- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
如图所示,小物体A沿高为h、倾角为θ的光滑斜面以初速度v从顶端滑到底端,而相同的物体B以同样大小的初速度从同等高度竖直上抛,则( )
正确答案
物体从斜面顶端由静止开始滑下,经t秒到达中点,则物体从斜面顶端到底端共用时间为
正确答案
如图所示,水平传送带AB距离地面的高度为h,以恒定速率v0顺时针运行。甲、乙两相同滑块(视为质点)之间夹着一个压缩轻弹簧(长度不计),在AB的正中间位置轻放它们时,弹簧立即弹开,两滑块以相同的速率分别向左、右运动。下列判断正确的是( )
正确答案
如图所示,一轻绳吊着粗细均匀的棒,棒下端离地面高H,上端套着一个细环。棒和环的质量均为m,相互间最大静摩擦力等于滑动摩擦力kmg(k>1)。断开轻绳,棒和环自由下落。假设棒足够长,与地面发生碰撞时,触地时间极短,无动能损失。棒在整个运动过程中始终保持竖直,空气阻力不计。求:
(1)棒第一次与地面碰撞弹起上升过程中,环的加速度;
(2)从断开轻绳到棒与地面第二次碰撞的瞬间,棒运动的路程S;
(3)从断开轻绳到棒和环都静止,摩擦力对环及棒做的总功W。
正确答案
解:(1)设棒第一次上升过程中,环的加速度为a环,由牛顿第二定律得:
kmg-mg=ma环
解得:a环=(k-1)g,方向竖直向上
(2)设棒第一次落地的速度大小为v1
由机械能守恒得:
解得:
设棒弹起后的加速度为a棒,由牛顿第二定律得:
A棒=-(k+1)g
棒第一次弹起的最大高度为:
解得:
棒运动的路程为:
(3)解法一: 棒第一次弹起经过t1时间,与环达到相同速度v'1
环的速度:v'1=-v1+a环t1
棒的速度:v'1=v1+a棒t1
环的位移:
棒的位移:
环第一次相对棒的位移为:
棒环一起下落至地:
解得:
同理,环第二次相对棒的位移为
……
环相对棒的总位移为:x=x1+x2+……+xn
摩擦力对棒及环做的总功为:
解法二: 设环相对棒滑动距离为l
根据能量守恒:
摩擦力对棒及环做的总功为:
解得:
如图1所示,一个质量m=0.1 kg的正方形金属框总电阻R=0.5 Ω,金属框放在表面绝缘的斜面AA′B′B的顶端(金属框上边与AA′重合),自静止开始沿斜面下滑,下滑过程中穿过一段边界与斜面底边BB′平行、宽度为d的匀强磁场后滑至斜面底端(金属框下边与BB′重合),设金属框在下滑过程中的速度为v,与此对应的位移为x,那么v2-x图象如图2所示,已知匀强磁场方向垂直斜面向上,金属框与斜面间的动摩擦因数μ=0.5,取g=10 m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6。
(1)根据v2-x图象所提供的信息,计算出金属框从斜面顶端滑至底端所需的时间t;
(2)求出斜面AA′B′B的倾斜角θ;
(3)求匀强磁场的磁感应强度B的大小。
正确答案
解:(1)由v2-x图象可知:
x1=0.9 m,v1=3 m/s,做匀加速运动;
x2=1.0 m,v1=3 m/s,做匀速运动;
x3=1.6 m,末速度v2=5 m/s,做匀加速运动
设线框在以上三段的运动时间分别为t1、t2、t3则x1=v1t1,所以t1=0.6 s
x2=v1t2,所以t2=s
x3=(v1+v2)t3,t3=0.4 s
t=t1+t2+t3=s
(2)线框加速下滑时,由牛顿第二定律得mgsinθ-μmgcosθ=ma
由a=5.0 m/s2得θ=53°
(3)线框通过磁场时,线框做匀速直线运动,线框受力平衡
+μmgcosθ=mgsinθ
线框的宽度L=d=0.5x2=0.5 m
得B=T
如图所示,光滑斜面的底端a与一块质量均匀、水平放置的平板光滑相接,平板长为2L,L=1m。其中心C固定在高为R的竖直支架上,R=1m。支架的下端与垂直于纸面的固定转轴O连接,因此平板可绕转轴O沿顺时针方向翻转。问:
(1)在斜面上离平板高度为h0处放置一滑块A,使其由静止滑下,滑块与平板间的摩擦因数μ=0.2。为使平板不翻转,h0最大为多少?
(2)如果斜面上的滑块离平板的高度为h1=0.45m,并在h1处先后由静止释放两块质量相同的滑块A、B,时间间隔为△t=0.2s,则B滑块滑上平板后多少时间,平板恰好翻转。(重力加速度g取10m/s2)
正确答案
解:(1)设A滑到a处的速度为v0= ①
f=μN,N=mg,f=ma,a=μg ②
滑到板上离a点的是大距离为v02=2μgs0,s0=2gh0/2μg=h0/μ ③
A在板上不翻转应满足条件;摩擦力矩小于正压力力矩,即M摩擦≤M压力
μmgR≤mg(L-s0) ④
h0≤μ(L-μR)=0.2(1-0.2)=0.16m ⑤
(2)当h=0.45m,,vA=vB=3m/s ⑥
设B在平板上运动直到平板翻转的时刻为t,取△t=0.2s
sA=vA(t+△t)-μg(t+△t)2/2 ⑦'
SB=vBt-μgt2/2 ⑦
两物体在平板上恰好保持平板不翻转的条件是2μmgR=mg(L-SA)+mg(L-SB)⑧
由⑦+⑦′式等于⑧式,得t=0.2S
如图所示,一木箱静止、在长平板车上,某时刻平板车以a = 2.5m/s2的加速度由静止开始向前做匀力―直线运动,当速度达到)V = 9m/s时改做匀速直线运动,己知木箱与平板车之间的动摩擦因数μ=0.225,箱与平板车之间的最大静摩擦力与滑动静擦力相等(g取10m/s2)。求:
(1)车在加速过程中木箱运动的加速度的大小;
(2)要使木箱不从平板车上滑落,木箱开始时距平板车末端的最小距离。
正确答案
解:
(1)设木箱的最大加速度为a',根据牛顿第二定律
解得
则木箱与平板车存在相对运动,所以车在加速过程中木箱的加速度为
(2)设平板车做匀加速直线运动的时间为,木箱与平板车达到共同速度的时间为
,
根据速度公式
①
②
达共同速度平板车的位移为 则
③
木箱的位移为则
④
要使木箱不从平板车上滑落,木箱距平板车末端的最小距离满足⑤
解①②③④⑤得。
传送带是一种常用的运输工具,被广泛应用于矿山、码头、货场、车站、机场等.如图所示为火车站使用的传送带示意图.绷紧的传送带水平部分长度=5 m,并以0=2 m/s的速度匀速向右运动.现将一个可视为质点的旅行包无初速度地轻放在传送带的左端,已知旅行包与传送带之间的动摩擦因数μ=0.2,取10 m/s2。
(1)求旅行包经过多长时间到达传送带的右端.
(2)若要旅行包从左端运动到右端所用时间最短,则传送带速度的大小应满足什么条件?最短时间是多少?
正确答案
解:(1)旅行包无初速度地轻放在传送带的左端后,旅行包相对于传送带向左滑动,旅行包在滑动摩擦力的作用下向右做匀加速运动,由牛顿第二定律得旅行包的加速度=/=μ/=μ=2 m/s2当旅行包的速度增大到等于传送带速度时,二者相对静止,匀加速运动时间1=0/=1 s
匀加速运动位移==1 m
此后旅行包匀速运动,匀速运动时间2==2 s
旅行包从左端运动到右端所用时间=1+2=3 s
(2)要使旅行包在传送带上运行时间最短,必须使旅行包在传送带上一直加速,由2=2得=
m/s
即传送带速度必须大于或等于 m/s
由=2得旅行包在传送带上运动的最短时间=
s
一辆汽车在公路上做匀加速直线运动,测得第3s内的位移为6m,第4s内的位移为8m,求:
(1)汽车在第3s初至第4s末这两秒内的平均速度;
(2)汽车做匀加速直线运动的加速度;
(3)汽车做匀加速直线运动的初速度;
(4)汽车在前4s内的位移.
正确答案
(1)=
=
=7m/s;
故汽车在第3s初至第4s末这两秒内的平均速度为7m/s.
(2)由△x=aT2,得
汽车的加速度为a==
=2m/s2;
故汽车匀加速直线运动的加速度为2m/s2.
(3)某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,由(1)得汽车在第3s末的速度为v3=7m/s.
∴汽车的初速度为v0=v3-at3=(7-2×3)m/s=1m/s;
故汽车匀加速直线运动的初速度为1m/s.
(4)X4=v0t+at2=1×4+
×2×42=20m.
故汽车在前4s内的位移为20m.
一个做匀变速运动的质点,在第一个2S内通过的位移是8m,在第二个2S内通过的位移是20m,求质点运动的初速度和加速度?
正确答案
由△x=at2可得:
加速度为a=m/s2=3m/s2;
对第一个2s有:
x1=v0t+at2
解得:v0==
m/s=1m/s;
答:质点运动的加速度为3m/s2;初速度为1m/s.
直立光滑空心螺旋管共9圈,每圈内径,直径与间距都相同.现有光滑小球从第1圈入口静止释放,经过3s的时间从最后一圈出口滚出(如图).求小球通过第3,4两圈所需时间t34?
正确答案
小球做初速度为零的匀加速直线运动,根据连续相等位移内时间之比等于自然数平方根差之比.
所以t34:(t1+t2+…+t9)=[(-
)+(
-
)]:[1+(
-1)+…(
-
)]
则t34=2(-1)s.
答:小球通过第3,4两圈所需时间为t34=2(-1)s.
一物体做匀加速直线运动,初速度为1m/s,第8s内的位移比第5s内的位移多9m,求:
(1)物体的加速度.
(2)物体在4s内的位移.
正确答案
(1)匀变速直线运动中,在相邻的相等时间内的位移之差是一恒量,即△x=aT2,
则△x=x8-x5=3aT2 T=1s,△x=6m
a==
=3m/
故物体的加速度为3m/s2.
(2)根据匀变速直线运动的位移时间公式x=v0t+a
代入数据,得x=28m.
故物体在4s内的位移为28m.
如图所示,A为位于一定高度处的质量为m、带电荷量为+q的小球,B为位于水平地面上的质量为M的用特殊材料制成的长方形空心盒子,且M=2m,盒子与地面间的动摩擦因数μ=0.2,盒内存在着竖直向上的匀强电场,场强大小E=2mg/q,盒外没有电场。盒子的上表面开有一略大于小球的小孔,孔间距满足一定的关系,使得小球进出盒子的过程中始终不与盒子接触。当小球A以1m/s的速度从孔1进入盒子的瞬间,盒子B恰以v1=6 m/s的初速度向右滑行。已知盒子通过电场对小球施加的作用力与小球通过电场对盒子施加的作用力大小相等、方向相反。设盒子足够长,取重力加速度g=10m/s2,小球恰能顺次从各个小孔进出盒子,且不与盒子底部相碰。试求:
(1)小球A从第一次进入盒子到第二次进入盒子所经历的时间;
(2)盒子上至少要开多少个小孔,才能保证小球始终不与盒子接触;
(3)从小球第一次进入盒子至盒子停止运动的过程中,盒子通过的总路程。
正确答案
解:(1)A在盒子内运动时,
由以上两式得:a=g
A在盒子内运动的时间
A在盒子外运动的时间
A从第一次进入盒子到第二次进入盒子的时间
(2)小球在盒子内运动时,盒子的加速度
小球在盒子外运动时,盒子的加速度
小球运动一个周期盒子减少的速度为
从小球第一次进入盒子到盒子停下,小球运动的周期数为
故要保证小球始终不与盒子相碰,盒子上的小孔数至少为2n+1个,即11个
(3)小球第一次在盒内运动的过程中,盒子前进的距离为
小球第一次从盒子出来时,盒子的速度
小球第一次在盒外运动的过程中,盒子前进的距离为
小球第二次进入盒子时,盒子的速度
小球第二次在盒子内运动的过程中,盒子前进的距离为
小球第二次从盒子出来时,盒子的速度
小球第二次在盒外运动的过程中,盒子前进的距离为
分析上述各组数据可知,盒子在每个周期内通过的距离为一等差数列,公差d=0.12m。且当盒子停下时,小球恰要进入盒内,最后0.2s内盒子通过的路程为0.04m。所以从小球第一次进入盒子至盒子停止运动的过程中,盒子通过的总路程为
(16分)有一个竖直固定在地面的透气圆筒,筒中有一劲度系数为的轻弹簧,其下端固定,上端连接一质量为
的薄滑块,圆筒内壁涂有一层新型智能材料─—ER流体,它对滑块的阻力可调。起初,滑块静止,ER流体对其阻力为0,弹簧的长度为L.现有一质量也为
的物体从距地面2L处自由落下,与滑块碰撞后粘在一起向下运动。为保证滑块做匀减速运动,且下移距离为
时速度减为0,ER流体对滑块的阻力须随滑块下移而变。试求(忽略空气阻力):
(1)下落物体与滑块碰撞前的瞬间物体的速度;
(2)下落物体与滑块碰撞过程中系统损失的机械能;
(3)滑块下移距离d时ER流体对滑块阻力的大小。
正确答案
(1) (2)
(3)
试题分析:(1)设物体下落末速度为,由机械能守恒定律
① (2分)
得: (1分)
(2)设碰后共同速度为,由动量守恒定律
② (2分)
得: (1分)
碰撞过程中系统损失的机械能 (无负号也可以) (3分)
(3)设加速度大小为,有
③ (2分) 得:
设弹簧弹力为,ER流体对滑块的阻力为
,受力分析如图所示
④ (2分)
⑤ (2分)
联立③④⑤三式解得: (1分)
一个小球沿斜面向下运动,现在用s的闪频相机拍摄下的不同时刻的小球所处的位置照片如图所示,测得小球的在连续相等的时间内的位移如下表,则:
有甲、乙两个同学计算小球的加速度的方法如下:
甲:a1=,a2=
,a3=
,a=
;
乙:a1=,a2=
,a=
;
撇开本题所给的数据从理论上讲,甲、乙两位同学的计算方法中______(填写“甲、乙”)方法更好,则小球的加速度值为______ m/s2,经过A点处速度为______m/s.
正确答案
甲、乙两位同学的计算方法中,乙方法更好.
甲的方法是a==
,该方法只采用了s4和s1的数据,不利于减小误差.
乙的方法是逐差法:a1=,a2=
,a=
=
,四个数据都能用到,误差较小.
由a=≈1.1 m/s2.
某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度.所以后两段的平均速度等于A点的瞬时速度,
有vA==1.095m/s.
故答案为:乙,1.1,1.095.
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