- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
一辆汽车沿着一条平直的公路行驶,公路旁边与公路平行有一行电线杆,相邻电线杆间的间隔均为50m.取汽车驶过某一根电线杆的时刻为零时刻,此电线杆作为第1根电线杆,此时刻汽车行驶的速度为5m/s.若汽车的运动为匀变速直线运动,在10s末汽车恰好经过第3根电线杆.试求:
(1)汽车运动的加速度大小;
(2)汽车继续行驶,经过第7根电线杆时的瞬时速度;
(3)汽车在第3根至第7根电线杆间运动所用的时间.
正确答案
解(1)汽车在10s内的位移是:s13=50×2=100m
由于s=v0t+at2,
得a=1m/s2
(2)第1根和第7根电线杆之间的距离:s17=50×6=300m
根据:v72-v02=2as17
得v7==
=25m/s
(3)汽车从第1根到第7根电线杆的时间是:t7==
s=20s
汽车在第3根至第7根电线杆间运动所用的时间:△t=t7-t3=20-10=10s
答:(1)汽车运动的加速度大小为1m/s2;
(2)汽车继续行驶,经过第7根电线杆时的瞬时速度为25m/s;
(3)汽车在第3根至第7根电线杆间运动所用的时间为10s.
一个滑雪的人,质量m=60kg,以v0=2m/s的初速度沿倾角θ=30°山坡匀加速滑下,在t=10s的时间内滑下的路程x=100m.(g取10m/s2)
(1)作出滑雪人的受力图;
(2)求滑雪人的加速度;
(3)求滑雪人受到的阻力.
正确答案
(1)滑雪人受力如图:
(2)由匀加速直线运动位移公式得:x=v0t+at2,
a==
m/s2=1.6m/s2.
(3)把重力沿斜面和垂直斜面分解,根据牛顿第二定律有:
F合=mgsin30°-f=ma,
得出:f=mgsin30°-ma=300N-60×1.6N=204N
答:(1)受力图如上图.
(2)滑雪人的加速度为1.6m/s2.
(3)滑雪人受到的阻力为204N.
物体在斜面顶端由静止开始下滑作匀加速直线运动,已知在头4秒内位移为X,在最后4秒内位移为4X,则在整个过程中的位移是多少?总的运动时间是多少?
正确答案
设加速度为a,总时间为t,则在前4s有:x=at′2=8a.
最后4s内的位移:at2-
a(t-4)2=4x
联立两式解得:t=10s.
则总位移:s=at2,因为
=2.5,所以s=6.25x.
答:整个过程中的位移为6.25x,总时间为10s.
骑自行车的人沿着坡路向下匀加速直线行驶,在第1s内通过1m,在第2s内通过3m,在第3s内通过5m,在第4s内通过7m.求
(1)最初2s内的平均速度的大小
(2)加速度的大小;
(3)第2s末的速度大小.
正确答案
(1)最初2s内的平均速度=
=
m/s=2m/s.
(2)根据△x=at2得,a==
m/s2=2m/s2.
(3)第2s末的速度大小v2==
m/s=4m/s.
答:(1)最初2s内的平均速度的大小为2m/s.
(2)加速度的大小为2m/s2.
(3)第2s末的速度大小为4m/s.
如图所示,轻杆BC用细绳AB悬挂,杆与绳的全长AC=9.4m,一同学在C点的正下方D点水平观察,CD距离为0.4m.由静止释放轻绳和轻杆,让其做自由落体运动,已知细绳从他的眼前通过的时间为0.4s,且细绳下落的过程中始终保持竖直,取g=10m/s2,求轻杆的长度为多少?
正确答案
设杆长为L,细绳上端B到达D点需时间t1,细绳下端B到达D点需时间t2
则有AC+LCD=g
L+LCD=g
由题意 t1-t2=0.4
代入解得:L=4.6m
答:轻杆的长度为4.6m.
如图所示,斜面长为S=15m,倾角为θ=37°,一物体质量为m=2kg,从斜面底端的A点开始以初速度v0=20m/s,沿斜面向上滑行.斜面与物体间的动摩擦因数为μ=0.5,物体滑到斜面顶端B点时飞出斜面,最后落在与A点处于同一水平面上的C处(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2,不计空气阻力),求:
(1)物体由A运动到B所需时间;
(2)物体落到C时的速度大小为多少?
正确答案
(1)物体由A到B过程中,根据牛顿第二定律得:
mgsinθ+μmgcosθ=ma,得a=g(sinθ+μcosθ)
代入解得:a=10sm/s2.
由:S=v0t-at2得:
15=20t-5t2解得:t1=1s,t2=3s,
因为根据v=v0-at=20-10×3(m/s)=-10m/s,说明物体在t2时刻沿斜面向下,与题不符,舍去.
(2)从A到C整个过程,重力做功为零,根据动能定理得:
-μmgScosθ=m
-
m
解得:vC=2m/s
答:
(1)物体由A运动到B所需时间是1s;
(2)物体落到C时的速度大小为2m/s.
如图所示,皮带传动装置与水平面夹角为30°,轮半径R= m,两轮轴心相距L=3.75m,A、B分别使传送带与两轮的切点,轮缘与传送带之间不打滑.一个质量为0.1kg的小物块与传送带间的动摩擦因数为μ=
.g取10m/s2.
(1)当传送带沿逆时针方向以v1=3m/s的速度匀速运动时,将小物块无初速地放在A点后,它运动至B点需多长时间?(计算中可取≈16,
≈20)
(2)小物块相对于传送带运动时,会在传送带上留下痕迹.当传送带沿逆时针方向匀速运动时,小
物块无初速地放在A点,运动至B点飞出.要想使小物块在传送带上留下的痕迹最长,传送带匀速运动的速度v2至少多大?
正确答案
(1)当小物块速度小于3m/s时,小物块受到竖直向下的重力、垂直传送带向上的支持力和沿传送带斜向下的摩擦力作用,做匀加速直线运动,设加速度为a1,根据牛顿第二定律
mgsin30°+μmgcos30°=ma1①
解得 a1=7.5m/s2
当小物块速度等于3m/s时,设小物块对地位移为L1,用时为t1,根据匀加速直线运动规律得
t1=②
L1=③
代入解得 t1=0.4 s L1=0.6 m
由于L1<L 且μ<tan30°,当小物块速度等于3m/s时,小物块将继续做匀加速直线运动至B点,设
加速度为a2,用时为t2,根据牛顿第二定律和匀加速直线运动规律得
mgsin30°-μmgcos30°=ma2④
解得 a2=2.5m/s2
又L-L1=v1t2+a2t22⑤
解得 t2≈0.8 s
故小物块由静止出发从A到B所用时间为 t=t1+t2=1.2s
(2)传送带匀速运动的速度越大,小物块从A点到B点用时越短,当传送带速度等于某一值v′时,小物块将从A点一直以加速度a1做匀加速直线运动到B点,所用时间最短,设用时t0,即
L=a1t02⑥
解得t0=1s
传送带的速度继续增大,小物块从A到B的时间保持t0不变,而小物块和传送带之间的相对路程继续增大,小物块在传送带上留下的痕迹也继续增大;当痕迹长度等于传送带周长时,痕迹为最长Smax.
设此时传送带速度为v2,则
Smax=2L+2πR⑦
Smax=v2t0-L ⑧
联立⑥⑦⑧解得 v2=12.25m/s
答:
(1)将小物块无初速地放在A点后,它运动至B点需1.2s时间.
(2)要想使小物块在传送带上留下的痕迹最长,传送带匀速运动的速度v2至少为12.25m/s.
汽车沿一平直公路以速度v=20m/s匀速行驶中,突然刹车,刹车后汽车以加速度a=-5m/s2运动,求汽车从刹车开始,经5s的位移.
正确答案
设汽车从开始刹车到停止运动的时间为t0,则由v=v0+at得
t0==
s=4s
则4s后汽车停止运动,5s内的位移等于刹车4s内的位移,即有
x=t0=
×4m=40m
答:汽车从刹车开始,经5s的位移是40m.
一个物体置于光滑的水平面上,受到6N水平拉力作用从静止出发,经2s,物体的位移为24m.(g取10m/s2)求:
(1)物体运动的加速度是多大?
(2)物体的质量是多大?
(3)若改用同样大小的力竖直向上提升这个物体,从静止开始,经2s,物体上升的高度为多大?
正确答案
(1)物体做初速度为零的匀加速直线运动,根据位移时间关系公式,有:
x=at2
解得:a==
=12m/s2
(2)根据牛顿第二定律,有F=ma
故m==
=0.5kg;
(3)若改用同样大小的力竖直向上提升这个物体,加速度为:a′==
=2m/s2;
从静止开始,经2s,物体上升的高度为:h′=a′t2=
×2×4=4m;
答:(1)物体运动的加速度是12m/s2;
(2)物体的质量是0.5kg;
(3)若改用同样大小的力竖直向上提升这个物体,从静止开始,经2s,物体上升的高度为4m.
质量m=2.0×10-4kg、电荷量q=1.0×10-6C的带正电微粒悬停在空间范围足够大的匀强电场中,电场强度大小为E1.在t=0时刻,电场强度突然增加到E2=4.0×103N/C,场强方向保持不变.到t=0.20s时刻再把电场方向改为水平向右,场强大小保持不变.取g=10m/s2.求:
(1)原来电场强度E1的大小?
(2)t=0.20s时刻带电微粒的速度大小?
(3)带电微粒运动速度水平向右时刻的动能?
正确答案
(1)当场强为E1的时候,带正电微粒静止,所以mg=E1q
所以 E1==2.0×103N/C
(2)当场强为E2的时候,带正电微粒由静止开始向上做匀加速直线运动,设0.20s后的速度为v,
由牛顿第二定律:E2q-mg=ma,得到a=-g=10m/s2.
由运动学公式 v=at=2m/s
(3)把电场E2改为水平向右后,带电微粒在竖直方向做匀减速运动,设带电微粒速度达到水平向右所用时间为t1,则 0-v1=-gt1 解得:t1=0.20s
设带电微粒在水平方向电场中的加速度为a2,
根据牛顿第二定律 qE2=ma2,解得:a2=20m/s2
设此时带电微粒的水平速度为v2,v2=a2t1,解得:v2=4.0m/s
设带电微粒的动能为Ek,Ek=m
=1.6×10-3J
答:(1)原来电场强度E1的大小是2.0×103N/C;
(2)t=0.20s时刻带电微粒的速度大小是2m/s;
(3)带电微粒运动速度水平向右时刻的动能1.6×10-3J.
物体在斜面顶端由静止匀加速下滑,最初4s内经过位移为x1,最后4s内经过位移为x2,且x2-x1=8m,x1:x2=1:2,求:
(1)物体在斜面上下滑的加速度;
(2)斜面的全长.
正确答案
(1)根据题意 x2-x1=8m,x1:x2=1:2 解得x1=8m x2=16m
由x1=at2解得:a=1m/s2
故 物体在斜面上下滑的加速度为1m/s2
(2)某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度.知
第2秒的瞬时速度v1==2m/s.
最后4s的中间时刻的瞬时速度v2==4m/s
这两个时刻的时间间隔△t==2s.
所以总时间t=6s
斜面的长度x=at2=18m
故斜面的全长为18m.
一辆汽车沿平直公路以v0=10m/s匀速运动,忽然以加速度为2m/s2刹车,求汽车刹车后6s内的位移是多大?
正确答案
设汽车刹车后到停止运动用时t0,则:
由V0=at0 可得:to=5s
因为t=6s>t0=5s
所以汽车刹车后6s的位移就是前5s的位移S==25m.
答:汽车刹车后6s内的位移是25m.
某日有雾的清晨,一艘质量为m=500t的轮船,从某码头由静止起航做直线运动,并保持发动机的输出功率等于额定功率不变,经t0=10min后,达到最大行驶速度vm=20m/s,雾也恰好散开,此时船长突然发现航线正前方S=480m处,有一只拖网渔船以v=5m/s的速度沿垂直航线方向匀速运动,且此时渔船船头恰好位于轮船的航线上,轮船船长立即下令采取制动措施,附加了恒定的制动力F=1.0×105N,结果渔船的拖网越过轮船的航线时,轮船也恰好从该点通过,从而避免了事故的发生。已知渔船连同拖网总长度L=200m(不考虑拖网渔船的宽度),假定水对船阻力的大小恒定不变,求:
(1)轮船减速时的加速度a;
(2)轮船的额定功率P;
(3)发现渔船时,轮船离开码头的距离。
正确答案
解:(1)渔船通过的时间t==40s
由运动学公式,
得到=-0.4m/s2
(2)轮船做减速运动时,牛顿第二定律:-( F+ Ff) =ma
解得Ff=1.0×105N
最大速度行驶时,牵引力F=Ff= 1.0×105N,
功率P=Fvm= Ff vm=1.0×105×20W=2.0×106W
(3)由动能定理得
解得S1=m=1.1×104
如图所示,在倾角为θ的光滑斜面顶端有一质点A自静止开始自由下滑,同时另一质点B自静止开始由斜面底端向左以恒定加速度a沿光滑水平面运动,A滑下后能沿斜面底部的光滑小圆弧平稳地朝B追去,为使A能追上B,B的加速度最大值是多少?
正确答案
gsinθ
如图所示,A为一石墨块,B为足够的长木板,静止于水平面。已知A的质量mA和B的质量mB均为2kg,A、B之间的动摩擦因数μ1=0.05,B与水平面之间的动摩擦因数μ2=0.1 。t=0时,电动机通过水平细绳拉木板B,使B做初速度为零,加速度aB=1m/s2的匀加速直线运动。(最大静摩擦力与滑动摩擦力大小视为相等,重力加速度g=10m/s2)。求:
(1)当t1=1.0s时,将石墨块A轻放在木板B上,此时A的加速度aA多大;
(2)当A放到木板上以后,若保持B的加速度仍为aB=1m/s2,则此时木板B所受拉力F多大;
(3)当B做初速度为零,加速度aB=1m/s2的匀加速直线运动,t1=1.0s时,将石墨块A轻放在木板B上,则t2=2.0s时,石墨块A在木板B上留下了多长的划痕?
正确答案
解:(1)对A:μ1mAg=mAaA aA=0.5m/s2
(2)对B:,
F=7N
(3),
, xB=1.5m
,xA=0.25m
d= xB - xA=1.25m
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