2
∴列车停车时间t1==
s=50s
列车通过的位移x1==
m=750m
在列车加速过程中,已知末速度v2=30m/s,a2=1m/s2
∴列车加速的时间t2==
s=30s
列车加速运动的位移x2=at2=
a2t22=
×1×302m=450m
所以:列车恢复到30m/s所用的时间t=t1+t2+t停=50+30+60s=140s
列车恢复到30m/s所通过的位移x=x1+x2=750+450m=1200m
(2)由(1)运算知道,列车减速和加速过站通过的位移x=1200m,列车匀速行驶的速度v=30m/s
∴列车匀速过站所用的时间t==
s=40s
(3)因为列车停靠用时间t=140s,列车匀速过站需要的时间是40s
所以列车因临时停车所耽误的时间△t=140-40s=100s.
答:(1)列车从开始匀减速到恢复到30m/s所用的时间50s,位移为750m;
(2)若列车是以30m/s匀速过站,用时40s;
(3)由于临时停车共耽误了100s.
一个质点沿直线匀加速运动到A点时,速度为2m/s,经过5s到达B点,速度达到10m/s.此时质点又开始做减速运动,经过4s后到达C点并停止运动.求:
(1)质点从A点运动到B点过程中加速度的大小;
(2)质点从B点运动到C点过程中加速度的大小.
正确答案
设质点运动方向为正方向
(1)质点从A到B做匀加速运动,初速度为v0=2m/s,末速度为v=10m/s,运动时间为t=5s,
则加速度为a1==
m/s2=1.6m/s2
(2)质点从B到C做减速运动,初速度为v0′=10m/s,末速度为v′=零,运动时间为t′=4s,
则加速度为a==
m/s2=-2.5m/s2,加速度的大小为2.5m/s2.
答:
(1)质点从A点运动到B点过程中加速度的大小是1.6m/s2;
(2)质点从B点运动到C点过程中加速度的大小是2.5m/s2.
一辆汽车刹车后做匀减速直线运动,初速度为20m/s,加速度大小为2m/s2.试求该汽车:
(1)刹车后第4s末的速度?
(20刹车后4s内的平均速度?
(3)刹车后12s内的位移?
正确答案
(1)汽车刹车到停止所需的时间t0==
s=10s.
则刹车后第4s末的速度v=v0+at=20-2×4m/s=12m/s.
(2)根据平均速度的公式知,刹车后4s内的平均速度=
=
m/s=16m/s.
(3)刹车后12s内的位移与10s内的位移相同.
则x==
m=100m.
答:(1)刹车后第4s末的速度12m/s
(2)刹车后4s内的平均速度16m/s
(3)刹车后12s内的位移X=100m.
质量为m=1.0kg的小滑块(可视为质点)放在质量为M=3.0kg的长木板的右端,木板上表面光滑,木板与地面之间的动摩擦因数为μ=0.2,木板长为L.开始时两者都处于静止状态,现对木板施加水平向右的恒力F=l2N,如图所示.为使小滑块不掉下木板,水平恒力F允许作用的最长时间为1s.(g取l0m/s2)求:
(1)在0~1s时间内长木板在的加速度大小;
(2)木板的长度L.
正确答案
(1)撤力前后木板先加速后减速,设加速过程的位移为x1,加速度为a1,加速运动的时间为t1;减速过程的位移为x2,加速度为a2,减速运动的时间为t2.由牛顿第二定律有
撤力前:F-μ(m+M)g=Ma1…①
解得a1=m/s2…②
(2)撤力后:μ(M+m)g=Ma2…③
解得a2=m/s2
x1=a1t12,x2=
a2t22…④
木块恰好不从木板上掉下,应满足x1+x2=L…⑤
又a1t1=a2t2…⑥
由以上各式可解得L=1m…⑦
答:(1)在0~1s时间内长木板在的加速度大小为m/s2.
(2)木板的长度L为1m.
质量为5.0×103kg的汽车,额定功率为1.5×104W,设汽车行驶时阻力恒定.当汽车在平直的水平公路上以10m/s的最大速度匀速行驶时,
(1)汽车受到的阻力多大?
(2)若此时关闭油门,经40s后,汽车的动能多大?
正确答案
(1)当汽车以最大速度匀速行驶时,根据瞬时功率公式P=Fv有
F==
N=1.5×103N,
又因为汽车匀速行驶,有F=f,所以f=1.5×103N
(2)关闭油门后,汽车将作匀减速运动,根据牛顿第二定律F合=ma,可得a==-
m/s2=-0.3m/s2
汽车到停止所需的时间t0==
s=
s<40s
说明汽车在40秒前已停止.即vt=0
故关闭油门后,经40秒后,汽车的动能为0.
电车从车站匀加速起动时,有一自行车以υ=5m/s的速度匀速从电车旁超出,过10s后电车追上自行车.求:
(1)电车的加速度;
(2)电车追上自行车之前,电车与自行车相距最远时的距离.
正确答案
(1)在电车启动后10s,电车追上自行车,即在10s末电车和自行车通过的位移相等.
电车所通过的位移x=at2
自行车所通过的位移x′=vt
由两车通过的位移相等,代入数据有a102=5×10,求得a=1m/s2
(2)在电车追上自行车之前,两车的距离与时间的关系有:
△X=x’-x=vt-at2代入数据得:△X=5t-
1
2
t2=-(t-5)2+
所以两车的最大距离为12.5m.
答:(1)电车的加速度为1m/s2;
(2)电车追上自行车之前,电车与自行车相距最远时的距离为12.5m.
小汽车从静止开始以1m/s2的加速度前进,小汽车后面距离车x0=25m处,某人同时开始以6m/s的速度匀速追车,试分析人是否能追上小汽车,如追不上,求人、车间的最小距离.
正确答案
当小汽车速度加速到v=6m/s时,二者相距最近,
设此时小汽车的位移为x1,人的位移为x2.
则有x1=at2①
v=at②
x2=vt③
联立①②③式解得 x1=18m,x2=36m.
因为x2<x1+x0,所以人不能追上小汽车,
二者之间的最小距离△x=x1+x0-x2=7m.
答:人不能追上小汽车,人和车之间的最小距离为7m.
2010年11月23日,朝韩突然互射炮弹,5天之后韩国与美国在西部海域举行联合军事演习,美国“乔治•华盛顿”号航空母舰将参加.演习过程中美国航母与一艘韩国舰艇在同一条直线上同向航行,某时刻韩国舰艇在美国航母前面8km处,速度大小为20m/s,从该时刻起由于发动机故障而以0.2m/s2的加速度匀减速运动,美国航母一直以40m/s的速度匀速航行,求:从韩国舰艇发生故障开始,经过多长时间美国航母追上韩国舰艇?
正确答案
设经时间t1韩国舰艇的速度变为0,由
vt=v0-at,解得t1==100 s
这段时间内美国航母的位移:
s1=vt1=4 000 m
韩国舰艇的位移为s2==1 000 m
二者仍相距(8 000+1 000-4 000)m=5 000 m
由s=vt1知,还需要t1=125 s
所以共需时间为t=t1+t2=225 s
答:从韩国舰艇发生故障开始,经过225s美国航母追上韩国舰艇.
如图所示,在水平地面上有一质量为m的物体,在斜向上与水平方向成θ角的拉力F的作用下,物体由静止开始沿水平面做匀加速直线运动,在时间t内物体通过的位移为s,求:
(1)拉力F在时间t内所做的功;
(2)在t秒末拉力F做功的瞬时功率;
(3)物体与水平面之间的动摩擦因数为μ.
正确答案
(1)根据功的定义式可知
拉力F在时间t内所做的功为W=Fscosθ
(2)设在t秒末物体的速度为v,由于物体做初速度为0的匀加速直线运动,平均速度=
=
则有s=t ①
设在t秒末拉力F做功的瞬时功率为P,则有P=Fvcosθ ②
由①②两式得:P=
(3)设物体运动的加速度a,对物体进行受力分析如图所示
,
根据题意有:
s=at2 ③
f=μN ④
N+Fsinθ=mg ⑤
Fcosθ-f=ma ⑥
由③④⑤⑥可解得:μ=
答:(1)拉力F在t时间内做功W=Fscosθ
(2)在t秒末拉力做功的瞬时功率为P=
(3)物体与水平面间的动摩擦因数为μ=
一质点从静止开始以1m/s2的加速度做匀加速运动,经过5s后做匀速运动,最后2s的时间质点做匀减速运 动直至静止,则质点匀速运动时的速度是多大?减速运动时的加速度是多大?
正确答案
解:由运动学公式知,匀速运动时的速度:v=v0+at=5m/s
由v'=v+a't得,负号表示a'与v方向相反
火车沿平直铁轨匀加速前进,当车头到达某一路标时,火车的速度为3 m/s,1 min后变成15 m/s,又需经多少时间,火车的速度才能达到18 m/s?
正确答案
解: m/s2=0.2m/s2
s=15s
汽车从静止开始做匀加速直线运动,途中先后经过相隔125m的A、B两点,用10s时间,已知过B点的速度为15m/s,求汽车从出发位置到A点的位移和所用的时间各是多大?
正确答案
依题意得,汽车在A、B两点之间运动的平均速度为 =
=
m/s=12.5m/s
根据平均速度公式 =
可得:汽车通过A点的速度VA=2
-VB=10 m/s
根据汽车做匀加速运动加速度为a==
m/s2=0.5 m/s2
汽车从出发到A点的位移为x==
m=100m
汽车从出发到A点的时间为t==
s=20s.
答:汽车从出发位置到A点的位移为100m,从出发到A点所用的时间为20s.
如图所示,电动传送带以恒定速度v0=1.2m/s运行,传送带与水平面的夹角α=37°,现将质量m=20kg的物品箱轻放到传送带底端,经过一段时间后,物品箱被送到h=1.8m的平台上,已知物品箱与传送带间的动摩擦因数μ=0.85,不计其他损耗,
则(1)每件物品箱从传送带底端送到平台上,需要多少时间?
(2)每输送一个物品箱,电动机需增加消耗的电能是多少焦耳?(g=10m/s2.Sin37°=0.6)
正确答案
(1)设物品速度从零加速到传送带速度的时间为,由牛顿第二定律有a=
①
f=μmgcosθ②
v=a③
物品运动位移=
④
联立以上各式解得a=0.8m/,
=1.5s,
=0.9m
可见由于0.9<=3,所以物品之后做匀速运动
匀速运动的时间=
=1.75s,所以总时间t=
=3.25s
故每件物品箱从传送带底端送到平台上,需要3.25s.
(2)根据能量守恒定律,每输送一个物品箱,电动机需增加消耗的电能为W=mgh+m
+Q,Q=f
,
=v
-
,联立各式解得W=496.8J
故每输送一个物品箱,电动机需增加消耗的电能是496.8J.
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