- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
2010年10月1日,在我国西昌卫星发射中心2号发射塔,长征三号运载火箭成功将“嫦娥二号”卫星送上太空.为“嫦娥三号”实现月球软着陆奠定基础,使我国的探月进程又向前迈进了一大步.某同学发现火箭离开2号发射塔前的最后1秒内,上升了大约42米,假设火箭离开发射塔过程做匀加速直线运动,加速度为12m/s2,求2号发射塔的高度.
正确答案
设火箭通过发射塔的时间为t,则火箭最后1s内通过的距离为42m,由匀变速直线运动规律得:
最后1s内通过的高度△h=at2-
a(t-1)2
代入△h=42m,a=12m/s2可得
t=4s
所以火箭塔高H=at2=
×12×42m=96m
答:2号发射塔的高度为96m.
甲火车以4m/s的速度匀速前进,这时乙火车误入同一轨道,且以20m/s的速度追向甲车,当乙车司机发现甲车时两车仅相距125m,乙车立即以1m/s2的加速度制动.问两车是否会发生碰撞?
正确答案
当两车速度相等时,所经历的时间t==
s=16s.
此时甲车的位移为:x甲=v1t=64m.
乙车的位移为:x乙==192m.
x甲+125<x乙
故两车碰撞.
答:两车会相撞.
如图所示,质量为m=lkg的小球穿在斜杆上,已知杆与球间的动摩擦因数μ为0.5,斜杆与水平方向的夹角为θ=37°.若球受到一大小为F=30N的水平推力作用,可使小球沿杆向上从静止加速滑动(g取10m/s2),求:
(1)小球沿杆向上加速滑动的加速度大小;
(2)若F作用2s后撤去,小球上滑过程中距出发点最大距离Sm;
(3)若从撤去力F开始计时,小球在随后3s内通过的路程.
正确答案
(1)小球受力分析图如(1)
有Fcosθ-mgsinθ-f=ma1
f=μ(mgcosθ+Fsinθ)
联立两式得,a1=5m/s2
故小球沿杆上滑的加速度大小为5m/s2.
(2)力F作用2s内的位移x1=a1t12=
×5×4m=10m
2s末的速度v1=a1t1=5×2m/s=10m/s
撤去力F后受力如图(2),小球的加速度a2==
=gsinθ+μgcosθ=10m/s2
小球减速到0的位移x2==
m=5m
sm=x1+x2=10+5m=15m
故小球上滑过程中距出发点最大距离Sm为15m.
(3)撤去F后小球减速到0所需的时间t2==
s=1s
则小球返回的时间t3=t-t2=2s
小球返回受力如图(3),加速度a3==gsinθ-μgcosθ=2m/s2
所以x3=a3t32=
×2×4m=4m
则s=x2+x3=9m
故小球在随后3s内通过的路程为9m.
一个物体受到竖直向上的拉力F=650N,由静止开始向上运动.物体在最初2s内的位移为6m,求物体的质量是多少?(g=10m/s2)
正确答案
物体匀加速上升,由运动学公式,得到:x=at2
解得:a==3m/s2
物体受拉力F和重力G的作用,由牛顿第二定律有:
F-mg=ma
解得物体的质量为:m=50kg;
答:物体的质量是50kg.
元宵佳节,我市在东湖燃放起美丽的焰火.按照设计要求,装有焰火的礼花弹从专用炮筒中竖直向上射出后,在3s末到达离地面54m的最高点,随即炸开,构成各种美丽的图案.
假设礼花弹上升过程中只受重力和空气阻力,且空气阻力大小不变,g取10m/s2.求:
(1)礼花弹从炮筒中射出时的初速度大小v0
(2)礼花弹上升时所受阻力大小与自身重力大小的比值k
(3)若某礼花炮爆炸过程中,所有碎片均以大小为20m/s的速度向各个方向抛出,在不计碎片所受的空气阻力的条件下,问:碎片在空中组成什么图形,并求竖直向上抛出的碎片经过多长时间返回地面(结果保留两位有效数值).
正确答案
(1)由运动学方程有:h=t得
v==
m/s=36m/s
(2)礼花炮上升过程的加速度为:a==
m/s2=12m/s2
由牛顿第二定律可得:ma=mg+f
即:f=m(a-g)
所以阻力大小与自身重力大小的比值为:k==
=
(3)碎片在空中形成的图形为球形
碎片上升过程有:t1==
s=2.0s
此过程碎片继续上升的高度为 h′=t1=
×2.0m=20m
下落时间为:h+h′=g
所以t2==
s=3.8s
总时间为t=t1+t2=(2.0+3.8)s=5.8s
答:(1)礼花弹从炮筒中射出时的初速度大小为36m/s;
(2)礼花弹上升时所受阻力大小与自身重力大小的比值为1:5;
(3)碎片在空中组成球形,竖直向上抛出的碎片经过5.8s返回地面.
用一沿斜面向上的恒力F将静止在斜面底端的物体向上推,推到斜面中点时,撤去F,物体正好运动到斜面顶端开始返回,物体从底端到顶端所需时间为t,从顶端滑到底端所需时间也为t,若物体回到底端时速度为10m/s,试问:
(1)推力F与物体所受斜面摩擦力f之比为多少?
(2)斜面顶端和底端的高度差h为多少?
正确答案
设斜面长为S,物体上滑到斜面中点时速度为v1,斜面的倾角为θ.
(1)由题得到:上滑过程S=,下滑过程:S=
,得到v1=v2=10m/s.
根据动能定理得:
对于上滑全过程:F•S-mgsinθ•2S-f•2s=0,得到 F=2mgsinθ+2f ①
对于上滑前半一过程:(F-mgsinθ-f)•=
m
②
对于下滑过程:(mgsinθ-f)S=m
③
由①②③联解得
F=mgsinθ,f=
mgsinθ
所以F:f=8:1.
(2)将f=mgsinθ代入③得
mgsinθS=
m
斜面顶端和底端的高度差h=Ssinθ==7.5m.
答:(1)推力F与物体所受斜面摩擦力f之比为8:1;
(2)斜面顶端和底端的高度差h为7.5m.
某公园里有一个斜面大滑梯,一位小同学从斜面的顶端由静止开始滑下,其运动可视为匀变速直线运动.已知斜面大滑梯的长度为4m,斜面的倾角为37°,这位同学的质量为50kg,他与大滑梯斜面间的动摩擦因数为0.5.不计空气阻力,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)这位同学下滑过程中的加速度大小;
(2)他滑到滑梯底端时的速度大小;
(3)他滑到滑梯底端过程中重力的冲量大小.
正确答案
(1)这位同学的受力情况如图,根据牛顿第二定律得
mgsin37°-f=ma
N=mgcos37°
又f=μN,联立得到
a=g(sin37°-μcos37°)
代入解得,a=2m/s2
(2)由v2=2ax得
v==
m/s=4m/s
(3)由x=t得
t==
s=2s
则他滑到滑梯底端过程中重力的冲量大小I=Gt=500×2N•s=1000N•s.
答:
(1)这位同学下滑过程中的加速度大小是2m/s2;
(2)他滑到滑梯底端时的速度大小是4m/s;
(3)他滑到滑梯底端过程中重力的冲量大小是1000N•s.
某条道路上规定卡车的行驶速度不得超过50km/h.在一次交通事故中,交警量得某肇事卡车紧急刹车时留下的刹车痕迹长16m,已知这种卡车在该路面上紧急刹车时的加速度为8m/s2,根据以上数据,请你通过计算判定该车是否超速.
正确答案
根据υ02=2ax得
υ0==16 m/s=57.6 km/h
υ0>50km/h 故该车超速
答:因为该车行驶的速度超过了50km/h的限速,属超速行驶.
如图所示,P为位于某一高度处的质量为m的小物块(可视为质点),B为位于水平地面上的质量为M的特殊长平板,=
,平板B与地面间的动摩擦因数μ=0.020.在平板的表面上方,存在一定厚度的“相互作用区域”,如图中划虚线的部分,当物块P进入相互作用区时,B便有竖直向上的恒力F作用于P,已知F=kmg,k=51,F对P的作用刚好使P不与B的上表面接触;在水平方向上P、B之间没有相互作用力.已知物块P开始下落的时刻,平板B向右的速度为v0=10m/s,P从开始下落到刚到达“相互作用区域”所经历的时间为t0=2.0s.设B板足够长,取重力加速度g=10m/s2,不计空气阻力.求:
(1)物块P从开始自由下落到再次回到初始位置所经历的时间.
(2)在这段时间内B所通过的位移的大小.
正确答案
(1)对于P,取向下方向为正方向,对于B取水平向右为正方向.
物块P在进入“相互作用区域”之前,P、B的加速度分别是aP=g,aB=-μg
物块P在进入“相互作用区域”之后,P、B的加速度分别是aP′==-50g,aB′=-
=-6.1g
设P从进入“相互作用区域”到离木板最近过程所经历的时间为t,则
aPt0+aP′t=0
解得t=0.04s
根据对称性得到物块P从开始自由下落到再次回到初始位置所经历的时间T=2(t0+t)=4.08s
(2)在P从开始下落到进入“相互作用区域”的时间t0内,B物体做匀减速直线运动,末速度为v1=v0+aBt0=10-0.2×2(m/s)=9.6m/s
在P进入到离开“相互作用区域”的2t时间内,B仍做匀减速直线运动,速度减到v2=v1+2aBt=9.5m/s
在P从离开“相互作用区域”到回到初位置的t0时间内,B做匀减速直线运动,末速度为v3=v2+aBt0=9.1m/s
所以在这段时间内B所通过的位移的大小为
x=t0+
•2t+
t0=36m.
答:(1)物块P从开始自由下落到再次回到初始位置所经历的时间是4.08s;
(2)在这段时间内B所通过的位移的大小为36m.
一个质量m=2kg的滑块在倾角为θ=37°的固定斜面上,受到一个大小为40N的水平推力F作用,以v0=10m/s的速度沿斜面匀速上滑.(sin37°=0.6,取g=10m/s2)
(1)求滑块与斜面间的动摩擦因数;
(2)若滑块运动到A点时立即撤去推力F,求这以后滑块再返回A点经过的时间.
正确答案
(1)物体匀速下滑过程受力分析如图所示:
得:f=mgsinθ
(2)当物体匀加速上滑时,对物体受力分析如图:
沿着斜面方向:F合=F-f-mgsinθ
由牛顿第二定律:F合=ma
得:F=2mgsinθ+ma
(3)物体在斜面上匀加速过程:
s1= at2
v=at
撤去推力F后,物体减速上升,对物体受力分析如图所示:
s2=
斜面长:s=s1+s2= at2(1+
)
答:(1)物体下滑过程中受到的摩擦力大小为mgsinθ.
(2)当对物体施加一个平行斜面向上的推力时,物体能以加速度a匀加速上滑,则这个推力为2mgsinθ+ma;
(3)斜面长为 at2(1+
).
正确答案
(1)物体匀速下滑过程受力分析如图所示:
得:f=mgsinθ
(2)当物体匀加速上滑时,对物体受力分析如图:
沿着斜面方向:F合=F-f-mgsinθ
由牛顿第二定律:F合=ma
得:F=2mgsinθ+ma
(3)物体在斜面上匀加速过程:
s1=at2
v=at
撤去推力F后,物体减速上升,对物体受力分析如图所示:
s2=
斜面长:s=s1+s2=at2(1+
)
答:(1)物体下滑过程中受到的摩擦力大小为mgsinθ.
(2)当对物体施加一个平行斜面向上的推力时,物体能以加速度a匀加速上滑,则这个推力为2mgsinθ+ma;
(3)斜面长为at2(1+
).
某国举行反恐演习,假设一质量为m的飞机在返回驻地时,在平直跑道上经历了两个匀减速直线运动过程,飞机以速度v0着陆后立即打开减速阻力伞,加速度大小为a1,运行时间t1后在无阻力伞作用下匀减速至停止,飞机在平直跑道上滑行的总距离为x,求第二个减速阶段飞机运动的加速度大小和时间.
正确答案
根据题意,
第一个过程结束时,飞机的速度为:v=v0-at1… ①
第一个过程所滑行的距离为:s1=v0t1-a1
… ②
则第二过程滑行的距离为:s2=x-s1=vt-a2
…③
第二过程的末速度为零,则有:0=v-a2t2…④
联立以上四式得:
a2=
t2=
答:第二个减速阶段飞机运动的加速度大小为,时间为
.
在2004年雅典奥运会上,我国运动员黄珊汕第一次参加蹦床项目的比赛即取得了第三名的优异成绩.假设表演时运动员仅在竖直方向运动,通过传感器将弹簧床面与运动员间的弹力随时间变化的规律在计算机上绘制出如图所示的曲线,当地重力加速度为g=10m/s2,依据图象给出的信息,回答下列物理量能否求出,如能求出写出必要的运算过程和最后结果.
(1)蹦床运动稳定后的运动周期;•
(3)运动过程中,运动员离开弹簧床上升的最大高度;
(2)运动员的质量;
(4)运动过程中运动员的最大加速度.
正确答案
(1)由图象可知T=9.5-6.7=2.8s
(2)运动员上升的最大高度可以求出,
由图象可知运动员运动稳定后每次腾空时间为:8.7-6.7=2s
H=g(
1
2
△t)2=5m
(3)运动员的质量可以求出,由图象可知运动员运动前mg=Fo=500N m=50kg
(4)运动过程中运动员的最大加速度可以求出,运动员每次腾空时加速度al=g=10m/s2,而陷落最深时由图象可知Fm=2500N
此时由牛顿运动定律 Fm-mg=mam
可得最大加速度am=-g=40m/s2
答:(1)蹦床运动稳定后的运动周期为2.8s;•
(2)运动过程中,运动员离开弹簧床上升的最大高度为5m;
(3)运动员的质量为50kg;
(4)运动过程中运动员的最大加速度为40m/s2.
某质点P从静止开始以加速度a1作匀加速直线运动,经t秒立即以反向的加速度a2作匀减速运动,又经2t秒后恰好回到出发点.试求a1与a2的大小关系.
正确答案
t秒匀加速直线运动有 S=a1t2
t秒末的速度v=a1t,
规定初速度的方向为正方向,则2t秒内的位移s′=v•2t-a2(2t)2
因为s=-s′
所以a1t2=-(v.2t-
a2(2t)2)
解得=
.
答:a1与a2的大小关系为=
.
在投掷标枪的比赛中,运动员先要助跑一段距离,借助助跑速度投出标枪,技术动作比较复杂.为了研究最佳助跑距离,将这一过程简化为下面的理想模型:假定运动员先做匀加速运动,加速度为a1,投出标枪后立即做匀减速运动,加速度大小为a2,到投掷线时恰好停下.投掷动作瞬间完成,标枪水平投出,看成平抛运动,标枪相对运动员的出手速度是v0,标枪出手高度为h,重力加速度为g.按照上面建立的理想模型,探究下面问题:
(1)助跑过程中加速阶段与减速阶段距离之比.
(2)在上述条件一定的情况下,为了取得更好成绩,起跑点到投掷线的最佳距离.
正确答案
(1)加速阶段的位移x1=,减速阶段的位移x2=
.
=
故助跑过程中加速阶段与减速阶段距离之比a2:a1.
(2)设运动员的最大速度v,标枪平抛运动的时间为t,则运动员匀减速运动的位移为:
标枪的有效距离:x=(v+v0)t-=-
(v2-2a2tv-2a2tv0)
当v=a2t时,x有最大值.
标枪做平抛运动,h=gt2,t=
所以匀加速运动的位移x1=,匀减速运动的位移x2=
.
s=x1+x2=+
=
故起跑点到投掷线的最佳距离为.
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