- 匀变速直线运动的研究
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飞机着陆后以6m/s2的加速度做匀减速直线运动,若其着陆速度为60m/s,求它着陆后12s内滑行的距离.
正确答案
设飞机着陆到停止运动的时间为t,则
t==
s=10s
着陆10s后飞机停止运动,12s内位移等于10s位移
故着陆后12s内滑行的距离为x=t=
×10m=300m
答:飞机着陆后12s内滑行的距离为300m.
一物体从固定斜面的顶端由静止开始匀加速沿斜面下滑,已知物体在斜面上滑行的最初3s通过的路程为s1,物体在斜面上滑行的最后3s,通过的路程为s2,且s2-s1=6m,已知s1∶s2=3∶7,求斜面的长度?
正确答案
12.5m
木箱的质量为m=8kg,放在水平地面上,在F=20N的水平拉力作用下从静止开始运动,经时间t=2s,滑动的距离为x=4m.求:
(1)木块运动的加速度大小;
(2)摩擦力的大小;
(3)若拉力从静止开始作用t=2s后撤去,木块还能滑行多远?
正确答案
(1)根据x=a1t2得,a1=
=
m/s2=2m/s2.
(2)根据牛顿第二定律得,F-f=ma.
则f=F-ma=20-8×2N=4N.
(3)2s末的速度v=a1t=2m/s2×2s=4m/s,
撤去外力后,加速度的大小a2==
m/s2=0.5m/s2
由v2=2得,
x2=m=16m.
答:(1)木块运动的加速度大小为2m/s2.
(2)摩擦力的大小为4N.
(3)若拉力从静止开始作用t=2s后撤去,木块还能滑行16m.
一物体从0点以4m/s的速度滑上光滑斜面做匀减速直线运动,2s后向上经过A点,此时物体的速度为2m/s.
求:(1)物体向上滑行的最大位移?
(2)从0点出发到返回0点共需多少时间?
正确答案
(1)设物体上滑的加速度为a,则在前2s内有:
因为vA=v0+at 所以a=
解得:a=-1m/s2
物体上滑到末速度为零的过程中有:v2-v02=2ax v=0
∴x= 解得:x=8m
故物体向上滑行的最大位移为8m.
(2)物体上滑的时间:t1==4s
根据对称性,往返总时间:t=2t1=8s.
故从 0点出发到返回0点的时间为8s.
如图所示,长L=1.2m、质量M=3kg的木板放在倾角为37°的光滑斜面上,质量m=1kg、带电荷量q=+2.5×10-4 C的物块放在木板的上端,木板和物块间的动摩擦因数μ=0.1,所在空间加有一个方向垂直斜面向下、场强E=4.0×104 N/C的匀强电场.现对木板施加一平行于斜面向上的拉力F=10.8N.取g=10m/s2,斜面足够长.设图示位置木板和物块的速度均为零.试求:
(1)物块离开木板时木板获得的动能;
(2)物块在木板上运动的过程中,由于摩擦而产生的内能.
正确答案
(1)物块向下做加速运动,设其加速度为,木板的加速度为
,
对物块:mgsin37°-μ(mgcos37°+qE)=m,
=4.2m/
对木板:Mgsin37°+μ(mgcos37°+qE)-F=M,解得
=3m/
又t2-
t2=L,可得物块滑过木板所用时间t=
s
物块离开木板时木板的速度v2=t=3
m/s,其动能为
=
M
=27J
故物块离开木板时木板获得的动能为27J.
(2)由于摩擦而产生的内能为 Q=f=μ(mgcos37°+qE)•L=2.16 J
故物块在木板上运动的过程中,由于摩擦而产生的内能为2.16J.
木板质量M=4kg,板L=0.4m,静止在光滑的水平面上,木板的右端有一个质量为m=1kg的小滑块(视为质点),与木板相对静止,之间摩擦系数为μ=0.4,今用F=28N的水平恒力作用于木板右端,要使滑块从木板上掉下来,求水平力作用的最短时间.
正确答案
设木块滑到木板最右端速度恰好与木板相同时,水平力作用的时间为t,相同速度v,此过程木板滑行的距离为S.
对系统:
根据动量定理得
Ft=(M+m)v ①
根据动能定理得
FS-μmgL=(M+m)v2 ②
又由牛顿第二定律得到木板加速运动的加速度为
a= ③
此过程木板通过的位移为S=at2④
联立上述四式得t=1s
答:水平力作用的最短时间为1s.
如图甲所示,一正方形金属线框位于有界匀强磁场区域内,线框的右边紧贴着边界.t=0时刻对线框施加一水平向右的外力F,让线框从静止开始做匀加速直线运动,经过时间t0穿出磁场.图乙所示为外力F随时间t变化的图象.若线框质量为m、电阻R及图象中的F0、t0均为已知量,则根据上述条件,请你推出:
(1)磁感应强度B的表达式;
(2)线框左边刚离开磁场前瞬间的感应电动势E的表达式.
正确答案
(1)线框运动的加速度:a=…①
线框边长:l=at02 ….②
线框离开磁场前瞬间速度:
v=at0 …③
由牛顿第二定律知:
3F0-=ma…④
解①②③④式得:B=
(2)线框离开磁场前瞬间感应电动势:
E=BLv…⑥
由①②③④⑤⑥式得:E=
答:(1)磁感应强度B的表达式为;
(2)线框左边刚离开磁场前瞬间的感应电动势E的表达式.
如图,板间距为d、板长为4d的水平金属板A和B上下正对放置,并接在电源上.现有一质量为m、带电量+q的质点沿两板中心线以某一速度水平射入,当两板间电压U=U0,且A接负时,该质点就沿两板中心线射出;A接正时,该质点就射到B板距左端为d的C处.取重力加速度为g,不计空气阻力.
(1)求质点射入两板时的速度;
(2)当A接负时,为使带电质点能够从两板间射出,求:两板所加恒定电压U的范围.
正确答案
(1)当两板加上U0电压且A板为负时,有:
q=mg…①
A板为正时,设带电质点射入两极板时的速度为v0,向下运动的加速度为a,经时间t射到C点,有:
+mg=ma…②
又水平方向有 d=v0t…③
竖直方向有 =
at2…④
由①②③④得:v0=…⑤
(2)要使带电质点恰好能从两板射出,设它在竖直方向运动的加速度为a1、时间为t1,应有:
=
a1
…⑥
t1=…⑦
由⑥⑦⑧得:a1=…⑧
若a1的方向向上,设两板所加恒定电压为U1,有:
-mg=ma1…⑨
若a1的方向向下,设两板所加恒定电压为U2,有:
mg-=ma1…⑩
⑧⑨⑩解得:U1=U0,U2=
U0
所以,所加恒定电压范围为:U0>U>
U0.
答:(1)求质点射入两板时的速度为;
(2)当A接负时,为使带电质点能够从两板间射出,两板所加恒定电压U的范围为U0>U>
U0.
某人骑摩托车在雾天行驶,若能见度(观察者与能看见的最远目标间的距离)约为15m,设该人的反应时间为0.5s,已知摩托车刹车时产生的最大加速度为5m/s2,为安全行驶,摩托车行驶的最大速度是多少?
正确答案
设摩托车行驶的最大速度为v.
则在反应时间内的位移x1=v△t,
在匀减速直线运动的位移x2=
根据x1+x2=15m
联立解得:v=10m/s.
答:为安全行驶,摩托车行驶的最大速度是10m/s.
某兵站先后开出 n 辆军车行驶在平直公路上.各军车按事先预定由静止先做匀加速直线运动10s,其加速度图象如图;再匀速直线运动.(不计汽车的大小)
(1)为安全起见,要使 n 辆车在匀速行驶时彼此间距均为 50m.问各辆车依次启动的时间间隔T=?
(2)为防止迷路,车队首长要求兵站派一名领航员坐上最后一辆车即第n辆军车,追赶第一辆军车.为此第n辆军车按正常次序启动,先以正常的加速度加速到军车的最大速度40m/s,然后再以此速度匀速追及.问需要多长时间才能追上第一辆军车?
正确答案
(1)令位次启动的时间间隔为T,则有:
当第二辆车达到匀速运动的速度时,1、2两辆的位移差为50m
第二辆车达到匀速运动的时间为10s,产生的位移为:x2=at2=
×2×102m=100m
此时第一辆车的位移为:x1=at2+vT=100m+20T
由题意有:x1-x2=50m
代入x1和x2得间隔时间T=2.5s.
(2)令第n辆车启动时,第一辆车已经运动了2.5(n-1)s
第一辆车运动的位移为a(10)2+20[2.5(n-1)-10]=50n-150
设第n辆车启动后追及时间为t,根据追及条件有:
a(20)2+40(t-20)=20t+(50n-150)
代入数据解得:t=s
答:(1)为安全起见,要使 n 辆车在匀速行驶时彼此间距均为 50m.问各辆车依次启动的时间间隔T=2.5s.
(2)为防止迷路,车队首长要求兵站派一名领航员坐上最后一辆车即第n辆军车,追赶第一辆军车.为此第n辆军车按正常次序启动,先以正常的加速度加速到军车的最大速度40m/s,然后再以此速度匀速追及.问需要s才能追上第一辆军车.
一辆汽车在平直的路面上做匀速直线运动,前方突然遇到障碍而紧急刹车,刹车后它离开O点的距离x随时间变化的关系为x=10+30t-2.5t2,则汽车刹车时的加速度大小为______m/s2,汽车刹车后在8s内经过的位移为______m.
正确答案
刹车后汽车离开O点的距离x随时间变化的关系为x=10+30t-2.5t2,对照位移时间关系公式x=v0t+at2,有:v0=30m/s,a=-5m/s2;
汽车运动的总时间为:t总=s=6s;
t=8s>6s,故8s内的位移等于6s内的位移,为:
x=v0t+at2=30×6+
×(-5)×36=90m;
故答案为:5,90.
一物体从静止开始做匀加速直线运动,在第3s内的位移为5m,则其加速度为______,在第5s内的位移是______.
正确答案
根据公式x=at2得
物体第3s内的位移:x3=a
-
a
将x3=5m,t3=3s,t=2s代入解得 a=2m/s2.
由x5-x3=2aT2,T=1s得
x5=x3+2aT2=5+2×2×12(m)=9m.
故答案为:2m/s2;9m.
物体作匀加速直线运动,从某一时刻算起,经过54m用时6s,再经过54m又用时9s,则物体的加速度大小为______m/s2.(取1位小数)
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+at12 ①
2x=v0(t1+t2)+a(t1+t2)2 ②
代入数据①②联立得:a=-0.4m/s2,v0=3.4m/s
答:物体的加速度大小是0.4m/s2.
如图所示,物体由静止从A点沿斜面匀加速下滑,随后在水平面上做匀减速运动,最后停止于C点,已知AB=4 m,BC=6 m,整个运动历时10 s,求物体在AB和AC段的加速度。
正确答案
解:AB段的平均速度
BC段的平均速度
所以
由及t1+t2=10s,得t1=4s,t2=6s
由得
高速公路给人们带来极大方便,但由于在高速公路上行驶的汽车速度很大,雾天曾出现过几十辆车追尾相撞的事故,造成极大的人生伤害和财产损失.现假设某条高速公路限制速度为108km/h,某种雾天的能见度(即观察者与能看见的最远目标间的距离)为32.4m,汽车紧急制动的最大加速度大小为7.5m/s2,制动时司机的反应时间(即司机发现状况到踩下刹车的时间,该时间内汽车仍然匀速运动)为0.6s,求:
(1)当汽车速度为108km/h时,突然以7.5m/s2的最大加速度紧急制动,从踩下刹车到汽车停止运动,汽车滑行的距离x;
(2)在该雾天,为了安全,汽车行驶的最大速度v0.
正确答案
(1)108km/h=30m/s
踩下刹车后,汽车滑行的距离x==
m=60m.
(2)汽车在反应时间内的位移x1=v0t1=0.6v0,
匀减速运动的位移x2==
,
x1+x2=x总,
0.6v0+=32.4,
解得v0=18m/s.
答:(1)汽车滑行的距离x为60m;
(2)汽车行驶的最大速度为18m/s.
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