- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
如图所示,水平传送带A、B两端相距x=3.5m,工件与传送带间的动摩擦因数为μ=0.1,工件滑上A端时的瞬时速vA=4m/s,到达B端的瞬时速度为vB,试求传送带以速度v顺时针方向运行vB的大小.(g取10m/s2)
正确答案
当工件相对于传送带运动时,根据牛顿第二定律,加速度大小a=μg=1m/s2.
若工件一直加速到B端,根据速度位移公式得,vB==4.8m/s.
若工件一直减速到B端,则速度大小为vB==3m/s.
所以传送带的速度大于等于4.8m/s,则工件的速度vB=4.8m/s.
传送带的速度小于3m/s,则工件的速度vB=3m/s.
传送带的速度大于等于3m/s小于4.8m/s,则工件的速度等于传送带的速度v.
答:传送带以速度v顺时针方向运行,若v≥4.8m/s,则vB=4.8m/s.
若3m/s≤v<4.8m/s,则vB=v.
若v<3m/s,则vB=3m/s.
客机一般都配有紧急出口,发生意外情况时,客机着陆后打开紧急出口的舱门,会自动生成一个气囊(由斜面部分AC和水平部分CD构成),乘客可沿该气囊滑行到地面.如图所示,某客机气囊的竖直高度AB=3.0m,斜面长度AC=5.0m,一质量m=60kg的乘客从A处由静止开始滑下,最后停在水平部分的E处.已知乘客与气囊之间的动摩擦因数μ=0.55,忽略乘客在C处速度大小的变化,不计空气阻力,取g=10m/s2,求:
(1)乘客在斜面AC下滑时加速度a1的大小;
(2)乘客从A处开始到滑至E处的时间t.
正确答案
(1)乘客在斜面上的受力情况如右图所示.
设斜面的倾角为θ,由数学知识得:sinθ=,cosθ=
由牛顿第二定律,有:mgsinθ-μN=ma1 N-mg cosθ=0
解得:a1=gsinθ-μgcosθ=1.6m/s2
(2)设下滑时间为t1.在CD滑行时间为t2,
由:AC=a1t12得:t1=
=
s=2.5s
经过C点时的速度大小为v=a1t1=1.6×2.5m/s=4m/s
乘客在水平部分滑行的加速度为a2==5.5m/s2.
则t2==
s≈0.73s
故人经过t=t1+t2=3.23s安全着地.
答:(1)乘客在斜面AC下滑时加速度a1的大小1.6m/s2;
(2)乘客从A处开始到滑至E处的时间t是3.23s.
在水平长直的轨道上,有一长度为L的平板车在外力控制下始终保持速度v0做匀速直线运动.某时刻将一质量为m的小滑块轻放到车面的中点,滑块与车面间的动摩擦因数为μ.
(1)证明:若滑块最终停在小车上,滑块和车摩擦产生的内能与动摩擦因数μ无关,是一个定值.
(2)已知滑块与车面间动摩擦因数μ=0.2,滑块质量m=1kg,车长L=2m,车速v0=4m/s,取g=10m/s2,当滑块放到车面中点的同时对该滑块施加一个与车运动方向相同的恒力F,要保证滑块不能从车的左端掉下,恒力F大小应该满足什么条件?
(3)在(2)的情况下,力F取最小值,要保证滑块不从车上掉下,力F的作用时间应该在什么范围内?
正确答案
(1)根据牛顿第二定律,滑块相对车滑动时的加速度a==μg
滑块相对车滑动的时间 t=
滑块相对车滑动的距离 s=v0t-
滑块与车摩擦产生的内能 Q=μmgs
由上述各式解得 Q=m
(与动摩擦因数μ无关的定值)
(2)设恒力F取最小值为F1,滑块加速度为a1,此时滑块恰好到达车的左端,则
滑块运动到车左端的时间 t1=①
由几何关系有 v0t1-t1=
②
由牛顿定律有 F1+μmg=ma1③
由①②③式代入数据解得 t1=0.5s,F1=6N
则恒力F大小应该满足条件是 F≥6N
(3)力F取最小值,当滑块运动到车左端后,为使滑块恰不从右端滑出,相对车先做匀加速运动(设运动加速度为a2,时间为t2),再做匀减速运动(设运动加速度大小为a3).到达车右端时,与车达共同速度.则有F1-μmg=ma2④
μmg=ma3⑤
a2
+
=L⑥
由④⑤⑥式代入数据解得t2=s=0.58s
则力F的作用时间t应满足 t1≤t≤t1+t2,即0.5s≤t≤1.08s
附加题:因测试需要,一辆汽车在某雷达测速区,沿平直路面从静止开始匀加速一段时间后,又接着做匀减速运动直到最后停止.下表中给出了雷达测出的各个时刻对应的汽车速度数值.求:汽车在该区域行驶的总位移x是多少?
正确答案
甲、乙两运动员在训练交接棒的过程中发现:甲经短距离加速后能保持9m/s的速度跑完全程;乙从起跑后到接棒前的运动是匀加速的.为了确定乙起跑的时机,需在接力区前适当的位置设置标记.在某次练习中,甲在接力区前S0=13.5m处作了标记,并以V=9m/s的速度跑到此标记时向乙发出起跑口令.乙在接力区的前端听到口令时起跑,并恰好在速度达到与甲相同时被甲追上,完成交接棒.已知接力区的长度为L=20m.
求:(1)此次练习中乙在接棒前运动的时间t;
(2)此次练习中乙在接棒前的加速度a;
(3)在完成交接棒时乙离接力区末端的距离△S.
正确答案
(1)设经过时间t,甲追上乙.甲的位移x1=vt,乙的位移x2=t=
.
由位移关系有vt-=13.5m
将v=9m/s代入得到:t=3s.
故练习中乙在接棒前运动的时间t为3s.
(2)根据 v=at
解得:a=3m/s2
故乙在接棒前的加速度a=3m/s2
(2)在追上乙的时候,乙走的距离为x2,
则:x2==13.5m
所以乙离接力区末端的距离为△S=20-13.5=6.5m.
正以v=30m/s的速度运行中的列车,接到前方小站的请求:在该站停靠1分钟接一位危重病人上车,司机决定以加速度a1=0.6m/s2匀减速运动到小站,停车1分钟后以a2=1.0m/s2匀加速起动,恢复到原来的速度行驶,试问由于临时停车共耽误了多少时间?
正确答案
汽车的刹车距离为:
x1==
=750m,
重新启动的距离为:
x2==
=450m
若正常行驶这些距离需要时间为:
t′==
=40s
设车子行驶的方向为正方向,刹车时间为
t1==
=50s,
启动时间为:
t2==
=30s,
停了1分钟,t3=60s,
所以:t=t1+t2+t3=140s
所以t耽误=t-t′=140-40=100s
故由于临时停车共耽误了多100s的时间.
2010年8月7日,甘肃甘南藏族自治州舟曲县发生特大泥石流,一汽车停在小山坡底,突然司机发现在距坡底84m的山坡处泥石流以8m/s的初速度、2m/s2的加速度匀加速倾泻而下,假设司机以1.6m/s2的加速度立即启动汽车开始做匀加速直线运动.如图所示,汽车能达到的最大速度为25m/s.而泥石流到达坡底后做匀速直线运动.问:汽车司机能否安全脱离?
正确答案
根据v2-v02=2ax得:v==20m/s,经历的时间:t=
=
s=6s
汽车速度达到20m/s时所经历的时间:t′=s=12.5s.
汽车的位移:x1==
m=125m.
泥石流在水平面上的位移:x2=v(t′-t)=20×6.5m=130m.
因为x2>x1.所以司机不能脱离安全.
答:司机不能安全脱离.
如图所示,在水平地面MN上方有一个粗糙绝缘平台PQ,高度为h=1m平台上方PR右侧有水平向右的有界匀强电场,PR左侧有竖直向上的匀强电场,场强大小均为E=1.1×l04N/C有一质量m=1.0×10-3kg、电荷量为q=-2.0×10-6C的滑块,放在距离平台左端P点L=1.2m处,滑块与平台间的动摩擦因数u=0.2,现给滑块水平向左的初速度v0=4m/s,取g=10m/s2,求:
(1)滑块经过P点时的速度;
(2)滑块落地点到N点的距离.
正确答案
(1)由动能定理qEL-μmgL=m
-
m
得:vP=8m/s
滑块经过P点时的速度为8m/s;
(2)脱离平台后物体竖直方向运动的加速度为a,下落时间为t,
由牛顿第二定律可知:
mg+qE=ma
下落高度:h=at2
水平位移:s=vt
解得:s=2m,
滑块落地点到N点的距离为2m.
如图所示,水平地面上的平板车在外力控制下始终做匀速直线运动,速度大小v0=4m/s,方向水平向右.某时刻将一质量为m=1kg的小滑块(可视为质点)轻放到车面上的P点,P点与平板车左端相距L=3m,车面距地面的高度h=0.8m,滑块与车面间的动摩擦因数μ=0.2,取g=10m/s2,求:
(1)小滑块轻放到P点时的加速度a1;
(2)滑块运动至车的最左端时的速度多大?
(3)滑块刚落至地面时滑块与车左端的水平距离多大?
正确答案
(1)a1=μg=2m/s2
方向水平向右
(2)假设滑块一直匀加速至车的左端,运动时间为t1,
则L=x车-x物=v0t-at2
所以,3=4t-t2,解得:t1=1s,t2=3s(舍去)
当t1=1s时,滑块的速度为:v=at1=2m/s<v0
所以,滑块运动到车的最左端的速度为2m/s
(3)滑块离开车后做平抛运动,下落时间为t,则h=gt2,t=0.4s
滑块落地时与车的左端的水平距离为:△x=(v0-v1)t=(4-2)×0.4=0.8m
如图所示,一小球在光滑水平面上以初速度v0=10m/s水平向右作匀速直线运动,在某一时刻受到水平向左的恒力作用,产生加速度大小是5m/s2,求从这一时刻开始3s内小球的位移大小.
正确答案
取向右为正方向,则v0=10m/s,a=-5m/s2
由 x=v0t+at2
得x=7.5m
答:从这一时刻开始3s内小球的位移大小为7.5m.
“10m跳台跳水”是奥运会中的一个项目,某跳水运动员竖直向上起跳时她的重心离跳台台面的高度约为0.9m,当她下降到手触及水面时她的重心离水面距离也约为0.9m.若该运动员从跳离跳台到手触水经历的时间为2s,不计空气阻力,g取10m/s2.求
(1)运动员起跳速度的大小;
(2)若运动员从双手触水到速度为零的过程中,重心下降了2.5m,假设在此入水过程中运动员始终是竖直的,则水对她的平均阻力约为其自身重力的几倍?
正确答案
(1)设跳离跳台时运动员的速度为v,规定向上为正方向,则由运动学公式有 -h=vt-gt2 ①
解得:v=5m/s ②
(2)设手触及水面时,运动员的速度为v',v'=v-gt ③
在入水至重心速度减为零的过程中设水对运动的平均阻力为f,由动能定理得:-(f-mg)h′=0-mv′2 ④
解得:f=5.5mg ⑤
因此水对她的平均阻力约为其自身重力的5.5倍.
答:
(1)运动员起跳速度的大小为5m/s;
(2)若运动员从双手触水到速度为零的过程中,重心下降了2.5m,假设在此入水过程中运动员始终是竖直的,则水对她的平均阻力约为其自身重力的5.5倍.
一客运列车匀速行驶,其车轮在轨道间的接缝处会产生周期性的撞击.坐在该客车中的某旅客测得从第1次到第16次撞击声之间的时间间隔为10.0s.在相邻的平行车道上有一列货车,当该旅客经过货车车尾时,火车恰好从静止开始以恒定加速度沿客车行进方向运动.该旅客在此后的20.0s内,看到恰好有30节货车车厢被他连续超过.已知每根轨道的长度为25.0m,每节货车车厢的长度为16.0m,货车车厢间距忽略不计.求
(1)客车运行的速度大小;
(2)货车运行加速度的大小.
正确答案
在平直公路上,一汽车的速度为15m/s,从某时刻开始刹车,在阻力作用下,汽车以2m/s2加速度运动,问刹车后10s末车离开始刹车点多远?
正确答案
设汽车从刹车到停止运动的时间为t0.则由v=v0+at0=0得:
t0==
=7.5s
刹车后7.5s汽车即停止运动,则刹车后10s内汽车的位移等于后7.5s内的位移,大小为:
x==
m=56.25m
答:刹车后10s末车离开始刹车点的距离为56.25m
民航客机一般都有紧急出口,发生意外情况的飞机紧急着陆后,打开紧急出口,狭长的气囊会自动充气,生成一条连接出口与地面的斜面,如图(a)所示,人员可沿斜面滑行到地上,图(b)是其简化模型.若机舱口下沿距地面的高度AB=3.0m,气囊所构成的斜面长度为AC=5.0m,斜面与水平地面CD段平滑连接.已知旅客与气囊、地面间的动摩擦因数均为μ=0.55,不计空气阻力,g取1 0m/s2.若旅客从气囊上由静止开始滑下,求:
(1)旅客沿斜面滑下时加速度的大小a;
(2)旅客滑到斜面底端C时速度的大小v
(3)旅客在水平地面上滑行的距离S.
正确答案
(1)对旅客受力分析,由牛顿第二定律得,
mgsinθ-μN=ma,N-mgcosθ=0
解得:a=gsinθ-μgcosθ=1.6m/s2.
(2)由v2=2aL得,v=4.0m/s.
(3)由匀变速直线运动的规律得,
0-v2=-2a′s,μmg=ma′
联立解得s=1.45m.
答:(1)旅客沿斜面滑下时加速度的大小为1.6m/s2.
(2)旅客滑到斜面底端C时速度的大小为4m/s.
(3)旅客在水平地面上滑行的距离S为1.45m.
初速度为11m/s的汽车在距站牌30m处开始制动,获得大小为2m/s2的加速度,汽车制动后经过______秒通过站牌,此时汽车速度______ m/s.
正确答案
由x=v0t+at2得,30=11t-
×2t2
解得t1=5s,t2=6s(舍去)
此时汽车的速度v=v0+at=11-2×5m/s=1m/s.
故答案为:5,1.
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