- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
一个物体从长9m、倾角为37°的斜面顶端由静止开始滑下,已知物体与斜面间的动摩擦因数为0.5,求物体滑到斜面底端时所用的时间和速度.
正确答案
由牛顿第二定律得:
mgsinθ-μmgcosθ=ma
代入数据得a=2m/s2
由运动学公式得:
L=at2
代入数据得,t=3s
又有v=at
v=6m/s
答:物体滑到斜面底端时所用的时间为3s,速度为6m/s.
一辆汽车以36km/h的速度匀速行驶10s,然后又以1.5m/s2的加速度匀加速行驶10s.求:
(1)汽车在20s内的位移;
(2)汽车在15s末的瞬时速度;
(3)汽车在20s内的平均速度.
正确答案
汽车的初速度:v0=36km/h=10m/s
(1)汽车在20s内的位移分为匀速运动位移和匀加速运动位移:
前10s内匀速运动的位移x1=v0t=10×10m=100m
后10s内做匀加速运动的位移:x2=v0t+at2=10×10+
×1.5×102m=175m
故汽车在前20s内的总位移:x=x1+x2=100+175m=275m
(2)由题意知汽车运动前10s做匀速运动,故15s末是汽车做匀加速运动5s末的瞬时速度,根据速度时间关系有:
v1=v0+at=10+1.5×5m/s=17.5m/s
(3)根据平均速度公式,汽车在前20s内的平均速度:
=
=
m/s=13.75m/s
答:(1)汽车在20s内的位移为275m;
(2)汽车在15s末的瞬时速度为17.5m/s;
(3)汽车在20s内的平均速度为13.75m/s.
如图所示,在高h=2.5m的光滑、绝缘水平高台边缘,静置一个小物块B,另一带电小物块A以初速度v0=10m/s向B运动,A、B的质量均为m=10-2kg.A、B相碰后立即粘在一起,并从台上飞出后落在水平地面上,落地点距高台边缘的水平距离x=5m.已知空间存在竖直向上的匀强电场E=104N/C,假设A在滑行过程和碰撞过程中电量保持不变,不计空气阻力,g=10m/s2.求:
(1)A、B碰撞过程中损失的机械能?
(2)试说明A带电的电性,并求出其带电量q的大小?
(3)在A、B飞行过程中,电场力对它做的功?
正确答案
(1)对于A、B碰撞过程,由动量守恒得:
mv0=2mv
解得 v==5m/s
故A、B碰撞过程中损失的机械能为△E=m
-
•2mv2=0.25J
(2)碰后A、B从台上飞出后做类平抛运动,水平方向做匀速直线运动,竖直方向做初速度为零的匀加速运动,则
x=vt 解得:t=1s
由h=at2得 a=
=
=5m/s2<g,故A应带正电.
根据牛顿第二定律得 2mg-qE=2ma
得 q==
C=10-5C
(3)在A、B飞行过程中,电场力做负功,则W=-qEh=-10-5×104×2.5J=-0.25J
答:
(1)A、B碰撞过程中损失的机械能是0.25J.
(2)A带正电,其带电量q的大小是10-5C.
(3)在A、B飞行过程中,电场力对它做的功为-0.25J.
如图所示,质量为m的小球位于距水平地面高度H处的P点,在水平地面的上方存在一定厚度的“作用力区域”,如图中的虚线部分.当小球进入“作用力区域”后将受到竖直向上的恒定作用力F,F=6mg,F对小球的作用刚好使从P点静止释放的小球不与水平地面接触.H=24m,g=10m/s2. 求:作用力区域的厚度h=?
正确答案
小球在作用力区域上方的运动是自由落体运动,设运动时间为t1,进入作用力区域的速度是v,在作用力区域内是匀减速运动,设加速度大小是a,运动时间为t2,则:
小球在自由落体运动中有:
v=gt1 ①
小球在匀减速直线运动中有:
0=v-at2 ②
由①②得:
gt1=at2 ③
在作用力区域上小球受两个力,根据牛顿第二定律有:
a==5g ④
由③和④得:
t1=5t2
小球自由落体运动中有:
H-h=g
⑤
小球匀减速运动有:
h=vt2-a
⑥
由②和⑥得:h=a
⑦
所以有:=
=5
代入H=24m,可和h=4m.
答:作用力区域的厚度h=4m.
如图所示,质量m=1kg的小物体从倾角θ=37°的光滑斜面上A点静止开始下滑,经过B点后进入粗糙水平面(经过B点时速度大小不变而方向变为水平).AB=3m.试求:
(1)小物体从A点开始运动到停止的时间t=2.2s,则小物体与地面间的动摩擦因数μ多大?
(2)若在小物体上始终施加一个水平向左的恒力F,发现当F=F0时,小物体恰能从A点静止出发,沿ABC到达水平面上的C点停止,BC=7.6m.求F0的大小.
(3)某同学根据(2)问的结果,得到如下判断:“当F≥F0时,小物体一定能从A点静止出发,沿ABC到达C点.”这一观点是否有疏漏,若有,请对F的范围予以补充.(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
(1)物体在斜面上的加速度a1==gsinθ=6m/s2
物体在斜面上运动中xAB=a1t12,得t1=1s,
vB=a1t1=6m/s
物体在水平面上的加速度a2=μg,t2=2.2-t1=1.2s
vB=a2t2,得μ=0.5
故小物体与地面间的动摩擦因数μ为0.5.
(2)对A到C列动能定理式,其中h为斜面高度,L为斜面水平宽度
mgh+F0(xBC+L)-μmgx BC=0
F0=2N
故F0的大小为2N.
(3)有疏漏,F太大物体会离开斜面,而不能沿ABC运动.
临界状态为物体沿斜面运动但与斜面没有弹力,此时F==16.7N
得N≥F≥2N故F的范围为
N≥F≥2N.
如图所示,在光滑水平面AB上,水平恒力F推动物体从A点由静止开始做匀加速运动,物体到达B点时撤去F,物体经过B点后又冲上光滑斜面(设经过B点前后速度大小不变),最高能到达C点.用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.
求:①在AB段的加速度a1、BC段加速度a2
②AB长和BC长之比
③t=2.1s时的瞬时速度v大小.
正确答案
(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==
m/s2=2m/s2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=
=
m/s2=-5m/s2
(2)
物体先匀加速直线运动,后匀减速直线运动,
vB=a1t1=2t1v2.4=vB+a2(2.4-t1)
得:t1=2s
∴vB=a1t1=2t1=4m/s
xAB=a
=4m
xBC==1.6m
所以=
(3)
由上可知,物体做匀加速直线运动,直到2s后才做匀减速直线运动,
所以v2..1=vB+a2t1=4-5×0.1=3.5(m/s)
答:①在AB段的加速度a1为2m/s2 BC段加速度a2为-5m/s2
②AB长和BC长之比5:2
③t=2.1s时的瞬时速度v大小为3.5m/s.
汽车沿一平直公路以速度v0=20m/s匀速行驶,突然刹车,刹车后汽车以加速度为5m/s2作匀减速运动,求:
(1)汽车从刹车开始计时,第3秒末的瞬时速度.
(2)经过5s前进的位移的大小.
正确答案
(1)根据速度时间公式得:v=v0+at=20-5×3m/s=5m/s.
(2)车停止所需的时间为:t1==
s=4s<5s
则5s内的位移即为4s内的位移,为:x==
m=40m.
答:(1)汽车从刹车开始计时,第3秒末的瞬时速度为5m/s.
(2)经过5s前进的位移的大小为40m.
一个做匀变速运动的质点,在第一个2S内通过的位移是8m,在第二个2S内通过的位移是20m,求质点运动的初速度和加速度?
正确答案
由△x=at2可得:
加速度为a=m/s2=3m/s2;
对第一个2s有:
x1=v0t+at2
解得:v0==
m/s=1m/s;
答:质点运动的加速度为3m/s2;初速度为1m/s.
在平直的公路上一汽车速度为16m/s,从某时刻开始刹车,在阻力作用下,汽车以2m/s2的加速度大小做匀减直线运动,求:
(1)刹车后第5s末的速度
(2)刹车后5s内的位移
(3)刹车后第5s内的位移
(4)刹车后9s内的位移.
正确答案
汽车刹车的时间为t==
=8s
(1)刹车后第5s末的速度v=v0+at=16-2×5m/s=6m/s
(2)刹车后5s内的位移x=v0t+
1
2
at2=80-25m=55m
(3)刹车后第5s内的位移x′=x5-x4=55-38m=17m
(4)9s>8s
故8s末就停止运动,所以x9=v0t+
1
2
at2=16×8-×2×64m=64m
答:(1)刹车后第5s末的速度为6m/s;
(2)刹车后5s内的位移为55m;
(3)刹车后第5s内的位移为17m;
(4)刹车后9s内的位移为64m.
一汽车以72km/h的速度在一平直公路上匀速行驶,突然发现前方4m处有一轿车也在同向匀速前进,于是汽车司机马上刹车,设汽车司机的反应时间为0.3s,汽车与地面间的动摩擦因数为0.5,要使两车不相撞,则要求前方轿车行驶的最小速度为多大?(g取10m/s2)
正确答案
72km/h=20m/s,a=μg=5m/s2.
设速度相同时刚好撞上,则:
v车t-at2+v车△t-v(t+△t)=s
v车-at=v
代入数据有:
20t-×5t2+20×0.3-v(t+0.3)=4
20-5t=v
解得t=1s.
故要求前方汽车的最小速度为:v=20-5t=15m/s.
答:前方轿车行驶的最小速度为15m/s.
一辆汽车在公路上做匀加速直线运动,测得第3s内的位移为6m,第4s内的位移为8m,求:
(1)汽车在第3s初至第4s末这两秒内的平均速度;
(2)汽车做匀加速直线运动的加速度;
(3)汽车做匀加速直线运动的初速度;
(4)汽车在前4s内的位移.
正确答案
(1)=
=
=7m/s;
故汽车在第3s初至第4s末这两秒内的平均速度为7m/s.
(2)由△x=aT2,得
汽车的加速度为a==
=2m/s2;
故汽车匀加速直线运动的加速度为2m/s2.
(3)某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,由(1)得汽车在第3s末的速度为v3=7m/s.
∴汽车的初速度为v0=v3-at3=(7-2×3)m/s=1m/s;
故汽车匀加速直线运动的初速度为1m/s.
(4)X4=v0t+at2=1×4+
×2×42=20m.
故汽车在前4s内的位移为20m.
甲、乙两辆汽车同向行驶,当t=0时,乙车在甲车前面24m处.它们的运动规律分别为s甲=10t,s乙=t2.
(1)甲、乙分别做什么运动?
(2)甲、乙两辆汽车能否有两次相遇?如果能,求出两次相遇的时刻和两次相遇处相距多远?如果不能,求出什么时刻两车距离有最值?是多少?
正确答案
(1)甲做速度为v甲=10m/s的匀速直线运动;
乙做初速度为零,加速度为a=2m/s2的匀加速直线运动.
(2)甲、乙两车之间的距离△s=s0+t2-10t=t2-10t+24
△=b2-4ac=100-4×1×24>0
故图象与t轴有两个交点,△s=0有两解,且t1=4s,t2=6s均有意义,所以甲、乙两辆汽车能相遇两次.
第一次相遇距甲车出发点的距离x1=v甲t1=10×4m=40m.
第二次相遇距甲车出发点的距离x2=v甲t2=10×6m=60m.
两次相遇处相距的距离s'=20m
航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器,其质量m=0.5㎏,动力系统提供的恒定升力F=8N.试飞时,飞行器从地面由静止开始竖直上升.(设飞行器飞行时所受的阻力大小不变,g取10m/s2.)
(1)第一次试飞,飞行器飞行t1=6s 时到达高度H=36m.求飞行器所受阻力大小;
(2)第二次试飞,飞行器飞行t2=5s 时遥控器出现故障,飞行器立即失去升力.求飞行器能达到的最大高度h;
(3)为了使飞行器不致坠落到地面,求飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间t3.
正确答案
(1)第一次飞行中,设加速度为a1
匀加速运动H=a1
a1==
m/s2=2m/s2
由牛顿第二定律F-mg-f=ma1
解得f=F-mg-ma1=8-0.5×10-0.5×2N=2N
(2)第二次飞行中,设失去升力时的速度为v1,上升的高度为h1
匀加速运动h1=a1
=
×2×52=25m
v1=a1t2=2×5m/s=10m/s
设失去升力后的速度为a2,上升的高度为h2
由牛顿第二定律mg+f=ma2
a2=14m/s2
h2==
m=
m=3.57m
解得h=h1+h2=28.57m
(3)设失去升力下降阶段加速度为a3;
由牛顿第二定律mg-f=ma3
a3=6m/s2
恢复升力后加速度为a4,恢复升力时速度为v3
F-mg+f=ma4;
a4=10m/s2;且+
=h
v3=14.6m/s=a3t3
解得t3=2.43s
答:(1)飞行器所受阻力大小为2N;
(2)飞行器能达到的最大高度为28.57m;
(3)为了使飞行器不致坠落到地面,求飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间为2.43s.
如图,A、B两木块用紧绷的细线相连,细线长0.5m,两木块的质量为mA=1.0kg,mB=2.0kg,在水平向右的拉力作用下以某一速度水平向右做匀速运动,两物体与地面间的摩擦力与重力成正比,比例系数相同,某一时刻两者间的细线突然断开,而拉力不变.从此时开始计时,经t=3s时物体B向前移动了S=5m,此时立即去掉拉力,试求:
(1)物体A停止后再经多长时间物体B才停止?
(2)二者都停止后,A与B之间的距离.
正确答案
(1)如果绳断时撤去拉力,则AB一起停止运动.
现在A停止后B还运动3s,是因为F给B一定的冲量,所以:Ft-kmBgt1=0;
又根据平衡条件,有:F=k(mA+mB)g;
可得t1=4.5s.
(2)A停止后B还运动5m,是因为F对B做了功.所以根据功能关系,有:
Fs-kmBgs1=0;
可得s1=7.5m;
即△s=L+s1=8m.
答:(1)物体A停止后再经4,5s时间物体B才停止.
(2)二者都停止后,A与B之间的距离为8m.
如图所示,直线MN表示一条平直公路,甲、乙两辆汽车原来停在A、B两处,A、B间的距离为85m,现甲车先开始向右做匀加速直线运动,加速度a1=2.5m/s2,甲车运动6.0s时,乙车立即开始向右做匀加速直线运动,加速度a2=5.0m/s2,求两辆汽车相遇处距A处的距离.
正确答案
甲车运动6s的位移为:s0=a1t02=45m
尚未追上乙车,设此后用时间t与乙车相遇,则有:a1(t+t0)2=
a2t2+85m
将上式代入数据并展开整理得:t2-12t+32=0
解得:t1=4s,t2=8s
t1、t2、都有意义,t1=4s时,甲车追上乙车;t2=8s时,乙车追上甲车再次相遇.
第一次相遇地点距A的距离为:s1=a1(t1+t0)2=125m
第二次相遇地点距A的距离为:s2=a1(t2+t0)2=245m.
答:两辆汽车相遇处距A处的距离分别为125m,245m.
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