- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
如图所示,在水平面上有一质量为m的物体,在水平拉力作用下由静止开始运动一段距离后到达一斜面底端,这时撤去外力物体冲上斜面,上滑的最大距离和在平面 上移动的距离相等,然后物体又沿斜面下滑,恰好停在平面上的出发点.已知斜面倾角θ=300,斜面与平面上的动摩擦因数相同.
(1)求物体开始受的水平拉力F?
(2)物体运动全过程用v-t图象表示,并画在坐标纸上.
正确答案
(1)对于物体从开始运动到返回的整个过程,根据动能定理,有
F•L-2μmg•L-2μmgcos30°•L=0
对从最高点到返回出发点过程,有:
mgxsin30°-μmgcos30°x-μmgx=0
解得:μ=2-
F=2μmg(1+cos30°)=mg
(2)物体先加速、再减速、再加速、再减速,前两段的最大速度设为v,后两段的最大速度设为v′,由于摩擦,物体的机械能逐渐减小,故v>v′
速率与时间关系图象如图
答:(1)求物体开始受的水平拉力F为mg;
(2)物体运动全过程用v-t图象如图所示.
如图所示,皮带在轮O1O2带动下以速度v匀速转动,皮带与轮之间不打滑.皮带AB段长为L,皮带轮左端B处有一光滑小圆弧与一光滑斜面相连接.物体无初速放上皮带右端后,能在皮带带动下向左运动,并滑上斜面.已知物体与皮带间的动摩擦因数为μ,且μ>.求:
(1)若物体无初速放上皮带的右端A处,则其运动到左端B处的时间.
(2)若物体无初速地放到皮带上某处,物体沿斜面上升到最高点后沿斜面返回,问物体滑回皮带后,是否有可能从皮带轮的右端A处滑出?判断并说明理由.
(3)物体无初速的放上皮带的不同位置,则其沿斜面上升的最大高度也不同.设物体放上皮带时离左端B的距离为x,请写出物体沿斜面上升最大高度h与x之间的关系,并画出h-x图象.
正确答案
(1)物体放上皮带运动的加速度 a=μg
物体加速到v前进的位移 x0==
∵L>x0,∴物体先加速后匀速,加速时间 t1==
匀速时间 t2==
-
∴物体从A到B时间 t=t1+t2=+
答:物体从右端滑到左端的时间为t=+
.
(2)不能滑出右端A
理由:物体从斜面返回皮带的速度与物体滑上斜面的初速度大小相等,所以返回时最远不能超过释放的初始位置
(3)当x≤x0时,物体一直加速,到B的速度为v1,则v12=2μgx
又mv12=mgh∴h=
=μx
当x>x0时,物体先加速后匀速,到达B时速度均为v
mv 2=mgh
h′=
答:当x≤x0时,h=μx,当x>x0时,h′=.
质量为2kg的木箱,静止在水平地面上,在水平恒力F作用下运动4s后它的速度达到4m/s,此时将力F撤去,又经过8s物体停止运动,若地面与木箱之间的滑动摩擦因数恒定,求:
(1)此物体在加速过程中的加速度大小;
(2)物体与水平桌面之间的摩擦力大小;
(3)水平恒力F的大小.
正确答案
(1)撤去F前,物体做匀加速直线运动,由v=v0+a1t得
a1==
=1m/s2
(2)撤去F后,物体做匀减速直线运动,由v2=2a2x得,
a2==0.5m/s2 由牛顿第二定律得:f=ma2=1N
(3)加速过程中,根据牛顿第二定律得:
F-f=ma1解得:F=f+ma1=3N
答:(1)此物体在加速过程中的加速度大小为1m/s2;
(2)物体与水平桌面之间的摩擦力大小为1N;
(3)水平恒力F的大小为3N.
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=10N与水平方向成θ=37°角的恒力拉物体,使物体由静止开始加速运动,当t=5s时撤去力F,求:
(1)物体做加速运动时加速度a的大小?(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10 m/s2)
(2)撤去F后,物体还能滑行多长时间?
正确答案
解:(1)竖直方向:FN=mg-Fsin37° ①
又Ff =μFN ②
由①②得Ff =6.8N
水平方向:根据牛顿第二定律得:Fcos37°-Ff =ma
得a=0.3 m/s2
(2)5s末的速度v=at=1.5m/s
撤去F 后a1=-μg=-2 m/s2
t==
s=0.75s
如图所示,质量为m=5kg的物体放在光滑水平面上,物体受到与水平面成θ=37°斜向上的拉力F=50N作用,由A点处静止开始运动,到B点时撤去拉力F,共经时间t=10s到达C点,已知AC间距离为L=144m,求:(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)物体在拉力F作用下运动的加速度a的大小;
(2)物体运动的最大速度vm的大小及拉力F作用的时间t1.
正确答案
(1)由牛顿第二定律Fcosθ=ma,
得a=8m/s2,
(2)它先加速后匀速,
则有:最大速度vm=at1,
而L=vmt1+vm(t-t1),
得vm=16m/s,t1=2s
答:(1)物体在拉力F作用下运动的加速度a的大小为8m/s2;
(2)物体运动的最大速度vm的大小为16m/s,拉力F作用的时间为2s.
如图示的传送皮带,其水平部分ab的长度为2m,倾斜部分bc的长度为4m,bc与水平面的夹角为α=37°,将一小物块A(可视为质点)轻轻无初速放于a端的传送带上,物块A与传送带间的动摩擦因数为μ=0.25.传送带沿图示方向以v=2m/s的速度匀速运动,若物块A始终未脱离皮带,试求小物块A从a端被传送到c端所用时间.(g=10m/s2,sin37°=0.6)
正确答案
A先在传送带上滑行一段距离,此时A做匀加速运动(相对地面),直到A与传送带匀速运动的速度相同为止,此过程A的加速为a1,则:μmg=ma1,故a1=μg
A做匀加速运动的时间 是:t1==
=
=0.8s
这段时间内A对地的位移是:s1=v平•t1=×2×0.8=0.8m
当A相对地的速度达到2m/s时,A随传送带一起匀速运动,所用时间为t2,t2==0.6s
物块在传送带的bc之间,由于μ=0.25<tan37°=0.75,A在bc段将沿倾斜部分加速下滑,此时A受到的为滑动摩擦力,大小为μmgcos37°,方向沿传送带向上,A在传送带的倾斜部分以加速度a2向下匀加速运动,由牛顿第二定律:
mgsin37°-μmgcos37°=ma2
解得:a2=g(sin37°-μcos37°)=4m/s2
由运动学公式sbc=vt3+a2 t32 其中sbc=4m,v=2m/s
解得:t3=1s(t3'=-2s舍)
物块从a到c端所用时间为t:t=t1+t2+t3=2.4s
答:小物块A从a端被传送到c端所用时间为2.4s.
一个质量为4千克、初速度为2米/秒的物体,从t=0的时刻受到力F的作用,力F跟时间的关系如图所示,若开始的时刻力F的方向跟物体初速度的方向一致,那么物体在2秒末、5秒末的速度分别是______,______米/秒.
正确答案
已知物体质量为m=4kg,初速度v0=2m/s
物体在0-2s内受到与运动方向相同的作用力F1=4N,根据牛顿第二定律可得物体产生加速度a1=1m/s,则2s末物体的速度v2=v0+at=4m/s
物体在2-4s内受到与运动方向相反的作用力F2=3N,根据牛顿第二定律可得物体产生的加速度a2=m/s2,方向与速度方向相反,则4s末物体的速度v4=v2-a2t2=
m/s
物体在4-5s内受到与运动方向相同的作用力F3=2N,根据牛顿第二定律可得物体产生的加速度a3=m/s2,方向与速度方向相同,则5s末物体的速度v5=v4+a3t3=3m/s.
故答案为:4m/s,3
如图,质量为M、长度L、为高度H的木箱,静止放在水平地面上,在木箱的最右端放置质量为m的光滑小物块(可视为质点),地面和木箱间的动摩擦因数为u,现在对木箱施加一水平向右恒定的拉力F拉动木箱,问:
(1)经过多长时间物块和木箱分离?
(2)当小物块落到地面上时,木箱的速度多大?
正确答案
(1)第一阶段,小物块静止,木箱向右匀加对木箱,由牛顿第二定律:
F合=Ma1=F-uN1
N1=(M+m)g
木块:和木箱分离的时间,L=(a1t12)
得:t1=.
(2)两者分离时,木箱速度v1: v1=a1t1
第二阶段,分离后,小物块自由落体,木箱向右匀加速直线
小物块下落的时间t2:H=(g t22)
木箱的加速度a2:F合=Ma2=F-uMg
联当小物块落到地面上时,木箱的速度v2:v2=v1+a2t2
联立立以上各式,得v2=+
.
答:(1)经过物块和木箱分离.
(2)当小物块落到地面上时,木箱的速度为+
.
如图所示,一长木板质量为M=4 kg,木板与地面的动摩擦因数μ1=0.2,质量为m=2kg的小滑块放在木板的右端,小滑块与木板间的动摩擦因数μ2=0.4。开始时木板与滑块都处于静止状态,木板的右端与右侧竖直墙壁的距离L=2.7 m,现给木板以水平向右的初速度v0=6 m/s使木板向右运动,设木板与墙壁碰撞时间极短,且碰后以原速率弹回,取g=10 m/s2,求:
(1)木板与墙壁碰撞时,木板和滑块的瞬时速度各是多大?
(2)木板与墙壁碰撞后,经过多长时间小滑块停在木板上?
正确答案
解:(1)木板获得初速度后,与小滑块发生相对滑动,木板向右做匀减速运动,滑块向右做匀加速运动,加速度大小分别为
设木板与墙碰撞时,木板的速度为vM,小滑块的速度为vm,根据运动学公式有
解得vM=3 m/s
时间
故vm=amt1=2.4 m/s
(2)设木板反弹后,小滑块与木板达到共同速度所需时间为t2,共同速度为v,以水平向左为正方向
对木板有v=vM-aMt2对滑块有v=-vm+amt2代入数据解得t2=0.6 s
如图所示,用F =10N的水平拉力,使物体由静止开始沿水平地面做匀加速直线运动。已知物体的质量m=2kg,物体与地面间的动摩擦因数μ=0.2,g取10m/s2。求:
(1)物体加速度a的大小;
(2)物体在2s末速度v的大小。
正确答案
解:(1)取物体为研究对象,其受力情况如图所示。
根据牛顿第二定律有:
①
②
又因为③
由①②③可知:
④
(2) ⑤
如图所示,某货场需将质量为m1=100kg的货物(可视为质点)从高处运送至地面,为避免货物与地面发生撞击,现利用固定于地面的光滑四分之一圆轨道,使货物由轨道顶端无初速滑下,轨道半径R=1.8m。地面上紧靠轨道依次排放两块完全相同的木板A、B,长度均为l=2m,质量均为m2=100kg,木板上表面与轨道末端相切。货物与木板间的动摩擦因数为μ1,木板与地面间的动摩擦因数μ2=0.2。(最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,取g=10 m/s2)
(1)求货物到达圆轨道末端时对轨道的压力。
(2)若货物滑上木板A时,木板不动,而滑上木板B时,木板B开始滑动,求μ1应满足的条件。
(3)若μ1=0.5,求货物滑到木板A末端时的速度和在木板A上运动的时间。
正确答案
解:(1)设货物滑到圆轨道末端时的速度为v0,对货物的下滑过程,
根据机械能守恒定律得①
设货物在轨道末端所受支持力的大小为FN,根据牛顿第二定律得②
联立①②式,代入数据得 FN=3000N③
根据牛顿第三定律,货物对轨道的压力大小为3000N,方向竖直向下。
(2)若滑上木板A时,木板不动,由受力分析得 μ1m1g≤μ2(m1+2m2)g④
若滑上木板B时,木板B开始滑动,由受力分析得 μ1m1g>μ2(m1+m2)g⑤
联立④⑤式,代入数据得 0.4<μ1≤0.6⑥
(3)μ1=0.5,由⑥式可知,货物在木板A上滑动时,木板不动。
设货物在木板A上做减速运动时的加速度大小为a1,由牛顿第二定律得μ1m1g=m1a1⑦
设货物滑到木板A末端时的速度为v1,由运动学公式得v12-v02=-2a1l⑧
联立①⑦⑧式,代入数据得v1=4m/s⑨
设在木板A上运动的时间为t,由运动学公式得v1=v0-a1t⑩
联立①⑦⑨⑩式,代入数据得t=0.4s
如图所示,物体从光滑斜面上的A点由静止开始下滑,经过B点后进入水平面(设经过B点前后速度大小不变),最后停在C点。每隔0.2秒钟通过速度传感器测量物体的瞬时速度,下表给出了部分测量数据。(重力加速度g=10m/s2)求:
(1)斜面的倾角α;
(2)物体与水平面之间的动摩擦因数μ;
(3)t=0.6s时的瞬时速度v。
正确答案
解:(1)由前三列数据可知物体在斜面上匀加速下滑时的加速度为:a1==5m/s2
由牛顿第二定律得:mgsin=ma1
解得:=30°
(2)由后二列数据可知物体在水平面上匀减速滑行时的加速度大小为:a2==2m/s2
由牛顿第二定律得:μmg=ma2
解得:μ=0.2
(3)设在斜面上运动的时间为t
由2+5t=1.1+2(0.8-t)
解得t=0.1s
即物体在斜面上下滑的时间为0.5s
则t=0.6s时物体在水平面上
其速度为v=v1.2+a2t=2.3 m/s
质量为4t的汽车,其发动机的额定功率为80kW,它在平直公路上行驶时所受阻力为其车重的0.1倍,该车从静止开始以1.5 m/s2的加速度做匀加速运动,g取10m/s2,求:
(1)该汽车在路面上行驶的最大速度是多少?
(2)开始运动后4s末发动机的功率;
(3)这种匀加速运动能维持的最长时间。
正确答案
解:(1)当汽车在路面上行驶达到最大速度时a=0,故满足牵引力F=f
由P=FV得==
=20m/s
(2)由=at得4s末汽车的速度为
=6m/s
由牛顿第二定律F-f=ma得F= f﹢ma=1×104N
据P=FV得P=6×104w
(3)汽车做匀加速运动能达到的最大速度为=
=8m/s
匀加速运动能维持的最长时间t==5.3s。
一质量为2.0kg的物体静止在水平面上,现用大小为4.4N的水平力拉物体,使物体沿水平方向做匀加速直线运动,已知物体与水平面间的滑动摩擦力大小为2.0N。求:
(1)物体的加速度大小;
(2)第2s末的速度大小;
(3)第2s内的位移大小。
正确答案
解:(1)
(2)
(3)
如图所示,物体从光滑斜面上的A点由静止开始下滑,经过B点后进入粗糙水平面(设经过B点前后速度大小不变),最后停在C点。每隔0.2秒通过速度传感器测量物体的瞬时速度大小,表给出了部分测量数据。求:
(1)物体在斜面和水平面上的加速度大小分别为多少?
(2)斜面的倾角a;
(3)物体与水平面之间的动摩擦因数;
(4)t=0.6s时瞬时速度大小v。
正确答案
(1)斜面:5m/s2;水平面:2m/s2
(2)30°
(3)0.2
(4)2.3m/s。
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