- 匀变速直线运动的研究
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汽车紧急刹车后经7 s停止,设汽车做匀减速直线运动,它在最后1s内的位移是2 m,求汽车开始刹车时的速度和位移各是多少?
正确答案
解:首先将汽车视为质点,由题意画出草图如图所示
从题目已知条件分析,直接用匀变速直线运动基本公式求解有一定困难,应用平均速度公式求解
质点在第7 s内的平均速度:
则第6 s末的速度:v6=4m/s
求出加速度:
求初速度:0=v0+at',v0=-at'=-(-4)×7 m/s=28 m/s
求位移:
“10米折返跑”的成绩反应了人体的灵敏素质。测定时,在平直跑道上,受试者以站立式起跑姿势站在起点终点线前,当听到“跑”的口令后,全力跑向正前方10米处的折返线,测试员同时开始计时。受试者到达折返线处时,用手触摸折返线处的物体(如木箱),再转身跑向起点终点线,当胸部到达起点终点线的垂直面时,测试员停表,所用时间即为“10米折返跑”的成绩。设受试者起跑的加速度为4m/s2,运动过程中的最大速度为4m/s,快到达折返线处时需减速到零,减速的加速度为8m/s2,返回时达到最大速度后不需减速,保持最大速度冲线。求该受试者“10米折返跑”的成绩为多少秒?
正确答案
解:对受试者,由起点终点线向折返线运动的过程中
加速阶段:;
减速阶段:;
匀速阶段:
由折返线向起点终点线运动的过程中
加速阶段:;
匀速阶段:
受试者“10米折返跑”的成绩为:
“10米折返跑”的成绩反应了人体的灵敏素质。测定时,在平直跑道上,受试者以站立式起跑姿势站在起点终点线前,当听到“跑”的口令后,全力跑向正前方10米处的折返线,测试员同时开始计时。受试者到达折返线处时,用手触摸折返线处的物体(如木箱),再转身跑向起点终点线,当胸部到达起点终点线的垂直面时,测试员停表,所用时间即为“10米折返跑”的成绩。设受试者起跑的加速度为4m/s2,运动过程中的最大速度为4m/s,快到达折返线处时需减速到零,加速度的大小为8m/s2,返回时达到最大速度后不需减速,保持最大速度冲线。受试者在加速和减速阶段运动均可视为匀变速直线运动。问该受试者“10米折返跑”的成绩为多少秒?
正确答案
解:对受试者,由起点终点线向折返线运动的过程中
加速阶段:s,
m
减速阶段:s,
m
匀速阶段:s
由折返线向起点终点线运动的过程中
加速阶段:s,
m
匀速阶段:s
受试者10米折返跑的成绩为:s
从光滑斜面上的某一位置O,每隔0.1s无初速度释放一颗相同的小球(小球做加速度相同的匀加速直线运动),连续放下几颗后,某时刻对在斜面上滚动的小球摄下照片,如图所示,测得:AB=30cm,BC=35cm。试求:
(1)小球的加速度以及拍摄时刻A球的速度;
(2)拍摄时刻离O最近的球距离O点的距离。
正确答案
解:(1)由于是连续相等时间,所以根据,得
根据,得
(2)由于无初速度释放,所以A球运动的时间为
因此,上面的小球运动的时间依次为0.45s,0.35s,0.25s,0.15s,0.05s
拍摄时刻离O最近的球运动的时间为0.05s
所以距O的距离为
“10米折返跑”的成绩反应了人体的灵敏素质。测定时,在平直跑道上,受试者以站立式起跑姿势站在起点终点线前,当听到“跑”的口令后,全力跑向正前方10米处的折返线,测试员同时开始计时。受试者到达折返线处时,用手触摸折返线处的物体(如木箱),再转身跑向起点终点线,当胸部到达起点终点线的垂直面时,测试员停表,所用时间即为“10米折返跑”的成绩。设受试者起跑的加速度为4m/s2,运动过程中的最大速度为4m/s,快到达折返线处时需减速到零,减速的加速度为8m/s2,返回时达到最大速度后不需减速,保持最大速度冲线。求该受试者“10米折返跑”的成绩为多少秒?
正确答案
解:对受试者,由起点终点线向折返线运动的过程中
加速阶段:;
减速阶段:;
匀速阶段:
由折返线向起点终点线运动的过程中
加速阶段:;
匀速阶段:
受试者“10米折返跑”的成绩为:。
一辆汽车在笔直的公路上以υ0=20m/s速度行驶。司机看到前方路面上有不明物体,立即刹车,汽车做匀减速直线运动,匀减速运动的加速度大小为a=2m/s2。汽车未停止运动前,司机看清了路面物体后,踩下油门,使汽车改做匀加速直线运动,经过t=10s时间,汽车的速度又变为υ0。从开始刹车到汽车又恢复原来的速度,汽车前进了s=225m。求此过程汽车的最小速度υ。
正确答案
解:s1=
s2=t
s1+s2=s
υ=10m/s
近期,随着沪杭高铁的全线开通,我国的高速铁路技术又创下了350 km/h的新纪录,同时旅客的安全工作更引起人们的关注,假设某次列车在离车站9.5 km处的速度为342 km/h,此时向车站发出无线电信号,同时立即开始制动刹车,使列车匀减速到站并刚好停住,若车站接收到列车发出的信号后,立即利用广播通知站台上的全体旅客需要50 s的时间,则:
(1)该列车进站时的加速度多大?方向如何?
(2)全体旅客从听到广播通知,到列车进站停下,还有多长的登车准备时间?
正确答案
解:(1)列车初速度v0=342 km/h=95 m/s,停住时v1=0
由得
,负号表示加速度方向与车运动方向相反
(2)设列车减速运动时间为t1
由得
旅客的准备时间t2=t1-△t=200 s-50 s=150 s
“10米折返跑”的成绩反映了人体的灵敏素质。测定时,在平直跑道上,受试者以站立式起跑姿势站在起点(终点)线前,听到起跑的口令后,全力跑向正前方10米处的折返线,测试员同时开始计时。受试者到达折返线处,用手触摸折返线处的物体(如木箱)后,再转身跑向起点(终点)线,当胸部到达起点(终点)线的垂直面时,测试员停止计时,所用时间即为“10米折返跑”的成绩,如图所示。设受试者起跑的加速度为4 m/s2,运动过程中的最大速度为4 m/s,快到达折返线处时需减速到零,减速的加速度为8 m/s2,返回时达到最大速度后不需减速,保持最大速度冲线.求该受试者“10米折返跑”的成绩为多少?
正确答案
解:对受试者,由起点(终点)线向折返线运动的过程中
加速阶段:t1==1 s;s1=
vmaxt1=2 m
减速阶段:t3==0.5 s;s3=
vmaxt3=1 m
匀速阶段:t2==1.75 s
由折返线向起点(终点)线运动的过程中
加速阶段:t4==1 s;s4=
vmaxt4=2 m
匀速阶段:t5==2 s
受试者“10米折返跑”的成绩为:t=t1+t2+t3+t4+t5=6.25 s
从斜面上某位置,每隔0.1 s释放一个小球,在连续释放几个后,对在斜面上的小球拍下照片,如图所示,测得xAB=15 cm,xBC=20 cm,试求:
(1)小球的加速度;
(2)拍摄时B球的速度vB的大小;
(3)拍摄时xCD的大小;
(4)A球上方滚动的小球还有几个?
正确答案
解:(1)由,知小球的加速度
(2)B点的速度等于AC段的平均速度,即
(3)由于相邻相等时间的位移差恒定,即xCD-xBC=xBC-xAB
所以xCD=2xBC-xAB=(40-15)cm =25 cm=0.25m
(4)设A点小球的速率为vA,因为vB=vA+at
vA=vB-at=(1.75-5×0.l)m/s =1.25 m/s
所以A球的运动时间
故A球的上方正在滚动的小球还有两个
如图(a)所示,A、B为水平放置的平行金属板,板间距离为d(d远小于板的长和宽).在两板之间有一带负电的质点P.已知若在A、B间加电压Uo,则质点P可以静止平衡.现在A、B间加上如图(b)所示的随时间t变化的电压u.在t=0时质点P位于A、B间的中点处且初速为零.已知质点P能在A、B之间以最大的幅度上下运动而又不与两板相碰,求图(b)中u改变的各时刻t1、t2、t3及tn的表达式.(质点开始从中点上升到最高点,及以后每次从最高点到最低点或从最低点到最高点的过程中,电压只改变一次.)
正确答案
设质点P的质量为m,电量大小为q,根据题意,当A、B间的电压为U0时,有
=mg,
当两板间的电压为2U0时,P的加速度向上,其大小为a,则
-mg=ma,
解得a=g.
当两板间的电压为零时,P自由下落,加速度为g,方向向下.
在t=0时,两板间的电压为2U0,P自A、B间的中点向上做初速度为零的匀加速运动,加速度为g.设经过时间τ1,P的速度变为v1,此时使电压变为零,让P在重力作用下做匀减速运动,再经过时间τ1′,P正好到达A板且速度为零,故有
v1=gτ1,0=v1-gτ1′,
d=
gτ12+v1τ1′-
gτ1′2,
由以上各式,得
τ1=τ1′,τ1=,
因为t1=τ1,得t1=.
在重力作用下,P由A板处向下做匀加速运动,经过时间τ2,速度变为v2,方向向下,这时加上电压使P做匀减速运动,经过时间τ2′,P到达B板且速度为零,故有
v2=gτ2,0=v2-gτ2′,
d=gτ22+v2τ2′-
gτ2′2,
由以上各式,得τ2=τ2′,τ2=,
因为t2=t1+τ1′+τ2,
得t2=(+1)
.
在电场力与重力的合力作用下,P由B板处向上做匀加速运动,经过时间τ3,速度变为v3,此时使电压变为零,让P在重力作用下做匀减速运动.经过时间τ3′,P正好到达A板且速度为零,故有
v3=gτ3,0=v3-gτ3′,
d=gτ32+v3τ3′-
gτ3′2
由上得τ3=τ3′,τ3=,
因为t3=t2+τ2′+τ3,
得t3=(+3)
.
根据上面分析,因重力作用,P由A板向下做匀加速运动,经过时间τ2,再加上电压,经过时间τ2′,P到达B且速度为零,因为t4=t3+τ3′+τ2,
得t4=(+5)
.
同样分析可得
tn=(+2n-3)
.(n≥2)
故图(b)中u改变的各时刻t1=,t2=(
+1)
,t3=(
+3)
,及tn=(
+2n-3)
(n≥2).
一小球以某一初速度沿光滑斜面匀减速上滑,到达顶端时速度为零,历时3s,位移为9m,求其第1s内的位移.
正确答案
解:方法一:反过来看,物体初速度为零,连续相等时间内位移之比为 1:3:5,可知,以某初速度上滑时第1s内的位移为总位移的,即位移为5m
方法二:本题中还可求出中间时刻的瞬时速度,即整个过程的平均速度。也可求运动的加速度
(取后一段研究),负号表示a与v的方向相反.当然还可求出初速度v0,由v-v0=at得v0=v-at =0- (-2)×3m/s=6m/s.
初速度为零的做匀加速直线运动的物体,在3:2:1的连续时间内所通过的位移之比为__________ ;它在1:2:5的连续三段位移上所用的时间之比为____________。
正确答案
9:16:11,1:():(
-
)
“10米折返跑”的成绩反应了人体的灵敏素质。测定时,在平直跑道上,受试者以站立式起跑姿势站在起点终点线前,当听到“跑”的口令后,全力跑向正前方10米处的折返线,测试员同时开始计时。受试者到达折返线处时,用手触摸折返线处的物体(如木箱),再转身跑向起点终点线,当胸部到达起点终点线的垂直面时,测试员停表,所用时间即为“10米折返跑”的成绩。设受试者起跑的加速度为4m/s2,运动过程中的最大速度为4m/s,快到达折返线处时需减速到零,减速的加速度为8m/s2,返回时达到最大速度后不需减速,保持最大速度冲线。求该受试者“10米折返跑”的成绩为多少秒?
正确答案
解:对受试者,由起点终点线向折返线运动的过程中
加速阶段:;
减速阶段:;
匀速阶段:
由折返线向起点终点线运动的过程中
加速阶段:;
匀速阶段:
受试者“10米折返跑”的成绩为:
一滑块自静止开始从斜面顶端匀加速下滑,第5 s末的速度是6 m/s,试求:
(1)第4 s末的速度;
(2)运动后7 s内的位移;
(3)第5 s内的位移。
正确答案
解:物体的初速度v0=0,且加速度恒定,可用比例关系求解
(1)因为v0=0,所以v=at,即v∝t,故v4:v5=4:5
第4 s末的速度v4=×6 m/s=4.8 m/s
(2)因为v0=0,v5=6 m/s,则加速度m/s2=1.2 m/s2所以7 s内的位移x7=
×1.2×72 m=29.4 m
(3)由x1:x7=1:49,得x1=m=0.6 m
由x1=xⅠ,xⅠ:xⅤ=1:9,得xⅤ=9xⅠ=9×0.6m=5.4m,第5秒内的位移是5.4m
短跑名将博尔特在北京奥运会上创造了100m和200m短跑项目的新世界纪录,他的成绩分别是9.69s和19.30s。假定他在100m比赛时从发令到起跑的反应时间是0.15s,起跑后做匀加速运动,达到最大速率后做匀速运动。200m比赛时,反应时间及起跑后加速阶段的加速度和加速时间与100m比赛时相同,但由于弯道和体力等因素的影响,以后的平均速率只有跑100m时最大速率的96%。求:
(1)加速所用时间和达到的最大速率;
(2)起跑后做匀加速运动的加速度。(结果保留两位小数)
正确答案
解:(1)加速所用时间t和达到的最大速率v
联立解得:t=1.29 s,v=11.24 m/s
(2)起跑后做匀加速运动的加速度a
v=at,解得:a=8.71 m/s2
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