- 匀变速直线运动的研究
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额定功率为80kW的汽车,在平直公路上行驶的最大速度为20m/s,汽车的质量m=2×103kg.如果汽车从静止开始做匀加速直线运动,加速度大小为2m/s2.运动过程中阻力不变,求:
(1)汽车所受的恒定阻力;
(2)3s末汽车的瞬时功率;
(3)汽车在匀加速运动过程中牵引力所做的功.
正确答案
(1)当阻力等于牵引力时,汽车达到最大速度,
所以Ff==4000N
(2)根据牛顿第二定律得:-Ff=ma
解得 V1=10m/s根据V1=at1解得t1=5s
V2=at2=6m/s所以3s末时汽车还在匀加速运动状态
所以-Ff=ma
解得p2=48kw
(3)汽车在匀加速运动过程中位移为:x=at2=25m
牵引力为:F==8000N
所以牵引力做的功为 W=Fx=2.0×105J
答:(1)汽车所受的恒定阻力为4000N;
(2)3s末汽车的瞬时功率为48kW;
(3)汽车在匀加速运动过程中牵引力所做的功为2.0×105J.
跳伞运动员做低空跳伞表演,他从224m的高空离开飞机开始下落,最初未打开降落伞,自由下落一段距离打开降落伞,运动员以12.5m/s2的加速度匀减速下降,为了运动员的安全,要求运动员落地的速度不得超过5m/s(g=10m/s2).求:
(1)运动员打开降落伞时,离地面的高度至少为多少?
(2)运动员在空中的最短时间为多少?
正确答案
(1)设打开降落伞时离地的高度为h,此时速度为v1,
则运动员做自由落体运动过程有:
v12=2g(H-h)①
匀减速过程有:
v2-v12=2ah②
由①②带入数据得:h=99m,v1=50m/s
故离地面的高度至少为99m.
(2)自由落体运动中v1=gt1
解得 t1=5s,
匀减速运动中t2==3.6s.
空中最短时间为 t总=t1+t2=8.6s
故运动员在空中的最短时间为8.6s.
一气球用绳子系着一物体以v0=4m/s速度从地面开始匀速上升,升至64m高处绳子突然断裂,物体脱离了
气球,(空气阻力不计,g=10m/s2)求:
(1)该物体从脱离气球至运动到最高点所需时间t1
(2)该物体从脱离气球至下落到地所用时间t;
(3)该物体着地时的速度v;
(4)根据上面所求的,以v0方向为正方向,大概画出物体从脱离气球到着地这段时间内运动的速度图象
(要求标出已知的坐标值),图线与时间轴的交点表示什么意义?
正确答案
(1)以v0方向为正方向
由v=v0-gt得物体从离开气球到最高点所需的时间:t1==
s=0.4s
(2)设物体继续上升的高度为x1,取向上为正方向,由v2-v02=-2gx1得
x1==
m=0.8m
物体下落总高度:x=x0+x1=(64+0.8)m=64.8m
取竖直向下为正方向
由x=gt22得:t2=
=
s=3.6s
故该物体从脱离气球到着地所用时间为:t=t1+t2=0.4s+3.6s=4s
(或用整体法:取v0方向为正方向
由-x0=v0t-gt2其中:x0=64m;v0=4m/s代数解得t=4s或-3.2s(舍弃)
故物体经4s着地)
(3)物体着地时的速度:v'=gt2=10×3.6m/s=36m/s方向竖直向下
(或用整体法:物体着地时的速度:v'=v0-gt=(4-10×4)m/s=-36m/s负号表方向竖直向下)
(4)作出图象如图所示,交点表示物体处于最高点时,速度为0.
答:(1)该物体从脱离气球至运动到最高点所需时间为0.4s;
(2)该物体从脱离气球至下落到地所用时间为4s;
(3)该物体着地时的速度大小为36m/s,方向竖直向下;
(4)速度图象如图所示,交点表示物体处于最高点时,速度为0.
如图所示,质量为m=10kg的纸箱在推力F的作用下沿水平地面运动,推力F=50N,方向与水平面的夹角为θ≠53°,纸箱与水平地面的动摩擦因数为μ=0.2.(取g=10m/s2,sin53°≈0.8,cos53°≈0.6 ),求:
(1)求纸箱的加速度大小.
(2)纸箱由静止开始运动,第2s内的位移多大?
正确答案
(1)对纸箱受力分析得:
竖直方向:N=mg+Fsin53°=10×10+50×0.8N=140N
所以摩擦力f=μN=28N
根据牛顿第二定律得:
F合=ma
解得:a==
=0.2m/s2
(2)纸箱做匀加速直线运动,则
x=at22-
at12=
×0.2×4-
×0.2×1m=0.3m
答:(1)纸箱的加速度大小为0.2m/s2.
(2)纸箱由静止开始运动,第2s内的位移为0.3m.
如图所示,质量为m的小木块A,放在质量为M的木板B的左端,B在水平拉力的作用下眼水平地面匀速向右运动,且A、B相对静止.某时刻撤去水平拉力,经过一段时间,B在地面上滑行了一段距离s,A在B上相对于B向右滑行了一段距离L后,A和B都停下.已知木板足够长,A、B间的动摩擦因数为μ1,B与地面间的动摩擦因数为μ2,且μ1<μ2,求撤去水平拉力后:
(1)小木块和木板各自的加速度;
(2)小木块和木板滑行时间之比;
(3)木板B移动距离s的表达式.
正确答案
(1)根据牛顿第二定律得,aA=μ1g
aB=
(2)因为A、B的初速度相等,末速度为零,根据v=at知,时间之比等于加速度之反比.
=
(3)对A应用动能定理-f1(L+s)=0-mv2
对B应用动能定理 μ1mgs-μ2(m+M)gs=0-Mv2
解得:消去v解得s=.
答:(1)小木块和木板各自的加速度分别为aA=μ1g,aB=.
(2)小木块和木板滑行时间之比=
.
(3)木板B移动距离s的表达式s=.
如图所示,一个人用与水平方向成37°的力F=20N推一个静止在水平面上质量为2kg的物体,物体和地面间的动摩擦因数为0.1.(cos37°=0.8,sin37°=0.6)求
(1)物体的加速度多大
(2)3s末物体的位移多大
(3)5s后撤去F物体还能运动多远.
正确答案
(1)对物体受力分析有:
Fcos37°-f=ma ①
FN=Fsin37°+mg ②
f=FNμ ③
联立①②③的:a=6.4m/s2
故物体的加速度为6.4m/s2.
(2)物体做初速度为零的匀加速直线运动:
s=at2
带入数据得:s=28.8m
故3s末物体的位移为28.8m.
(3)5s后物体的速度为:vt=at=32m/s ④
撤掉力F后物体的加速度为:f=mgμ=ma1 ⑤
所以滑行距离为:s/= ⑥
联立④⑤⑥得:s′=512m
故5S后撤去F物体还能运动的距离为512m.
一物体以一定的初速度从一光滑斜面底端A点上滑,最高可滑至C点,B是AC的中点,如图所示,已知物块从A至B需时间为t0,问它从B经C再回到B,需要的时间是多少?
正确答案
设物体从A到C所用时间为t,从B到C所用时间为t1则
t1=t-t0 ①
设AC长度为L,物体运动加速度为a,
由匀变速直线运动的位移速度关系式,根据A到C的逆过程,
得:L=at2 ②
从B到C由根据逆过程得:L=
a
③
①②③联立可得 t1=(+1)t0
由对称性,从B到C再回B所用时间t2=2t1=2(+1)t0答:它从B经C再回到B,需要的时间是2(
+1)t0
在一水平面上静止放着一长L=10cm、质量M=50g的金属板,在板上有一质量为m=50g的小铝块,铝块与板间的动摩擦因数μ1=0.03,金属板与水平面间的动摩擦因数μ2=0.01.现让铝块在金属板上由A端以初速度v0=0.4m/s(相对于水平面)开始运动,求铝块从开始运动到脱离金属板所经历的时间t.(取g=10m/s2)
正确答案
当铝块未脱离金属板前,铝块与金属板间始终有相互作用的摩擦力存在.铝块做匀减速运动,加速度为
a1=μg ①
铝块通过的路程分别为:s1=vat-a1t2 ②
金属板做匀加速运动,加速度为a2,μ1mg-μ22mg=ma2 ③
金属板通过的路程分别为:s2=a2t2 ④
铝块脱离金属板时必有s1-s2=L ⑤
联立①②③④⑤代入数据可解得t1=1-;t2=1+
(舍去)
答:铝块从开始运动到脱离金属板所经历的时间为t1=1-s
汽车以20m/s的速度在平直公路上匀速行驶,刹车后经3s速度变为8m/s,求:
(1)刹车过程中的加速度?
(2)刹车后7s内前进的距离?
(3)刹车后前进40m所用的时间?
正确答案
(1)由匀变速运动规律得:
a==
m/s2=-4m/s2
负号表示加速度方向与初速度方向相反
(2)汽车从开始刹车到停止用时间为:
t1==
s=5s<7s
所以7S时,汽车已经停止,7s内位移应为:
s=v0t1-=20×5-
×4×52m=50m
(3)设时间为t2,由匀变速运动规律得:
s1=v0t2-
代入数据得:t2=5-或t2=5+
(舍弃)
答:(1)刹车过程中的加速度为4m/s2
(2)刹车后7s内前进的距离50m
(3)刹车后前进40m所用的时间5-s
物体作匀变速直线运动,从某时刻算起,经过54m用时6s,再经过54m又用时9s,则物体的加速度大小及开始计时的初速度.
正确答案
设物体的加速度大小为a,开始计时的初速度为v0.已知x=54m,t1=6s,t2=9s.根据位移公式得到
x=v0t1+a
2x=v0(t1+t2)+a(t1+t2)2
代入得:54=6v0+18a
108=15v0+a
联立解得,a=-0.4m/s2,v0=3.4m/s
答:物体的加速度大小是0.4m/s2,开始计时的初速度是10.2m/s.
风洞实验室中可产生水平方向的.大小可调节的风力.现将一套有小球的细直杆放入风洞实验室,小球孔径略大于细杆直径.
(1)当杆在水平方向上固定时,调节风力的大小,使小球在杆上作匀速运动,这时小球所受的风力为小球所受重力的0.5倍,求小球与杆间的滑动摩擦因数.
(2)保持小球所受风力不变,使杆与水平方向间夹角为37°并固定,则小球从静止出发在细杆上滑下距离S所需时间为多少?(sin37°=0.6,co37°=0.8)
正确答案
(1)设小球所受的风力为F,小球质量为m
F=μmg
故
μ==
=0.5
即小球与杆之间的动摩擦因素为0.5.
(2)设杆对小球的支持力为N,摩擦力为f
沿杆方向
F•cos37°+mgsin37°-f=ma
垂直于杆方向
N+Fsin37°-mgcos37°=0
其中:f=μN
可解得
a==(g+
)sinθ=
g
S=at2
∴t═=
即小球从静止出发在细杆上滑下距离S所需时间为.
质量为M的拖拉机拉着耙来耙地,由静止开始做匀加速直线运动,在时间t内前进的距离为s,耙地时,拖拉机受到的牵引力恒为F,受到地面的阻力为自重的k倍,耙所受阻力恒定,连接杆质量不计且与水平面的夹角保持不变.求:
(1)拖拉机的加速度大小。
(2)拖拉机对连接杆的拉力大小。
(3)时间t内拖拉机对耙做的功。
正确答案
解:(1)由匀变速直线运动的公式
①
得②
(2)设连接杆对拖拉机的拉力为f,由牛顿第二定律得:F-kMg-fcosθ=Ma ③
根据牛顿第三定律,联立②③式,
解得拖拉机对连接杆的拉力大小为:④
(3)拖拉机对耙做的功:W=fscosθ ⑤
联立④⑤式,解得:⑥
一列火车从静止开始做匀加速直线运动,一人站在第一节车厢的前端观察,第一节车厢通过他历时t1=2秒,全部车厢通过他历时t=6秒,设各节车厢长度相等,不计车厢间距离。试问:
(1)这列火车共有几节车厢?
(2)最后2秒内通过他的车厢有几节?
(3)最后一节车厢通过他需多少时间?
正确答案
解:(1)设每节车厢长度为s,火车共有n节车厢,则有
,
解得n=9(节)
(2)设最后2秒内通过他的车厢有m节,则
,
解得m=5(节)
(3)设前8节车厢通过他需的时间为t8,则
,
解得t8=4s
故最后一节通过他的时间=t-t8=0.4s
如图所示,汽车以初速度v0= 20 m/s向斜坡上行驶,运动中汽车加速度a=-4 m/s2,坡长l=40 m,求汽车上坡需要多长时间?
正确答案
解:汽车上坡做匀减速直线运动
即
(舍去)
摩托车的最大速度是30m/s,要想在4min内追上距它1000m并以25m/s的速度行驶的汽车,必须以多大的加速度启动?
正确答案
依题意知,要想在4min内追上汽车,摩托车必须先加速到最大速度,再以最大速度作匀速直线运动,设加速时间为t1,匀速时间为t2,有t=t1+t2=60×4S=240s.(1)
要摩托车追上汽车,摩托车应走的路程为S=1000+V汽t=7000m.
所以有:Vmt1+Vmt2=7000(2)
联解(1)(2)得t1=s,故a=
=
m/s2=2.25m/s2答:要摩托车追上汽车,加速度必须大于或等于2.25m/s2.
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