- 匀变速直线运动的研究
- 共14248题
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
某公共汽车的运行非常规则,先由静止开始匀加速启动,当速度达到v1=10 m/s时再做匀速运动,进站前开始匀减速制动,在到达车站时刚好停住。公共汽车在每个车站停车时间均为△t=25 s。然后以同样的方式运行至下一站。已知公共汽车在加速启动和减速制动时加速度大小都为a=1 m/s2,而所有相邻车站间的行程都为x=600 m,有一次当公共汽车刚刚抵达一个车站时,一辆电动车刚经过该车站一段时间t0=60 s,已知该电动车速度大小恒定为v2=6 m/s,而且行进路线、方向与公共汽车完全相同,不考虑其他交通状况的影响,试求:
(1)公共汽车从车站出发至到达下一站所需的时间t是多少?
(2)若从下一站开始计数,公共汽车在刚到达第n站时,电动车也恰好同时到达此车站,n为多少?
正确答案
解:(1)公共汽车启动时加速所用的时间为t1t1=v1/a,得t1=10 s
启动加速时行驶的路程为x1
,得x1=50 m
上面所求时间和路程同时也是制动减速所用的时间和路程,所以汽车每次匀速行驶所经过的路程为x2
x2=x-2x1,得x2=500 m
匀速行驶所花时间为t2
t2=x2/v1,得t2=50 s
所以公共汽车在每两站之间运动所经历的时间为t=2t1+t2=70 s
(2)电动车到达第n站所用的总时间为T
T=n(t+△t)+t0所以有v2T=nx
代入数据可求得n=12
在一次警车A追击劫匪车B时,两车同时由静止向同一方向加速行驶,经过30 s追上。两车各自的加速度为aA=15 m/s2,aB=10 m/s2,各车最高时速分别为vA=45 m/s,vB=40 m/s,问追上时两车各行驶多少路程?原来相距多远?
正确答案
解:如图所示,以A车的初始位置为坐标原点,Ax为正方向,设L为警车追上劫匪车所走过的全程,l为劫匪车走过的全程。则两车原来的间距为ΔL=L-l
设两车加速运动用的时间分别为tA1、tB1,以最大速度匀速运动的时间分别为tA2、tB2,则vA=aAtA1,解得tA1=3 s,则tA2=27 s
同理tB1=4 s,tB2=26 s
警车在0~3 s时间段内做匀加速运动,L1=aAtA12
在3 s~30 s时间段内做匀速运动,则L2=vAtA2
警车追上劫匪车的全部行程为L=L1+L2=aAtA12+vAtA2=1 282.5 m
同理劫匪车被追上时的全部行程为l=l1+l2=aBtB12+vBtB2=1 120 m
两车原来相距ΔL=L-l=162.5 m
甲、乙两车做同向直线运动,初始相距s0=10 m。已知甲车在前以速度v=4 m/s做匀速直线运动,乙车以初速度v0=16 m/s开始做匀减速运动,加速度大小为a= 4m/s2。求两车相遇几次?何时相遇?
正确答案
解:设二者经时间t第一次相遇,则
代入数据解得:t1=1 s,t2=5 s(大于乙车刹车时间,舍去)
1s末乙车的速度为v1=v0-at1=12 m/s,它以此速度超过甲车并继续做匀减速直线运动至停止后被甲车追上。乙车在这一阶段发生的位移为:
甲车追上乙车所需要的时间为
故第二次相遇的时刻为:t2=t1+t'=5.5 s
即二者共相遇两次,相遇时间分别为t1=1 s,t2=5.5 s
甲、乙两个小朋友玩跑步游戏,甲从静止开始起跑,经过=5m距离能加速到最大速度
,并能维持一段较长时间。乙从静止开始起跑,经过
=6m的距离能加速到最大速度
,以后只能维持这个速度
。设乙距离甲
时开始追击,而甲在乙开始跑后
后才开始起跑,假定甲、乙在加速阶段分别做匀加速运动,且均沿同一直线奔跑,求:
(1)甲乙加速度大小以及加速时间;
(2)乙要在自己匀速阶段追上甲,值应在什么范围?
正确答案
解:(1)根据,得到甲的加速度大小为
根据,得到乙的加速度大小为
根据,得甲的加速时间为
根据,得乙的加速时间为
(2)若要求乙要在自己匀速阶段追上甲,则乙的运动时间为4秒末到8秒末
I:乙运动的时间为4s
乙在前4s内刚好加速到最大速度,所以位移为
而此时甲匀加速运动了3s,所以
值为
II:乙运动时间为8s
乙在4s到8s一直匀速运动,所以位移为
乙向前运动了
而甲匀加速了4s,运动了=5m
又匀速了3s,所以
甲向前运动了
值为
所以:
从斜面上某一位置,每隔0.1 s放下一颗相同的小球,在连续放下几颗以后,对在斜面上滚动的小球摄下照片,如图所示,测得AB= 15 cm,BC= 20 cm,请你根据实验数据,探究分析以下问题:
(1)小球的加速度;
(2)拍摄时B球的速度vB;
(3)D与C的距离;
(4)A球上面正在滚动的球还有几颗.
正确答案
(1)5 m/s2;
(2)1. 75 m/s;
(3)0.25 m;
(4)两颗.
长为1.5m的长木板B静止放在水平冰面上,小物块A以某一初速度从木板B的左端滑上长木板B,直到A、B的速度达到相同,此时A、B的速度为0.4m/s,然后A、B又一起在水平冰面上滑行了8.0cm后停下.若小物块A可视为质点,它与长木板B的质量相同都为2kg,A、B间的动摩擦因数μ1=0.25.求:(取g=10m/s2)
(1)木块与冰面的动摩擦因数μ2.
(2)全过程产生的总热量Q.
(3)为了保证小物块不从木板的右端滑落,小物块滑上长木板的初速度应为多大?
正确答案
解:
(1)A、B一起运动时,受冰面对它的滑动摩擦力,做匀减速运动,加速度解得木板与冰面的动摩擦因数μ2=0.10;
(2)小物块A受木板对它的滑动摩擦力,做匀减速运动,加速度a1=μ1g=2.5m/s2,小物块A在木板上滑动,木块B受小物块A的滑动摩擦力和冰面的滑动摩擦力,做匀加速运动,有μ1mg-μ2(2m)g=ma2解得加速度a2=0.50m/s2,
设小物块滑上木板时的初速度为v10,经时间t后A、B的速度相同为v
由长木板的运动得v=a2t,解得滑行时间
小物块滑上木板的初速度 v10=v+a1t=2.4m/s
小物块A在长木板B上滑动的距离
AB间产生热Q=μ1mgΔs=4.8J,木板B总位移为Δs2=at2+0.08=0.24m
则B与冰面之间产生热量Q2=μ22mgΔs=0.96J,总热量Q=Q1+ Q2=5.76J(由能量守恒解得:
总热量Q=mv102/2=5.76J 也可)
(3)小物块A滑上长木板的初速度越大,它在长木板B上相对木板滑动的距离越大,当滑动距离等于木板长时,物块A达到木板B的最右端,两者的速度相等(设为v′),这种情况下A的初速度为保证不从木板上滑落的最大初速度,设为v0.
有,
由以上三式解得,为了保证小物块不从木板的右端滑落,小物块滑上长木板的初速度不大于最大初速度
。
在四川汶川抗震救灾中,一名质量为60 kg、训练有素的武警战士从直升机上通过一根竖直的质量为20 kg的长绳由静止开始滑下,速度很小可认为等于零。在离地面18 m 高处,武警战士感到时间紧迫,想以最短的时间滑到地面,开始加速。已知该武警战士落地的速度不能大于6 m/s,以最大压力作用于长绳可产生的最大加速度为5 m/s2;长绳的下端恰好着地,当地的重力加速度为g=10 m/s2。求武警战士下滑的最短时间和加速下滑的距离。
正确答案
解:设武警战士加速下滑的距离为h1,减速下滑的距离为(H-h1),加速阶段的末速度等于减速阶段的初速度为vmax,由题意和匀变速运动的规律有:
由上式解得h1=m=7.2 m
武警战士的最大速度为vmax=m/s=12 m/s
加速时间:t1=s=1.2 s
减速时间:t2=s=1.2 s
下滑的最短时间t=t1+t2=1.2 s+1.2 s=2.4 s
A、B两列火车在同一轨道上同向行驶,A车在前,速度vA=10 m/s,B车在后,速度vB=30 m/s。因能见度低,B 车在距A车500 m时才发现前方有A车,这时B车立即刹车,但要经过1 800 m车才能停下,问:
(1)A车若仍按原速度前进,两车是否会相撞?若会相撞,将在何时何地发生?
(2)B车在刹车的同时发出信号,A车司机在收到信号1.5s后加速前进,则A车的加速度多大时,才能避免发生事故?
正确答案
解:(1)B车刹车时加速度大小0.25 m/s2B车停下来的运动时间
设B车刹车后经时间t两车速度相等,即vB-aBt=vA,
此时A车前进距离xA'=vAt=10×80m=800 m
B车前进距离802 m=1 600 m
因xA'+500 m=1 300 m<xB',故两车相撞
设两车相撞时经历时间为t',则有
即,解得t'≈31.01 s(另一根不合题意,舍去)
设相撞处距B车开始刹车处距离为xB''
则xB''=vAt'+x=10×31.01m+500 m=810.1 m
(2)设B车恰好不与A车相撞时,A车的加速度为aA,当B车追上A车时,两车速度相等,此时距B车开始刹车的时间为t0故有xA+x=xB,即①
且vB-aBt0=vA+aA(t0-△t),即30-0.25t0=10+ aA(t0-1.5) ②
解①②两式得t0≈49.43 s,aA≈0.16 m/s2故当A车的加速度大于0.16 m/s2时,可避免两车相撞
一辆长为l1=14 m的客车沿平直公路以v1=8 m/s的速度匀速向东行驶,一辆长为l2=10 m的货车由静止开 始以a=2 m/s2的加速度由东向西匀加速行驶,已知货车刚启动时两车前端相距s0=240 m,当货车的速度达到v2=24 m/s时即保持该速度匀速行驶,求两车错车所用的时间。
正确答案
解法一:已知客车长l1=14 m,它做匀速运动,v1=8 m/s;货车长l2=10 m,加速度为a=2 m/s2,两车开始相距s0=240 m,设经过t1时间两车车头相遇,并设想火车始终在做匀加速运动
则,可得t1=12 s
此时货车的行驶速度为:v货=at1=24 m/s(火车恰好达到最大速度,设想成立)
设错车时间为t2,则两车错车时刚好匀速错车,则v1·t2+v货·t2=l1+l2
可得t2=0.75s
解法二:设经过t1时间货车速度达到v2,则
在t1时间内,两车位移分别为:x1=v1t1=96 m,
x1+x2=240 m=s0说明此时两车刚好前端相遇,则两车错车时刚好匀速错车
设错车时间为t2,则v1·t2+v2·t2=l1+l2
可得t2=0.75 s
一块足够长的白板,位于水平桌面上,处于静止状态,一石墨块(可视为质点)静止在白板上,石墨块与白板间有摩擦,滑动摩擦系数μ=0.1。突然,使白板以恒定的加速度a1=2m/s2做匀加速直线运动,石墨块将在板上划下黑色痕迹,经过时间t=1s,令白板以m/s2的加速度做匀减速直线运动直至静止。试求白板上黑色痕迹的长度(已知重力加速度为g=10m/s2,不计石墨与板摩擦划痕过程中损失的质量)。
正确答案
解:设石墨块的加速度为a2 ,根据牛顿第二定律,得=1m/s2 ①
设经历时间t=1s,白板由静止开始加速到速度v1,石墨块则由静止加速到v2,有
②,
③
由,故
,石墨块继续受到滑动摩擦力的作用
设再经时间t',白板的速度由v1减小到v1',有 ④
石墨块的速度由v2增加到v2',有 ⑤
当v1'=v2'后,即,不再产生新的痕迹,然后两者共同减速运动至停止
设白板的速度从0增加到v1的过程中,白板和石墨块移动的距离分别为s1和s2 ⑥,
⑦
在白板的速度从v1减小到v1'的过程中,白板和石墨块移动的距离分别为s1'和s2'
⑧,
⑨
传送带上留下的黑色痕迹的长度 ⑩
由以上各式得
A、B两辆汽车在笔直的公路上同向行驶。当B车在A车前84 m处时开始计时,此时B车速度为4 m/s,且正以2 m/s2的加速度做匀加速运动;经过一段时间后,B车加速度突然变为零,A车一直以20 m/s的速度做匀速运动,从记时开始经过12 s后两车相遇。问B车加速行驶的时间是多少?
正确答案
解:设A车的速度为vA,B车加速行驶时间为t,两车在t0时相遇。则有
①
②
式中,t0=12s,sA、sB分别为A、B两车相遇前行驶的路程
依题意有 ③,式中s=84 m
由①②③式得 ④
代入题给数据vA=20m/s,vB=4m/s,a=2m/s2有 ⑤,式中的单位为s
解得t1=6 s,t2=18 s ⑥
t2=18s不合题意,舍去
因此,B车加速行驶的时间为6 s ⑦
如图所示,皮带在轮O1,O2带动下以速度v匀速转动,皮带与轮之间不打滑。皮带AB段长为L,皮带左端B处有一光滑小圆弧与一光滑斜面相连接,物体无初速度放上皮带右端后,能在皮带带动下向左运动,并滑上斜面。已知物体与皮带间的动摩擦因数为μ,且。求:
(1)若物体无初速度放上皮带的右端A处,则其运动到左端B处的时间;
(2)若物体无初速度地放到皮带上某处,物体沿斜面上升到最高点后沿斜面返回,问物体滑回皮带后,是否有可能从皮带轮的右端A处滑出?判断并说明理由;
(3)物体无初速度放在皮带的不同位置,则其沿斜面上升的最大高度也不同,设物体放上皮带时离左端B的距离为x,请写出物体沿斜面上升最大高度h与x之间的关系,并画出h-x图像。
正确答案
解:(1)物体放上皮带后运动的加速度a=μg
物体加速到v前进的位移
因为L>x0,所以物体先加速后匀速,加速时间
匀速时间t2=
所以物体从A到B的时间
(2)不能从右端A滑出,理由:物体从斜面返回皮带的速度与物体滑上斜面的初速度大小相等,所以返回时最远不能超过释放的初始位置
(3)当x≤x0时,物体一直加速,到B的速度为v1,则v12=2μgx
又
所以
当x>x0时,物体先加速后匀速,到达B时速度均为v
,h-x图像如图所示
交管部门强行推出了“电子眼”,机动车违规现象大幅度减少。现有甲、乙两汽车正沿同一平直马路同向匀速行驶,甲车在前,乙车在后,它们行驶的速度均为10m/s。当两车快要到十字路口时,甲车司机看到绿灯已转换成了黄灯,于是紧急刹车(反应时间忽略不计),乙车司机为了避免与甲车相撞也紧急刹车,但乙车司机反应较慢(反应时间为0.5a)。已知甲车、乙车紧急刹车时所受的阻力均为车重的0.4倍,求:
(1)若甲司机看到黄灯时车头距警戒线15m,他采取上述措施能否避免闯红灯?
(2)为保证两车在紧急刹车过程中不相撞,甲、乙两车行驶过程中应保持多大距离?
正确答案
解:(1)根据牛顿第二定律可得甲车紧急刹车的加速度为
甲车停下来所需时间
这段时间滑行距离
则,甲车司机能避免闯红灯
(2)设甲、乙两车行驶过程中至少应保持距离s0,在乙车刹车t2时间两车恰好相遇,则有:
乙车紧急刹车的加速度为
恰好相遇条件:
,
解得:
A、B两辆汽车在笔直的公路上同向行驶。当B车在A车前39m处时,B车速度为10m/s,且正以大小为2m/s2的加速度做刹车的运动;A车一直以20m/s的速度做匀速运动。问:
(1)B车行驶的时间是多少秒后两车相遇。
(2)两车相遇时B车行驶的速度。
正确答案
解:(1)设B停止用时t,
前进距离
此时
因>
,故B停止前与A相遇
设经时间二者相遇,那么
代数
解得或
(舍去)
(2)
代数,得m/s
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