- 匀变速直线运动的研究
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汽车以10 m/s的速度在平直公路上匀速行驶,刹车后经2 s速度变为6 m/s。求:
(1)刹车后2 s内前进的距离及刹车过程中的加速度;
(2)刹车后8 s内的位移。
正确答案
解:汽车做匀减速直线运动,以初速度方向为正方向,则v0=10m/s,vt=6m/s,t=2s
(1)刹车过程中的加速度 a=(vt-v0)/t=(6-10)/2 m/s2=-2 m/s2
刹车后2 s内前进的距离 s= v0t+ at2=[10×2+
×(-2)×22] m=16 m
即刹车后2 s内前进的距离为16m,刹车过程中的加速度大小为2m/s2,方向与初速度方向相反
(2)汽车停下来所用时间 t=(vt-v0)/a=(0+10)/(-2) s=5 s
刹车后5 s汽车已经停下来了,所以8 s的速度为零
8 s内的位移也即是5 s内汽车的位移 s= v0t+ at2=[10×5+
×(-2)×52] m=25 m
即刹车后8 s内的位移大小为25 m,方向与初速度方向相同
一木箱放在平板车的中部,距平板车的后端、驾驶室后端均为L=1.5m,如图所示处于静止状态,木箱与平板车之间的动摩擦因数为μ=0.5,现使汽车以a1=6m/s2的加速度匀加速启动,速度达到v=6m/s后接着做匀速直线运动,运动一段时间后匀加速刹车求:
(1)当木箱与平板车的速度都达到v=6m/s时,木箱在平板车上的位置;
(2)刹车时为保证木箱不会撞到驾驶室,刹车时时间t'至少应为多少?(g=10m/s2)
正确答案
(1)设加速运动时木箱的最大加速度为am,
则有 μmg=mam
解得 am=μg=5m/s2
由v=at1得,t1==
s=1s,即经过t1=1s时车的速度达到6m/s,而此时木箱的速度为v2=amt1=5m/s
木箱还需要加速t2==
s=0.2s才能与车一起匀速运动,这一过程车总共前进 s1=
a
+vt2=4.2m
木箱前进 s2=am(t1+t2)2=3.6m
则木箱相对车后退△s=s1-s2=0.6m.故木箱离车后端0.9m.
(2)刹车时木箱离驾驶室s=2.1m,设木箱至少要前进s3距离才能停下,则
s3==3.6m
汽车刹车时间为t′,则s3-t′=s
解得,t′=0.5s
答:
(1)当木箱与平板车的速度都达到v=6m/s时,木箱在平板车上离后端0.9m处;
(2)刹车时为保证木箱不会撞到驾驶室,刹车时时间t'至少应为0.5s.
一辆做匀加速直线运动的汽车在5s内先后通过路旁相距50m的电线杆,若汽车在第二根电线杆时的速度为15m/s,则它在第一根电线杆处的速度多大?
正确答案
汽车在5s内的平均速度=
=
m/s=10m/s.
根据=
则v0=2-v=20-15m/s=5m/s.
答:汽车通过第一根电线杆处的速度为5m/s.
一物体做匀加速直线运动,初速度为0.5 m/s,第7 s内的位移比第5 s内的位移多4 m,求:
(1)物体的加速度;
(2)物体在5 s内的位移。
正确答案
(1)
(2)
一个物体从离地面H高度处自由下落,达到地面前最后1s内通过的位移比下落的第1s内通过的位移多30m.不计空气阻力,取重力加速度为g=10m/s2.求
(1)物体从下落到落地所用的时间t和下落点离地面的高度H.
(2)物体落地时的速度vt.
正确答案
物体在第1s内的位移s1为 S1=×10×12m=5m
最后1s内位移△s为 △s=gt2-
g(t-1)2=(s1+30)m=35m
化简解得,物体的运动时间为 t=4s
物体下落点离地面的高度为 H=gt2=
×10×42m=80m
物体落地时的速度vt为 vt=gt=10×4m/s=40m/s
答:
(1)物体从下落到落地所用的时间t=4s,下落点离地面的高度H=80m.
(2)物体落地时的速度vt=40m/s.
有一个匀加速直线运动的物体从2s末至6s末的位移为24m,从6s末至10s末的位移为40m,则这个物体的加速度的大小是多大?初速度是多大?
正确答案
根据△x=aT2得,a==
m/s2=1m/s2.
物体在2s末至6s末内的平均速度=
m/s=6m/s.
知4s末的速度为4m/s.根据v=v0+at得,v0=v-at=6-1×4m/s=2m/s
答:这个物体的加速度的大小是1 m/s2,初速度的大小为 2 m/s.
如图所示,ABC是一雪道,AB段为长L = 80m倾角θ =37°的斜坡,BC段水平,AB与BC平滑相连。一个质量m =75kg的滑雪运动员,从斜坡顶端以v0=2.0m/s的初速度匀加速滑下,经时间t = 5.0s 到达斜坡底端B点。滑雪板与雪道间的动摩擦因数在AB段和BC段均相同。取g = 10m/s2。(sin37°= 0.6,cos37°= 0.8)。求:
(1)运动员在斜坡上滑行时加速度的大小a;
(2)滑雪板与雪道间的动摩擦因数μ;
(3)运动员滑上水平雪道后,在t' = 2.0s内滑行的距离x。
正确答案
解:(1)根据,解得 a =5.6m/s2
(2)在斜坡上运动员受力如图所示
建立如图所示的直角坐标系,根据牛顿第二定律,
x方向:mgsinθ-Ff = ma
y方向:FN-mgcosθ = 0
摩擦力:Ff = μFN 解得:μ = 0.05
(3)运动员滑到B点时的速度vB = v0 + at = 30m/s
在水平雪道上运动员受力如图所示,
设运动员的加速度为a' 建立如图所示的直角坐标系,
根据牛顿第二定律,
x方向:-μF'N = ma'
y方向:F'N -mg = 0
根据,解得 x = 59m。
一辆汽车在平直公路上匀速行驶,速度大小为v0=5m/s,关闭油门后汽车的加速度为a=-0.4m/s2。求:
(1)关闭油门后到汽车位移x=30m所经历的时间t1;
(2)汽车关闭油门后t2=20s内滑行的距离。
正确答案
解:(1)由x=v0t+at2 得30=5t+
(-0.4)t2 求得:t1=10s,t2=15s(舍去)
(2)汽车停止时间:
所以在20s内汽车通过的位移:
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
25m
汽车做匀加速直线运动,初速度为10m/s,若它在开始的10s内位移为150m,求:
(1)它的加速度;
(2)在离出发点48m处的速度大小.
正确答案
(1)根据位移时间公式x=v0t+at2,
代入数据:150=10×10+×102a
解得a=1m/s2
(2)根据位移速度公式2ax′=v2-v02
代入数据解得离出发点48 m处的速度:v=14m/s.
直立光滑空心螺旋管共9圈,每圈内径,直径与间距都相同.现有光滑小球从第1圈入口静止释放,经过3s的时间从最后一圈出口滚出(如图).求小球通过第3,4两圈所需时间t34?
正确答案
小球做初速度为零的匀加速直线运动,根据连续相等位移内时间之比等于自然数平方根差之比.
所以t34:(t1+t2+…+t9)=[(-
)+(
-
)]:[1+(
-1)+…(
-
)]
则t34=2(-1)s.
答:小球通过第3,4两圈所需时间为t34=2(-1)s.
电梯的厢壁上悬挂一个弹簧删力计,如图所示,弹簧测力计下悬挂0.5kg的重物.当电梯由静止起向上做匀加速直线运动时,发现电梯在2s内上升了2层楼(每层高3m),
求:(1)这时弹簧测力计的示数应为多大?
(2)若某时刻发现测力计的示数为3N,通过计算说明此时电梯以多大的加速度向上做怎样的运动?
正确答案
(1)由S=at2,a=
=
m/s2=3m/s2
根据牛顿第二定律得
F-mg=ma
得到 F=m(g+a)=0.5(10+3)N=6.5N
(2)由牛顿第二定律mg-F'=ma',a′==
m/s2=4m/s2
做匀减速运动.
答:(1)这时弹簧测力计的示数应为6.5N;
(2)若某时刻发现测力计的示数为3N,电梯以大小为4m/s2的加速度匀减速上升.
(1)一斜面体放在水平光滑的地面上,如图所示.斜面体高h=0.6m,底边长d=0.8m.一质量m=0.5kg的小滑块从斜面顶端由静止开始下滑.为了保持斜面体静止不动,需对斜面体施加一个水平向左大小为0.8N的推力F.求:
①滑块与斜面之间的滑动摩擦因数μ.
②滑块从斜面顶端滑至底端经过的时间t.
(2)我国成功发射了“嫦娥一号”探测卫星,标志着中国航天正式开始了深空探测新时代.已知月球的半径约为地球的,月球表面的重力加速度约为地球的
.地球半径R地=6.4×103km,地球表面的重力加速度g=9.8m/s2.求绕月球飞行的卫星的周期最短约为多少?(计算结果保留1位有效数字)
正确答案
(1)①设物体与斜面间的摩擦因数为μ
物体在斜面下滑滑动摩擦力 f=μmgcosθ=4μ
斜面对物体的正压力 N=mgcosθ=4N
对斜面,在水平面 F+f cosθ-N sinθ=0
代入得 μ=0.5
②小滑块在斜面下滑的加速度为a,到斜面底端经历时间为t
由牛顿第二定律得 mg sinθ-μmgcosθ=ma
在斜面的运动过程 L=at2
L=1m
代入得 t=1s
(2)绕月球飞行的卫星,轨道半径越小,则周期越短,因此周期最短的卫星在很靠近月球表面的轨道上运行,轨道半径可看成月球的半径.
设月球的半径为R月、月球表面的重力加速度为g月,卫星的最短周期为T,则
m(
2π
T
)2R月=mg月 ①
将R月=,g月=
g 代入可得
T=2π ②
代入数据解得卫星的最短周期约为
T=6×103s ③
答:(1)①滑块与斜面之间的滑动摩擦因数μ为0.5.
②滑块从斜面顶端滑至底端经过的时间t为1s.
(2)绕月球飞行的卫星的周期最短约为6×103s.
A、B两小球同时从距地面高为h=20m处的同一点抛出,初速度大小均为v0=15m/s,A球竖直向上抛出,B球水平抛出,空气阻力不计,重力加速度取g=10m/s2.
求:(1)A球经多长时间落地?
(2)B球落地时,A、B两球间的距离是多少?
正确答案
(1)选向下为正方向,则 h=20m;v0=-15m/s;g=10m/s2
对A球:h=v0t+gt2
代入解得:t=4s
(2)对B球做平抛运动,则有:
水平方向 x=v0t
竖直方向 y=gt2
将y=20m;v0=15m/s
代入解得:t=2s,x=30m
此时对A球:选向上为正方向 则:v0=15m/s;g=-10m/s2;t=2s
则s=v0t+gt2,
代入解得:s=10m
则B球落地时,小球A离地面高度为y=s+h=30m;
故此时A、B球之间的距离L==30
m
答:
(1)A球经4s长时间落地.
(2)B球落地时,A、B两球间的距离是30m.
物体做匀加速直线运动,其初速度v0=2m/s,加速度a=0.1m/s2,求:
(1)前4s内的平均速度大小和通过的位移大小.
(2)第4s内通过的位移大小.
正确答案
(1)由:v=v0+at
则4s末速度:vt=2.4m/s
=
=2.2m/s
前4s内的位移:x=•t=8.8m
(2)第4s内的位移等于4s内的位移减去3s内的位移.
XⅣ=X4-X3=v0(t4-t3)+a(
-
)=2.35m
答:(1)前4s内的平均速度大小为2.2m/s.通过的位移为8.8m.
(2)第4s内通过的位移大小为2.35m.
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