- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
某汽车做匀变速直线运动,10s速度从5m/s增加到25m/s,
(1)求汽车在这段运动中的加速度大小?
(2)如果遇到紧急情况刹车,2s内速度由25m/s减到15m/s,这个过程也是匀变速直线运动,求刹车过程中的速度的大小和方向?
(3)刹车后6s末的速度为多少?
正确答案
(1)规定初速度方向为正方向,则:
a1==
m/s2=2m/s2
(2)a2==
m/s2=-5m/s2,负号表示加速度方向与初速度方向相反
(3)设刹车后经t3停止,则:
t3==
s=5s
故刹车6s后,汽车速度为零
有甲、乙两运动员做接棒练习,甲在接力区前s0=18m处作了标记,并以v1=8.5m/s的恒定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的同时起跑,并做匀加速运动,在速度达到v2=8m/s时被甲追上,完成交接棒。求:
(1)此次练习中乙在接棒前的加速度a。
(2)已知接力区的长度为L=20m,在完成交接棒时乙离接力区末端的距离s。
正确答案
解:(1)在甲发出口令后,甲乙相遇所用时间为:t=
设在这段时间内甲、乙的位移分别为s1和s2,则:s1=v1t,s2=at2,s1=s2+s0联立以上四式解得:a=2.m/s2(2)在这段时间内,乙在接力区的位移为:s2=
at2=16m
完成交接棒时,乙与接力区末端的距离为:s=L-s2=4m
汽车由静止开始在平直的公路上行驶,0~40s内汽车的加速度随时间变化的图线如图(1)所示.
(1)求汽车在20s时的速度;
(2)在如图(2)中画出汽车在0~50s内的v-t图线;
(3)求在这50s内汽车行驶的路程.
正确答案
(1)由图可知,汽车先做匀加速直线运动,再做匀速运动,最后20s做减速运动;
10s末的时候,汽车的速度v=at=40m/s;
一直到30s时,汽车都做匀速运动,故20s时汽车的速度为40m/s;
(2)汽车在前10s做匀加速直线运动,10-30s汽车做匀速运动,30-50s汽车做减速运动,由v=at可知,50s时汽车的速度恰好为零;故答案如图所示
(3)由图象可得,50s内汽车的位移x==1400m;
答:(1)汽车在20s时的速度为40m/s;
(2)如右图所示;
(3)50s内汽车的位移为1400m.
汽车的加速性能用车的速度从0到100km/h(按30m/s估算)的加速时间来表示,这个时间越短,汽车启动时的加速性能就越好。下表列出了两种汽车的性能指标。现让甲、乙两车在同一条平直公路上同向行驶,乙车在前,甲车在后,两车相距85m。甲车先启动,经过一段时间0乙车再启动。若两车从静止启动后均以各自的最大加速度匀加速运动,在乙车开出8s时两车相遇,则
(1)0应该满足的条件是什么?在此条件下,两车相遇时甲车行驶的路程是多少?
(2)以乙车刚刚启动时为=0时刻,在同一个坐标系内画出甲、乙两车从乙车启动到两车相遇过程中的-图像。
正确答案
解:(1)首先确定两车相遇前各自的运动情况,是都在匀加速运动,还是一个匀加速运动一个匀速运动,还是都在匀速运动
甲车的加速度为1==2.5 m/s2加速到速度最大时所需时间1=
=16s
乙车的加速度为2==5m/s2加速到速度最大时所需时间2=
=10s
乙车开动8s时两车相遇,相遇时乙车发生的位移2=22=160m
甲车发生的位移应为1=2+0=245m
甲车由速度为零加速到最大速度发生的位移==320m
因为>1所以两车相遇时两车都是处于加速阶段,故有1(0+)2=0+
22解得0=6s
两车相遇时甲车行驶的路程是1=1(0+)2=245m
(2)当乙车刚启动时,甲车的速度1=10=15m/s
两车相遇时甲车的速度2=1(0+)=35m/s
则-图像如图所示
汽车的加速性能用车的速度从0到100 km/h(按30 m/s估算)的加速时间来表示,这个时间越短,汽车启动时的加速性能就越好。下表列出了两种汽车的性能指标。
现让甲、乙两车在同一条平直公路上同向行驶,乙车在前,甲车在后,两车相距85 m。甲车先启动,经过一段时间0乙车再启动。若两车从静止启动后均以各自的最大加速度匀加速运动,在乙车开出8 s时两车相遇,则
(1)0应该满足的条件是什么?在此条件下,两车相遇时甲车行驶的路程是多少?
(2)以乙车刚刚启动时为=0时刻,在同一个坐标系内画出甲、乙两车从乙车启动到两车相遇过程中的-图像。
正确答案
解:(1)首先确定两车相遇前各自的运动情况,是都在匀加速运动,还是一个匀加速运动一个匀速运动,还是都在匀速运动
甲车的加速度为1==2.5 m/s2加速到速度最大时所需时间1=
=16 s
乙车的加速度为2==5 m/s2加速到速度最大时所需时间2=
=10 s
乙车开动8 s时两车相遇,相遇时乙车发生的位移2=22=160 m
甲车发生的位移应为1=2+0=245 m
甲车由速度为零加速到最大速度发生的位移==320 m
因为>1,所以两车相遇时两车都是处于加速阶段,故有1(0+)2=0+
22解得0=6 s,两车相遇时甲车行驶的路程是1=
1(0+)2=245 m
(2)当乙车刚启动时,甲车的速度1=10=15 m/s
两车相遇时甲车的速度2=1(0+)=35 m/s
则-图像如图所示
额定功率为80KW的汽车,在某平直的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是多大
(2)3秒末汽车瞬时功率是多大.
正确答案
(1)当牵引力等于阻力时,速度达到最大值,又根据p=Fv可知:
f=F==
N=4000N
(2)汽车在达到额定功率前做匀加速直线运动,设匀加速运动的时间为t,达到额定功率时速度为v,
由a==
得:F=8000N
由p=Fv得 v=10m/s
t==
=5s
因为3s<5s
所以3s末汽车仍做匀加速直线运动,故v3=at3=6m/s
所以p3=FV3=48KW
答:汽车所受的恒定阻力是4000N;3秒末汽车瞬时功率是48KW.
质量为M的平板长为L=0.88m,在光滑的水平面上以速度υ0 向右匀速运动,在平板上方存在厚度d=2cm的“相互作用区域”(如图中虚线部分所示),“相互作用区域”上方高h=20cm处有一质量为m的静止物块P.当平板M的右端A经过物块P正下方的瞬时,P无初速度释放.物块P以速度υ1进入相互作用区时,除重力之外,P立即受到一个竖直向上的恒力F.已知F=11mg,取重力加速度g=10m/s2,不计空气阻力.
试求:(1)物块P下落至与平板刚接触时的速度υ2多大?
(2)欲使物块P不落到平板M上,平板速度υ0应不小于多少?
正确答案
(1)P先做自由落体运动,有:υ12=2gh ①
之后进入相互作用区域,受向上的恒力F和重力作用,由牛顿第二定律得:
F-mg=ma,即:11mg-mg=ma ②
P物体做匀减速运动,有:υ22-υ12=-2ad ③
由①、②、③解得 υ2=0
(2)P先做自由落体运动过程,有h=gt1④
进入相互作用区做匀减速运动的末速为零,故有d=at2⑤
且a=10g ⑥
由式④、⑤、⑥解得 t1=0.2s t2=0.02s
所以,P释放后到与平板接触经历的时间为
t=t1+t2=0.2s+0.02s=0.22s
欲使物块P不落到平板M上,应满足v0t>L,于是得:
v0>=
m/s=4m/s.
答:(1)物块P下落至与平板刚接触时的速度υ2为0;
(2)欲使物块P不落到平板M上,平板速度υ0应不小于4m/s.
晚间,甲火车以4 m/s的速度匀速前进,当地乙火车误入同一轨道,且以20 m/s的速度追向甲车, 当乙车司机发现甲车时两车相距仅125 m,乙车立即制动,已知以这种速度前进的火车制动后需经过200 m才能停止,
(1)问是否会发生撞车事故?
(2)若要避免两车相撞,乙车刹车的加速度至少应为多大?
正确答案
解:(1)乙车制动时的加速度-1 m/s2.
当甲、乙两车速度相等时有v甲=v乙=v0+at,解得t=16s,
此过程甲车位移x甲=v甲t=64 m,乙车位移x乙=192 m.由于x甲+125 m
(2)两车不相撞的临界条件是到达同一位置时两车的速度相同,则125+v甲t=v0t+,v甲=v0+a0t, 代入数据解得t=15.625 s,a0=-1.024 m/s2.
即为使两车不相撞,乙车刹车的加速度至少为1. 024 m/s2.
一辆值勤的警车停在公路边,当警员发现从他旁边以10 m/s的速度匀速行驶的货车严重超载时,决定前去追赶,经过5.5 s后警车发动起来,并以2.5 m/s2的加速度做匀加速运动,但警车的行驶速度必须控制在90km/h 以内。问:
(1)警车在追赶货车的过程中,两车间的最大距离是多少?
(2)警车发动后要多长时间才能追上货车?
正确答案
解:
(1)当两车速度相等时,它们的距离最大,设警车发动后经过t1时间两车的速度相等.则:
s货=v1(t0+t1)==10(5.5+4)m = 95m
s警
所以两车间的最大距离△s=s货-s警=75m;
(2)警车刚达到最大速度v=90km/h=25m/s的时间: t =
t内两车的位移
,
t时刻两车距离
警车达到最大速度后做匀速运动,设再经过△t时间追赶上货车,
则:
所以警车发动后要经过才能追上货车。
现检测汽车A的制动性能:以标准速度20m/s在平直公路上行驶时,制动后40s停下来,若A在平直公路上 以20m/s的速度行驶时发现前方180m处有一货车B以6m/s的速度同向匀速行驶,司机立即制动,能否发 生撞车事故?
正确答案
解:如图,汽车A以v0=20m/s的初速度做匀减速直线运动经40s停下来。据加速度公式可求出a=0.5m/s2。当A车减为与B车同速时,是A车逼近B车距离最多的时刻,这时若能超过B车则相撞,反之则不能相撞
据v2-v02=2ax可求出A车减为与B车同速时的位移x1=
此时间t内B车的位移为x2,则v2t=6×28m=168m
△x=364m-168m=196m>180m,所以两车相撞
如图所示为仓库中常用的皮带传输装置示意图,它由两台皮带传送机组成,一台水平,A、B两端相距3m,另一台倾斜,传送带与地面的倾角θ=37°,C、D相距4.45m,B、C相距很近.水平部分AB以 v0=5m/s的速率顺时针匀速转动.将质量为10kg的一袋大米无初速度地放在A端,到达B端后,速度大小不变地传到倾斜的CD部分,米袋与传送带间的动摩擦因数均为0.5,g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.
(1)若CD部分传送带不运转,求米袋沿传送带所能上升的最大距离.
(2)若要米袋能被传送到D端,求CD部分顺时针运转的最小速度,以及米袋从C端到 D端所用的最长时间.
正确答案
(1)米袋在AB上加速时的加速度a0==μg=5m/s2.
米袋的速度达到v0=5m/s时,滑行的距离s0==2.5m<AB=3m,因此米袋在到达B点之前就与传送带达到共速.
设米袋在CD上运动的加速度大小为a,由牛顿第二定律得,
mgsinθ+μmgcosθ=ma
代入数据得a=10m/s2.
所以米袋沿传送带所能上升的最大距离s==1.25m.
(2)设CD部分运转速度为v时米袋恰能到达D点(即米袋到达D点时速度恰好为零),则米袋速度减为v之前的加速度为a1=gsinθ+μgcosθ=10m/s2.
米袋速度小于v至减为零前的加速度大小为a2=gsinθ-μgcosθ=2m/s2.
由+
=4.45m.
解得v=4m/s,即要把米袋送到D点,CD部分顺时针运转的最小速度为4m/s.
米袋恰能运到D点所用时间最长为tm=+
=2.1s.
答:(1)米袋沿传送带所能上升的最大距离为1.25m.
(2)CD部分顺时针运转的最小速度为4m/s,米袋从C端到 D端所用的最长时间为2.1s.
某学校探究性学习小组对一辆自制遥控小车的性能进行研究.他们让这辆小车在水平的地面上由静止开始运动,并将小车运动的全过程记录下来,通过数据处理得到如图所示的v一t图象.已知小车在0-2s内做匀加速直线运动,2s一10s内小车牵引力的功率保持不变,在10s末通过遥控关闭小车的发动机.小车质量m=lkg,整个过程中小车受到的阻力大小不变.求:
(1)小车关闭发动机继续滑行时所受阻力的大小;
(2)当速度为4.8m/s时小车的加速度;
(3)小车在加速运动过程中的总位移.
正确答案
(1)由图象可知,小车关闭发动机继续滑行时的加速度a1=2m/s2
所受阻力f=ma1=2N
(2)由图象可知,7-10s内小车做匀速直线运动,牵引力F1=f=2N
发动机的输出功率P=F1v1=12W
当速度为4.8m/s时,牵引力F2==2.5N
由牛顿第二定律F2-f=ma2得:a2=0.5m/s2
(3)小车在前2s内的位移:s1==4m
2-7s内,由动能定理得:
Pt2-fs2=mv22-
mv12
s2=25m
加速阶段的总位移:s=s1+s2=29m
答:(1)小车所受的阻力Ff是2N;
(2)当速度为4.8m/s时小车的加速度为0.5m/s2;
(3)小车在加速运动过程中的总位移x是29m.
猎狗能以最大速度持续地奔跑,野兔只能以最大速度
的速度持续奔跑。一只野兔在离洞窟
处的草地上玩耍,被猎狗发现后径直朝野兔追来。兔子发现猎狗时,与猎狗相距
,兔子立即掉头跑向洞窟。设猎狗、野兔、洞窟总在同一直线上,求:野兔的加速度至少要多大才能保证安全回到洞窟。
正确答案
解:设野兔的加速度至少为a才能安全回洞窟,时间为t
对猎狗,得
对野兔
若一直加速,则到达洞窟的速度>
,不符合题设
故野兔应先加速后以匀速
设加速时间为,则有
得
故
卡车原来以10m/s的速度在平直公路上匀速行驶,因为路口出现红灯,司机从较远的地方开始刹车,使卡车匀减速前进,当车减速到2m/s时,交通灯转为绿灯,司机当即停止刹车,并且只用了减速过程的一半时间就加速到原来的速度,从刹车开始到恢复原速过程用了12s.求:
(1)减速与加速过程中的加速度大小?
(2)开始刹车后2s末及10s末的瞬时速度?
正确答案
(1)减速时间:t1=t=8s.
加速的时间t2=t=4s.
减速过程中的加速度:a1==
=-1m/s2.
加速过程中的加速度:a2==
m/s2=2m/s2.
(2)2s末速度:v1′=v0+a1t1′=(10-1×2)m/s=8m/s
8s末汽车开始做匀加速直线运动,10s末的速度等于以2m/s为初速度,经过2s后的速度.
所以10s末速度为:v2′=v1+a2t2′=(2+2×2)m/s=6m/s
答:(1)减速与加速过程中的加速度大小分别是1m/s2和2m/s2.
(2)2s末的速度为8m/s,10s末的速度为6m/s.
武汉到南京的动车共3趟,每趟运行时间约3.5小时。把动力装置分散安装在每节车厢上,使其既具有牵引动力,又可以载客,这样的客车车辆叫做动车。而动车组就是几节自带动力的车辆(动车)加几节不带动力的车辆(也叫拖车)编成一组,就是动车组,假设动车组运行过程中受到的阻力与其重力成正比,每节动车与拖车的质量都相等,每节动车的额定功率都相等。
(1)若1节动车加3节拖车编成的动车组的最大速度为120 km/h;则6节动车加3节拖车编成的动车组的量大速度为多少?
(2)若动车组在匀加速运动过程中,通过第一个50 m所用时间是10 s,通过第二个50 m所用时间是6s,则动车组的加速度为多少?
正确答案
解:(1)设每节动车的功率为P,重力为G,阻力为kG
1节动车加3节拖车编成的动车组有P=F1v1
又F1=4kG
对6节动车3节拖车编成的动车组有6P=F2v2
又F2=9kG
将v1=120 km/h 代入解得v2=320 km/h
(2) 方法一:通过第一个50 m所用时间是10 s,中间时刻的速度
通过第二个50 m所用的时间是6s,中间时刻的速度
两个中间时刻的时间差为△t=8 s
加速度
方法二:动车在通过第一个50 m时有
动车在通过两个50 m时有
代入数据得a=0.42m/s2
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