- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
如图所示,质量为20kg的平板小车的后端放有质量为10kg的小铁块,它与车之间的动摩擦因数为0.5.开始时,车以速度6m/s向左在光滑的水平面上运动,铁块以速度6m/s向右运动.(g=10m/s2)求:
(1)小车与铁块共同运动的速度.
(2)小车至少多长,铁块才不会从小车上掉下去.
正确答案
(1)以车和铁块组成的系统为研究对象,系统所受的合力为零.取向右方向为正方向,由动量守恒定律得
mv1-Mv2=(M+m)v
得,v==
m/s=-2m/s,负号表示方向向左.
(2)铁块滑上平板车后,系统的动能减小转化为内能,当铁块与平板车速度相等时物体恰好滑到右端时,小车的长度最小.根据能量守恒定律得:
μmgL=m
+
M
-
(M+m)v2
代入解得,L=9.6m
答:
(1)小车与铁块共同运动的速度大小为2m/s,方向向左.
(2)小车至少9.6m,铁块才不会从小车上掉下去.
如图所示,木块的质量m=2kg,与地面间的动摩擦因数μ=0.2,木块在拉力F=10N作用下,在水平地面上向右做匀加速直线运动,经3s钟撤去外力F.已知力F与水平方向的夹角θ=37°,sinθ=0.6,cosθ=0.8,g 取 10m/s2.试问:
(1)撤去外力前,物体运动的加速度是多大;
(2)刚撤去外力时,物体运动的速度是多大;
(3)撤去外力后,木块经过5s滑行的距离为多少?
正确答案
(1)撤去外力前,木块的受力情况如图所示
,
水平方向由牛顿第二定律得Fcos37°-Ff=ma1 ①
竖直方向由平衡得:Fsin37°+FN=mg ②
又Ff=μFN ③
①②③联立三式代入数据解得 a1=2.6m/s2
(2)由公式v=at得:
撤去外力时木块的速度:v=a1t1=2.6×3m/s=7.8m/s
(3)由牛顿第二定律得,
撤去外力后木块运动的加速度为:a2==μg=0.2×10m/s2=2m/s2
由v=v0+at得:
木块撤去外力滑行时间为:t0==
s=3.9s<5s
所以5s内的位移等于3.9s内的位移,
由运动学公式v2-=2ax得
木块滑行的路程为x==
m=15.21m
答:(1)撤去外力前,物体运动的加速度是2.6m/s2;
(2)刚撤去外力时,物体运动的速度是7.8m/s;
(3)撤去外力后,木块经过5s滑行的距离为15.21m.
如图,有一水平传送带以2m/s的速度匀速运动,现将一物体轻轻放在传送带的左端上,若物体与传送带间的动摩擦因数为0.5,已知传送带左、右端间的距离为10m.
(1)求传送带将该物体传送到传送带的右端所需时间?
(2)如果提高传送带的运行速率,物体能较快地传送到B处.要让物体以最短的时间从A处传送到B处,说明并计算传送带的运行速率至少应为多大?(g取10m/s2)
正确答案
(1)物体置于传动带左端时,先做加速直线运动,
由牛顿第二定律得:f=μmg=ma
代入数据得:a=μg=0.5×10m/s2=5m/s2
当物体加速到速度等于传送带速度:v=2m/s时,
运动的时间:t1==
s=0.4s
运动的位移:s1==
m=0.4m<10m
则物体接着做匀速直线运动,匀速直线运动所用时间:t2==
s=4.8s
即物体传送到传送带的右端所需时间:t=t1+t2=0.4s+4.8s=5.2s
(2)为使物体从A至B所用时间最短,物体必须始终处于加速状态,由于物体与传送带之间的滑动摩擦力不变,所以其加速度也不变.仍为:a=μg=0.5×10m/s2=5m/s2
设物体从A至B所用最短的时间为T,则:
aT2=S
得:T=2s
所以传送带应具有的最小速率为:
vmin=aT=10m/s
答:(1)传送带将该物体传送到传送带的右端所需时间为5.2s;
(2)传送带的运行速率至少应为10m/s.
一辆大客车正在以v0=20m/s的速度匀速行驶.突然,司机看见车的正前方x0=50m处有一只小狗,如图2-5所示,司机立即采取制动措施,司机从看见小狗到开始制动,客车的反应时间为△t=0.5s,设客车制动后做匀减速直线运动.试求:
(1)客车在反应时间△t内前进的距离;
(2)为了保证小狗的安全,客车制动的加速度至少为多大?(假设这个过程中小狗一直未动)
正确答案
(1)客车在反应时间内的位移x1=v0△t=20×0.5m=10m.
(2)汽车匀减速直线运动的位移x2=50-10m=40m.
根据匀变速直线运动速度位移公式得,a==
m/s2=5m/s2.
答:(1)客车在反应时间内前进的距离为10m.
(2)为了保证小狗的安全,客车制动的加速度至少为5m/s2.
A、B两列火车,在同轨道上同向行驶,A车在前,其速度vA=10m/s,B车在后,其速度vB=30m/s.因大雾能见度低,B车在距A车700m时才发现前方有A车,这时B车立即刹车,但B车要经过1800m才能停止.问A车若按原速度前进,两车是否会相撞?说明理由.
正确答案
B车刹车的加速度为a==-
=-0.25m/s2
当B车与A车速度相等时,经过的时间为t==80s.
B车的位移:sB=vBt+at2=1600m
A车的位移:sA=vAt=800m
sA+700m=1500m<sB
所以两车会相撞
答:A车若仍按原速前进,两车会相撞.
一个滑板运动员,滑板和人总质量为50kg,以12m/s的速度从一斜坡底端滑上斜坡,当速度减为零时,又从斜坡上下滑至底端,已知斜坡的倾角为300,运动员上滑时用时为2s,设滑板受的阻力大小恒定不变,(g=10m/s2)求:
(1)滑板受到的阻力大小;
(2)运动员匀加速下滑至底端时所需的时间.
正确答案
(1)匀减速上滑,受力分析如图,选取沿斜面向上为正方向
由v=v0+a1t1
得a1==
=-6m/s2
由牛顿第二定律可得:-(mgsinθ+Ff)=ma1
解得:Ff=50N
答:滑板受到的阻力大小为50N.
(2)匀加速下滑,受力分析如图,选取沿斜面向下为正方向
由牛顿第二定律可得:mgsinθ-Ff=ma2
代入数据可得:a2=4m/s2
运动员上滑的位移为:x=t1 可得:x=12m
下滑的位移与上滑时的位移相同,设下滑的时间为t2
由x=a2t22
可得 t2==
s
答:运动员匀加速下滑至底端时所需的时间为s.
甲车以加速度3m/s2由静止开始做匀加速直线运动,乙车落后2s在同一地点由静止开始,以加速度4m/s2做匀加速直线运动,两车的运动方向相同,求:
(1)乙车出发后经多长时间可追上甲车?
(2)在乙车追上甲车之前,两车距离的最大值是多少?(本题所有结果保留整数)
正确答案
(1)两车相遇时位移相同,设乙车所用时间为t,
则 X甲=X乙,
即 a甲(t+2)2=
a乙t2,
解得 t=13s,
(2)当两车速度相同时相距最大
即 a甲t甲=a乙t乙,
因为 t甲=t乙+2,
解得 t乙=6s,
两车距离的最大值是,
△X=X甲-X乙
=a甲t甲2-
a乙t乙2
=24 m.
答:(1)乙车出发后经13s可追上甲车;
(2)在乙车追上甲车之前,两车距离的最大值是24 m.
以18m/s的速度行驶的汽车,紧急刹车后做匀减速直线运动,其加速度大小为6m/s2。求
(1)汽车在刹车2s末的速度大小;
(2)汽车在刹车6s末的速度大小。
正确答案
解:(1)取汽车初速度方向为正,设汽车初速度,
,
汽车刹车时间,代入数据得
当时,由公式
得
(2)当时,
。
汽车刹车时以10m/s的速度行驶,刹车后获得2m/s2大小的加速度,则
(1)刹车后4s末的速度是多少?
(2)4秒内通过的位移是多少?
(3)第3秒内通过的位移是多少?
(4)刹车后8s通过的位移是多少?
正确答案
解:(1)2m/s
(2) 24m
(3)5m
(4)25 m
人民网军事在线郑州11月8日电:7日,代号为“铁骑-2009“的济南军区某装甲师合成战斗群实兵演习在中原腹地某训练基地落下帷幕.在这次军演中为了能够快速地打击敌方,某一空降兵在敌方的上空实施空降,在飞机悬停空中后,空降兵从机舱中一跃而下,把空降兵空降假定为如下过程:空降兵出舱后先做自由落体运动,下落了2s后,打开伞包匀速运动了4s,接着做匀减速直线运动6s到达了敌方的地面,此时空降兵的速度恰好为零,g取10m/s2. 求:
(1)空降兵做自由落体运动下落的距离是多少?
(2)空降兵实施空降发生的总位移是多少?
正确答案
(1)依据题意,空降兵在前2s内在做自由落体运动,
则有:h1=gt12=20m
(2)空降兵做自由落体运动2s末的速度为:
υ=gt1=20m/s
空降兵在第二阶段是以20m/s的速度做匀速运动,
则有:h2=υt2=80m
空降兵在第三阶段是以20m/s的速度做匀减速直线运动,
则有:h3=t3=60m
由①②③得:
总位移H=h1+h2+h3=160m
答:(1)空降兵做自由落体运动下落的距离是20m;(2)空降兵实施空降发生的总位移是160m.
一个物体以50m/s的初速度被竖直上抛,加速度为重力加速度g=10m/s2,求:
(1)物体上升到最高点所需要的时间?
(2)物体能够上升的最大高度?
正确答案
由v=v0+at得,t==
s=5s
故物体上升到最高点所需要的时间为5s.
(2)根据匀变速直线运动的速度位移公式,x==
m=125m
故物体能够上升的最大高度为125m.
汽车正以50.4km/h的速度行驶,司机发现前方有一个小孩正在横穿马路,便立即以3.5m/s2的加速度刹车,求汽车刹车后5s的速度.
正确答案
汽车刹车前的速度为:v0=50.4km/h=14m/s
因为汽车刹车,所以汽车的停止时间为:
t==
s=4s
∵t<5s
∴5s时汽车已停止,速度为零.
答:汽车刹车后5s的速度为零.
杂技演员在进行“顶杆”表演时,用的是一根长直竹竿(假设不计其质量).演员自杆顶由静止开始下滑,滑到杆底时速度正好为零.已知竹竿底部与下面顶杆人肩部之间有一力传感器,传感器显示人的肩部受到竹竿底部施加的压力变化情况如图所示,取g=10m/s2.求:
(1)试定性画出该演员在下滑过程中的速度-时间图象
(2)杆上的人下滑过程中的最大速度
(3)竹杆的长度
(4)从杆上滑下的演员的质量是多少?
正确答案
(1)该演员先由静止开始匀加速下滑后匀减速下滑,画出速度-时间图象如图.
(4)由图象可知,该演员由静止开始先加速下滑(加速度为a1)、后减速下滑(加速度为a2)
因v=a1t1=a2t2
由图可知:t1=1秒,t2=2秒,
则得 a1=2a2
第1秒的动力学方程为:mg-180=m a1
后2秒的动力学方程为:mg-360=-m a2
联立上述三个方程,可得:m=30kg a1=4m/s2 a2=-2m/s2
(2)最大速度:Vmax=a1t1=4m/s
(3)杆长:L=+
=6m
答:
(1)定性画出该演员在下滑过程中的速度-时间图象如图所示.
(2)杆上的人下滑过程中的最大速度是4m/s.
(3)竹杆的长度是6m.
(4)从杆上滑下的演员的质量是30kg.
一辆电车从静止开始,做匀加速直线运动,加速度大小是2m/s2。求:
(1)4s末的速度大小为多少?
(2)它的速度为10m/s时行驶的路程为多少?
正确答案
解:(1)由速度公式v=at,得v=2×4=8m/s ①
(2)由速度-位移公式vt2=2ax,
得x= ②
代入数据解得:x=25m。
一质点作匀变速直线运动,其速度表达式为v=5-4tm/s,则此质点运动的加速度a为_________m/s2,4s末的速度为_________m/s;t=_________s时物体的速度为零,质点速度为零时的位移s=_________m。
正确答案
-4,-11,1.25,3.125
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