- 匀变速直线运动的研究
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一枚由课外小组自制的火箭,在地面时的质量为3Kg。设火箭发射实验时,始终在垂直于地面的方向上运动。火箭点火后燃料燃烧向下喷气的过程可认为其做匀加速运动,火箭经过4s到达离地面40m高时燃料恰好用完。若空气阻力忽略不计,(g=10m/s2)试求:
(1)燃料恰好用完时火箭的速度为多少?
(2)火箭发射实验中离开地面的最大高度为多少?
(3)火箭上升时受到的最大推力是多少?
正确答案
解:(1)设燃料燃烧结束时火箭的速度为v,根据运动学公式有
,
(2)火箭能够继续上升的最大高度为
(3)火箭在飞行中质量不断减少,所以在点火起飞的最初时刻其推力最大,根据运动学以及牛顿第二定律有
如图所示,以v1=6 m/s匀速行驶的汽车即将通过路口,路灯还有2s将熄灭,此时汽车距离停车线s=22.5 m。为了不违反交通法规,汽车司机可采取以下两种措施:
措施一:立即让汽车匀减速,使汽车在路灯熄灭后能够在停车线处停下
措施二:立即让汽车匀加速,使汽车在路灯熄灭前通过停车线
已知该车加速时最大加速度大小为10 m/s2,此路段允许行驶的最大速度为vm=12 m/s。试通过计算说明,在不违反交通法规情况下,该汽车司机能否采取第二种措施?若能,求出汽车满足条件的加速度;若不能,则汽车司机只能采取措施一,请求出在采取措施一的情况下,汽车减速时的最小加速度。
正确答案
解:假设措施二可行,设汽车的加建度为a,加速时间为t1,以允许的最大速度匀速行驶t2,则由运动学知识可得
vm=v1+at1t1+t2=2 s
联立以上三式,带入数据得a≥12m/s2,与题设矛盾,故措施二不可行。若采取措施一,设最小加速度为a',由运动学公式v12=2a's,带入数据得a'=0.8 m/s2,所以汽车采取措施的最小加速度为0.8 m/s2
一辆汽车在平直公路上做匀变速直线运动,公路边每隔15m有一棵树,如图所示,汽车通过AB两相邻的树用了3s,通过BC两相邻的树用了2s,求汽车运动的加速度和通过树B时的速度为多少?
正确答案
解:汽车经过树A时速度为vA,加速度为a
对AB段运动,由有:
同理,对AC段运动,有:
两式联立解得:,
再由得:
一物体从斜面顶端由静止开始匀加速下滑到斜面底端,最初3s内经过的路程为s1,最后3s内经过的路程为s2,已知s2 -s1 = 1.2m,s1:s2 = 3 :7,求:
(1)加速度为多大?
(2)滑到斜面底端时速度?
(3)斜面长度?
正确答案
解:(1)由已知条件得:S1 = 0.9m,S2 = 2.1m
由公式S1 = at2/2 得加速度a = 0.2m/s2
(2)由运动可逆性,在最后3s内,未速度为V,有:S2 = Vt-at2/2
解得V = 1m/s
(3)斜面长度L = V2/2a = 2.5m
一辆汽车以72km/h的速度正在平直公路上匀速行驶,突然发现前方40m处有需要紧急停车的危险信号,司机立即采取刹车措施.已知该车在刹车过程中加速度的大小为5m/s2,则从刹车开始经过5s时汽车前进的距离是多少?此时是否已经到达危险区域?
正确答案
设汽车由刹车开始至停止运动所用的时间为t0,选初速度的方向为正方向,由于汽车做匀减速直线运动,加速度a=-5m/s2.
则由vt=v0+at0,得t0==4s.
可见,该汽车刹车后经过4s就已停下,其后的时间内汽车是静止的.
由运动学公式x=v0t+at2知,刹车后经过5s汽车通过的距离为x=v0t0+
at02=40m.
即汽车此时恰好未到达危险区域.
答:刹车开始5s内的位移为40m,恰好未到达危险区域.
物块以V0=4米/秒的速度滑上光滑的斜面D点,途经A、B两点,已知在A点时的速度是B点时的速度的2倍,由B点再经0.5秒物块滑到斜面顶点C速度变为零,A、B相距0.75米,求斜面的长度及物体由D运动到C的时间?
正确答案
解:物块作匀减速直线运动,设A点速度为VA、B点速度VB,加速度为a,斜面长为x
A到B: ①
②
B到C: ③
解①②③得:,
④
D到C:,
⑤
从D运动到C的时间: ⑥
如图所示,公路上一辆汽车以v1 = 10 m/ s的速度匀速行驶,汽车行至A点时,一人为搭车,从距公路30m的C处开始以v2 = 3m/ s的速度正对公路匀速跑去,司机见状途中刹车,汽车做匀减速运动,结果人到达B点时,车也恰好停在B点。已知AB = 80m,问:汽车在距A多远处开始刹车,刹车后汽车的加速度有多大?
正确答案
解:人、车到达B点所用时间t = 30/3=10s
设汽车匀速运动时间为t1,s = v1t1+(t-t1) v1/2
t1= 6s
汽车刹车处离A点L= v1t1= 60m
刹车加速度a = v1/(t-t1) =2.5m/s2
汽车以10m/s的速度在平直公路上匀速行驶,刹车后经2s速度变为6m/s。求:
(1)刹车后2s内前进的距离及刹车过程中的加速度;
(2)刹车后前进9m所用的时间;
(3)刹车后8s内前进的距离。
正确答案
(1)16m,-2m/s2(2)1s
(3)25m
飞机着陆后做匀变速直线运动,10s内前进450m,此时速度减为着陆时速度的一半。试求:
(1)飞机着陆时的速度;
(2)飞机着陆后30s时距着陆点多远。
正确答案
解:(1)设飞机着陆时的速度为v0,减速10s速内,由平均速度得滑行距离:
,
解得:v0=60m/s,
(2)飞机着陆后匀减速运动的加速度大小为:
,
飞机停止运动所用时间为:
,
所以,着陆后30s滑行的距离为:
,
答:(1)飞机着陆时的速度为60m/s;
(2)着陆后30s滑行的距离是600m.
假设飞机着陆后作匀减速直线运动,经10s速度减为一半,滑行了450m,则飞机着陆时的速度为多大?着陆后30s滑行的距离是多大?
正确答案
解:设飞机着陆时的速度为v0,减速10s速内,滑行距离
解得v0=60m/s
飞机着陆后匀减速运动的加速度大小为m/s2
飞机停止运动所用时间为s
所以,着陆后30s滑行的距离是m
城市规定,汽车在学校门前的马路上的行驶速度不得超过30km/h。一次,一辆汽车在校门前的马路上遇紧急情况刹车,由于车轮抱死,滑行时在马路上留下一道笔直的车痕。交警测量了车痕的长度为10m,又从监控资料上确定了该车从开始刹车到停止的时间为2s,汽车从刹车滑行至停止的过程可以看成匀减速直线运动,请你判断这辆汽车有没有违章超速?(写出计算过程)
正确答案
解:设汽车的初速度为v0,刹车过程发生的位移x=10m,时间t=2s,末速度vt=0
汽车做匀减速直线运动,x = t
=(v0+vt)/2
联立两式可得:v0=10m/s
10m/s =36km/h >30km/h,汽车违章超速
汽车进站关闭发动机做匀减速直线运动,当滑行x1=30m时,速度恰好减为初速度的一半,接着又滑行了t2=20s才停止。求:汽车关闭发动机时的速度v0和滑行的总时间t。
正确答案
解:
解得
平直公路上有甲、乙两辆汽车,甲以1.0m/s2的加速度由静止开始行驶,此时乙在甲的前方37.5m处以5m/s的速度做同方向的匀速运动,问:
(1)经过多长时间甲能追上乙?追上时甲离出发点多远?
(2)在追赶过程中,经过多长时间甲、乙之间有最大距离?这个距离为多少?
正确答案
解:(1)设经t1时间甲追上乙,则
解得:,
(2)设经t2时间甲乙之间有最大距离,此时甲乙两车速度相等,即
解得:
代入数据解得最大距离
质量为m=2kg的木块,放在水平面上,它们之间的动摩擦因数μ=0.5,现对木块施F=20N的作用力,如图所示.木块运动4s后撤去力F到木块直到停止(g=10m/s2).求:
(1)有推力作用时木块的加速度为多大?
(2)撤去推力F时木块的速度为多大?
(3)撤去推力F到停止运动过程中木块的加速度为多大?
(4)木块在水平面上运动的总位移为多少?
正确答案
以木块的运动方向为正方向.
(1)力F作用时,木块受力分析如图所示.
由牛顿第二定律得F-Ff1=ma1
又有 FN=mg,Ff1=μFN
此过程物体的位移x1=a1t2
联立式解得a1=5m/s2,x1=40m.
(2)撤去力F时木块的速度v=a1t=20m/s
(3)撤去力F后,木块受力分析如图所示.
由牛顿第二定律得-Ff2=ma2
又有Ff2=μmg
此过程木块的位移x2=
解得a2=-5m/s2,x2=40m
(4)木块在水平面上运动的总位移x=x1+x2=80m
答:(1)有推力作用时木块的加速度为5m/s2;(2)撤去推力F时木块的速度为20m/s;(3)撤去推力F到停止运动过程中木块的加速度为-5m/s2;(4)木块在水平面上运动的总位移为80m.
如图所示为水平导轨,A、B为弹性竖直挡板,相距L=4m。小球自A板处开始,以v0=4 m/s的速度沿导轨向B运动。它与A、B挡板碰撞后均以与碰前大小相等的速率反弹回来,且在导轨上做减速运动的加速度大小不变。为使小球停在AB的中点,这个加速度的大小应为多少?
正确答案
解:由于小球与挡板碰后速率不变,运动中加速度大小不变,因此小球在挡板间往复的运动可用一单向的匀减速运动等效替代。要使小球停在AB的中点,它运动的路程应满足s=L(n=0、1、2、...)
其中,所以
m/s2(n=0、1、2、...)
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