- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
一物体以一定的初速度冲上一倾角为θ的斜面,结果最后静止在斜面上,如图所示,在第1s内位移为6m,停止运动前的最后1s内位移为2m,求:
(1)在整个减速运动过程中质点的位移大小;
(2)整个减速过程共用多少时间.
正确答案
(1)(8分)设质点做匀减速运动的加速度大小为a,初速度为v0.
由于质点停止运动前的最后1s内位移为2m,则
x2=at 22,所以a=
=
m/s2=4m/s2
质点在第1s内位移为6m,x1=v0t1-at2,
所以v0==
m/s=8 m/s.
在整个减速运动过程中质点的位移大小为:
x==
m=8 m.
(2)对整个过程逆向考虑
x=at2,所以t=
=
s=2 s.
答:(1)在整个减速运动过程中质点的位移大小为8m;
(2)整个减速过程共用2s时间.
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,当距离地面 125m时打开降落伞,伞张开后运动员就以14.3m/s2的加速度做匀减速运动,到达地面时速度为5m/s,g=10m/s2.问:
(1)降落伞打开时运动员下落的速度为多少?
(2)运动员离开飞机时距地面的高度为多少?
正确答案
(1)运动员打开降落伞时速度设为v0,由位移速度关系式:
-2ah=v2-v02
得:v0==60m/s
(2)运动员自由下落高度设为h0,则由:
2gh0=v02
得:h0==180m
运动员离开飞机时距地面的高度:
H=h0+h=305m
答:(1)运动员打开降落伞时的速度为60m/s;
(2)运动员离开飞机时距地面的高度为305m.
如图甲所示为学校操场上一质量不计的竖直滑竿,滑竿上端固定,下端悬空.为了研究学生沿竿的下滑情况,在竿顶部装有一拉力传感器,可显示竿顶端所受拉力的大小.现有一质量为50kg的学生(可视为质点)从上端由静止开始滑下,5s末滑到竿底时速度恰好为零.以学生开始下滑时刻为计时起点,传感器显示的拉力随时间变化情况如图乙所示,g取10m/s2.
求:
(1)该学生下滑过程中的最大速度;
(2)滑竿的长度.
正确答案
(1)由图读出人的重力G=500N,人的质量为m==50kg.在0-1s内,人的重力大于摩擦力,人做匀加速运动,1-5s内,人的重力小于摩擦力,人做匀减速运动,则在t=1s末人的速度最大.设在0-1s内人的加速度大小分别为a1,根据牛顿第二定律
G-F1=ma1
得到a1==
m/s2=2.4m/s2
t=1s末人的速度最大,最大速度为
vmax=a1t1=2.4×1m/s=2.4m/s
(2)人在0-1s内位移为x1=a1
=
×2.4×12m=1.2m,人在1-5s时间内的位移为x2=
=
m=4.8m
所以滑杆的长度为L=x1+x2=6m
答:
(1)该学生下滑过程中的最大速度为2.4m/s;
(2)滑竿的长度为6m.
如图所示,木板A放在光滑水平地面上,A的质量为4kg,长度为4m.一物块B从木板的左端沿上表面以6m/s的速度向右运动,到达木板的中点位置时与木板相对静止,B的质量为2kg.若在木板静止时将一个与B相同的物块C放在木板的中点处,然后仍使B以6m/s的速度从木板的左端沿上表面向右运动.求:
(1)物块B在木板A上滑动时,B与A间的滑动摩擦力大小为多少?
(2)在木板A上放有物块C的情况下,物块B经多长时间与物块C发生碰撞?
(3)设B与C发生的碰撞为弹性碰撞,则物块C能否滑离木板A?若能,请计算C滑离A时的速度;若不能,请计算最终C与B间的距离(“质量相等的两个物体发生弹性碰撞时速度交换”的结论可以直接用).
正确答案
(1)地面光滑,A与B组成的系统动量守恒,
由动量守恒定律得:mBv0=(mA+mB)v1 ①,
物块B在木板A上运动过程中有部分动能转化为内能,
由能量守恒定律得:mBv02-
(mA+mB)v12=f
②,
解得:f=12N ③;
(2)在木板A上放有物块C的情况下,物块B从左端开始向右运动时C与A保持相对静止,
一起做匀加速运动,设加速度大小为a1,物块B做匀减速运动,设加速度大小为a2,经过t时间B与C发生碰撞.
由牛顿第二定律得:对AC,f=(mA+mC)a1 ④,对B:f=mBa2 ⑤,
由匀变速运动的位移公式得:a1t2+
=v0t-
a2t2 ⑥,
解得:t=s ⑦;
(3)假设物块C不能滑离木板A,设B与C碰前瞬间B的速度为v2,
A和C的速度为v3,A、B、C相对静止时的共同速度为v4.
因为B与C质量相等且发生弹性碰撞,所以B与C碰后瞬间B的速度为v3,
C的速度为v2,木板A不参与碰撞作用,速度不变.B与C碰撞后,
B和A一起加速运动,C做减速运动.因为C与B是相同的物块,
所以C与A间的摩擦力大小仍为12N.设B与C分别在木板A上发生的相对位移之和为s,
由动量守恒定律得:mBv0=(mA+mB+mC)v4 ⑧,
由动能定理得:mBv02-
(mA+mB+mC)v42=fs ⑨,
解得:s=2.25m,因为s=2.25m<4m,所以物块C不滑离木板.
C与B间的距离为BC=s-=2.25m-2m=0.25m ⑩;
答:(1)物块B在木板A上滑动时,B与A间的滑动摩擦力大小为12N;
(2)在木板A上放有物块C的情况下,物块B经s与物块C发生碰撞.
(3)物块C不能滑离木板A;最终C与B间的距离为0.25m.
一根劲度系数为k、质量不计的轻弹簧上端固定,下端系一质量为m的物体,有一水平板将物体托住,并使弹簧处于自然长度,如图所示,现让木板由静止开始以加速度a(a<g)匀加速向下移动,求木板从开始运动到与物体分离所经过的时间.
正确答案
当木板与物体即将脱离时,m与板间作用力N=0,此时,
对物体,由牛顿第二定律得:
mg-F=ma
又 F=kx
得:x=
对过程,由:x=at2 得:
t==
答:木板从开始运动到与物体分离所经过的时间为.
两只小球A和B用长为8m不可伸长的细线相连,B球质量是A球的3倍,两球位于离地面30.8m的空中.现先由静止释放小球A,0.8s后再由同一位置由静止释放小球B,不计空气阻力,重力加速度g取10m/s2.试求:
(1)释放B球后,经过多长时间线将绷紧;
(2)A球在空中运动的时间(线绷紧时间极短,球落地后不再弹起).
正确答案
(1)B运动时间t1线绷紧,此时,A已运动t1+0.8s,由运动学公式有
g(t1+0.8)2-
gt12=8,解得:t1=0.6s
(2)线绷紧前时刻,A速度为v1,B速度为v2,绷紧后共同速度为v,则
v1=g(t1+0.8)=14m/s,v2=gt1=6m/s,
mAv1+mBv2=(mA+mB)v,mB=3mA,
解得:v=8m/s,
此时A球已下落s1,s1=g(t1+0.8)2=9.8m
以后A和B一起以加速度g匀加速下落,又经时间t2,A落地,
vt2+gt22=30.8-9.8
解得:t2=1.4s
A在空中运动总时间t=0.8s+0.6s+1.4s=2.8s.
答:(1)释放B球后,经过0.6s时间线将绷紧.
(2)A球在空中运动的时间为2.8s.
甲车在前以15m/s的速度匀速行驶,乙车在后以9m/s的速度行驶.当两车相距32m时,甲车开始刹车,加速度大小为1m/s2.问
(1)两车间相遇前的最大距离
(2)经多少时间乙车可追上甲车?
正确答案
(1)两车距离最大时乙车的速度与甲车的速度相等,设此时甲车的速度为:v甲,即:
v甲=v乙
因为甲车做匀变速运动,则:
v甲=v甲0+at1
得:t1==
s=6s
乙车前进的距离为:
x乙=v乙t1=9×6m=54m
甲车前进的距离为:
x甲=•t=
×6m=72m
所以两车的最大距离为:
△xm=L+x甲-x乙=32+72-54=50m
得:△xm=50m
(2)设经过时间t追上.依题意:
v甲t-at2+L=v乙t
15t-+32=9t
得t=16s和t=-4s(舍去)
甲车刹车的时间:t ′==15s
显然,甲车停止后乙再追上甲.
甲车刹车的位移:
x甲==
m=112.5m
乙车的总位移:
x乙=x甲+32=144.5m
t==
s=16.06s
答:(1)两车间相遇前的最大距离为50m.
(2)经16.06s乙车追上甲车.
消防队员为缩短下楼的时间,往往抱着竖直的杆直接滑下.假设一名质量为60kg、训练有素的消防队员从七楼(即离地面18m的高度)抱着竖直的杆以最短的时间滑下.已知杆的质量为200kg,消防队员着地的速度不能大于6m/s,手和腿对杆的最大压力为1 800N,手和腿与杆之间的动摩擦因数为0.5,设当地的重力加速度g=10m/s2.假设杆是固定在地面上的,杆在水平方向不移动.试求:
(1)消防队员下滑过程中的最大速度;
(2)消防队员下滑过程中杆对地面的最大压力;
(3)消防队员下滑的最短的时间.
正确答案
(1)消防队员开始阶段自由下落的末速度即为下滑过程的最大速度vm,
有2gh1=vm2.
消防队员受到的滑动摩擦力
Ff=μFN=0.5×1 800 N=900 N.
减速阶段的加速度大小:
a2==5 m/s2
减速过程的位移为h2,由vm2-v′2=2a2h2 v′=6m/s
又h=h1+h2
以上各式联立可得:vm=12 m/s.
答:消防队员下滑过程中的最大速度为12m/s.
(2)以杆为研究对象得:
FN=Mg+Ff=2 900 N.
根据牛顿第三定律得,杆对地面的最大压力为2 900 N.
答:杆对地面的最大压力为2 900 N.
(3)最短时间为
tmin=+
=2.4 s.
答:消防队员下滑的最短的时间为2.4s.
质点做匀减速直线运动,在第1s内位移为6m,停止运动前的最后1s内位移为2m,求:
(1)质点运动的加速度大小;
(2)在整个减速运动过程中质点的位移大小;
(3)整个减速过程共用多少时间.
正确答案
(1)设质点做匀减速运动的加速度大小为a,初速度为v0.由于质点停止运动前的最后1 s内位移为2 m,则:
x2=at22
解得;a=4 m/s2.
(2)质点在第1 s内位移为6 m,由x1=v0t1-at12
解得:v0=8m/s
在整个减速运动过程中质点的位移大小为:x==8 m.
(3)对整个过程逆向考虑,则
x=at2,所以t=
=2s
答:(1)质点运动的加速度大小为4 m/s2;
(2)在整个减速运动过程中质点的位移大小为8m.
(3)整个减速过程所用的时间为2s.
如图甲所示,小球A从水平地面上P点的正上方h=1.8m处自由释放,与此同时,在P点左侧水平地面上的物体B在水平拉力的作用下从静止开始向右运动,B运动的v-t图象如图乙所示,已知B物体的质量为2kg,且AB两物体均可看做质点,不考虑A球的反弹,g取10m/s2.求:
(1)小球A下落至地面所需的时间t;
(2)要使AB两物体能够同时到达P点,求物体B的初始位置与P点的距离S;
(3)若作用在物体B上的水平拉力F=20N,求物体与地面之间的动摩擦因数μ.
正确答案
(1)由题意可知,h=gt2
解得:t=0.6s
(2)由图可知,物体做匀加速运动,a==
=8m/s2
由S=at2可得:
S=1.44m
(3)由F-μmg=ma可得:
μ=0.2.
答:(1)小球A下落至地面所需的时间t为0.6s;
(2)物体B的初始位置与P点的距离S为1.44m;
(3)物体与地面之间的动摩擦因数μ为0.2.
一辆汽车停在十字路口等候绿灯,当绿灯亮时汽车以2m/s2的加速度启动,恰在此时一辆自行车以6m/s的速度匀速从汽车旁边驶过,试求:
(1)什么时候汽车追上自行车?
(2)汽车从路口开动后,在追上自行车之前,两车间的最远距离是多少?
正确答案
(1)两车相遇时,位移相等,故有:
at2=vt
解得:t==6s;
2)两车距离最远时,速度相等
由V=at 得:
t=3s
此时两车间的距离
△s=vt-at2=9m
答:(1)经6s汽车追上自行车;(2)两车间的最远距了为9m.
一个物体做匀加速直线运动,第1s内的位移是6m,第2s内的位移是10m,求该物体的初速度和加速度的大小.
正确答案
物体做匀加速直线运动,第1s内的位移是x1=6m,第2s内的位移是x2=10m,由x2-x1=aT2,得
a==
m/s2=4m/s2.
由x1=v0t+at2得,v0=
-
at=
-
×4×1(m/s)=4m/s
答:该物体的初速度是4m/s,加速度是4m/s2.
如图所示,物体从光滑斜面上的顶端A点由静止开始匀加速下滑,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),匀减速运动最后停在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,下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)t=0.6s时瞬时速度大小v.
(3)斜面的长度L.
正确答案
(1)从列表的数据中可求出物体在斜面的加速度为:a1==5m/s2
在水平面上的加速度大小为:a2==2m/s2
(2)设t0时刻物体的速度最大,则有:a1t=v'+a2(t'-t0)
解得:t0=0.5s
因此t=0.6s时瞬时速度大小为:v=a1t0-a2t″=5×0.5m/s-2×0.1m/s=2.3m/s
(3)斜面的长度为:L=a1t02=0.625m.
答:(1)物体在斜面和水平面上的加速度大小分别为5m/s2、2m/s2.
(2)t=0.6s时瞬时速度大小为2.3m/s.
(3)斜面的长度L为0.625m.
在光滑水平面上的O点,有一个带正电的小球处于静止状态,它的质量m=1.0×10-3 kg,电量q=1.0×10-10 C.现以O点为坐标原点,在该水平面内建立直角坐标系xOy,在t=0时刻,突然加一沿x轴正方向、场强大小E1=4.0×106 V/m的匀强电场,使小球开始运动,经过1.0s,所加电场突然变为沿y轴正方向、场强大小变为E2=6.0×106 V/m的匀强电场,求再经过2.0s时小球的位置坐标.
正确答案
第1s内,小球做水平方向的匀加速直线运动.;
a1==0.4 m/s2;
v1=a1t1=0.4 m/s;
x1=a1t12=0.2 m
第2、3s内,小球做类平抛运动.
竖直方向:a2==0.6 m/s2
竖直方向位移:y=a2t22=1.2 m.
水平方向:x2=v1t2=0.8 m,
水平方向总位移:x=x1+x2=1 m.
答:再经过2.0s时小球的位置坐标(1m,1.2m).
“10m跳台跳水”是奥运会中我国的一个优势项目.某跳水运动员竖直向上起跳时她的重心离跳台台面的高度约为0.9m,当她下降到手触及水面时她的重心离水面距离也约为0.9m.若该运动员从跳离跳台到手触水经历的时间为2s,不计空气阻力,g取10m/s2.求
(1)运动员从起跳至落水过程的位移?
(2)运动员起跳速度的大小?
正确答案
根据题意,运动员从起跳至落水过程中,以重心为研究对象,运动员的位移刚好为10m.
已知运动员跳水过程可视为竖直上抛运动,取向上为正方向,已知加速度为a=-g,位移x=-10m,时间t=2s,根据竖直上抛运动的位移时间关系
x=v0t+at2可得运动员的初速度:v0=
=
m/s=5m/s.
答:(1)运动员从起跳至落水过程的位移为10m
(2)运动起跳的速度大小为5m/s.
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