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简答题

一质点沿一直线运动,先以10m/s的速度匀速前进3s,接着又以2.5m/s2的加速度匀加速运动4s,最后以大小为10m/s2的加速度匀减速运动直至停止。求:

(1)整个过程中的最大速度;

(2)总位移;

(3)画出整个过程的速度时间(v-t)图像。(要求标出相关点坐标)

正确答案

(1)Vm=20 m/s

(2)S=110m

(3)图“略”

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简答题

一辆汽车以8m/s的速度匀速行驶且即将通过两个路口。某一时刻汽车距离第一路口的停车线18m,此时第一个路口的绿灯还有2s熄灭,第二个路口的绿灯还8s熄灭。已知两路口停车线间距为100m,该车加速时最大加速度大小为2m/s2;减速时最大加速度大小为7m/s2。该路段允许行驶的最大速度为14m/s。忽略汽车长度,试问:

(1)如果汽车立即做匀加速直线运动,在绿灯熄灭前汽车能否通过第一路口停车线?并说明理由。

(2)如果汽车立即做匀加速直线运动,在绿灯熄灭前汽车能否通过第二路口停车线?并说明理由。

(3)试求汽车从初位置到第二路口停车线停下来所用最短时间。(结果保留一位小数)

正确答案

解:(1)从该时刻起,让汽车以最大速度做匀加速运动,2s内的位移为x,2s内的速度为v,则

X=v0t+a1t2=20m>18m

v=v0+a1t=12m/s<14m/s

所以汽车可以通过第一个路口

(2)设汽车达到最大速度的时间为t1,此段位移为x1,则根据速度公式有

t1==3s

此段位移为x1=v0t1+a1t12=33m

匀速运动到第二个路口停车线的时间为t2,则

X2=d1+d2-x1

t2==6.07s

到达第二个路口的总时间为t,则

t=t1+t2=9.07s>8s

所以不能通过第二个路口

(3)设汽车从最大速度状态以最大加速度减速停下所用时间为t3,位移为x3,则

t3==2s

x3=t3=14m

匀速运动的位移和时间分别为,则

=d1+d2-x1-x3

==5.1s

总时间t'=t1++t3=10.1s

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简答题

一辆汽车在十字路口等候绿灯,当绿灯亮时汽车以3.0 m/s2的加速度由静止开始做匀加速直线运动,恰在这时一辆自行车以6.0 m/s的速度从后面匀速驶来,超过汽车。求:

(1)汽车追上自行车前,两者间距离最大时汽车的速度;

(2)汽车追上自行车之前,两者间的最大距离;

(3)汽车启动后追上自行车所需的时间。

正确答案

解:(1)当汽车的速度与自行车的速度大小相等时,两者间的距离最大,

(2)设从汽车启动到汽车与自行车距离最大这段时间为t。

因为汽车做匀加速直线运动,所以

所以

而自行车做匀速直线运动,所以

此时汽车与自行车的最大距离

                                                        ⑤

(3)设汽车追上自行车所需时间为,

此时

  

则由⑥⑦⑧式可得:

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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。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,而所有相邻车站间的行程都为,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,已知该电动车速度大小恒定为,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是多少?

(2)若从下一站开始计数,公共汽车在刚到达第站时,电动车也恰好同时到达此车站,为多少?

正确答案

解:(1)公共汽车启动时加速所用的时间为t1

t1=V1/a,得t1=10s

启动加速时行驶的路程为S1

S1=,得S1=50m

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S2 S2=S-2S1,得S2=500m

匀速行驶所花时间为t2

t2=S2/V1,得t2=50s

所以公共汽车在每两站之间运动所经历的时间为t=2t1+t2=70s

(2)电动车到达第n站所用的总时间为T

T=n(t+Δt)+t0

所以有V2T=nS

代入数据可求得n=12

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摩托车从静止开始,以a1=1.6m/s2的加速度沿直线行驶,中途有一段做匀速运动,后又以a2=6.4m/s2的加速度做匀减速运动,直到停止,共发生位移s=1.6km,历时t=130s。试求:

(1)运动过程中摩托车的最大速度为多少?

(2)如果总位移s、加速度a1、a2保持不变,若适当增长加速运动的时间,可使走完这段路程所需总时间最短,试求总时间的最小值。

正确答案

解:(1)设最大速度为v,匀速运动的时间为t1, 则

s,

解得t1=120s,v=12.8m/s

(2)走完全程的最短时间就是摩托车先加速,后减速,到终点速度恰好为零

s=

解得t=t1+t2=50s

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某人骑自行车以4m/s的速度匀速前进,某时刻在其前面7m处以10m/s速度同向运行的汽车开始关闭发动机,以大小为2m/s2的加速度匀减速行驶,求:

(1)此人在追上汽车之前何时距汽车最远?最大距离为多少?

(2)此人需要多长时间才能追上汽车?此时汽车的速度是多大?

正确答案

(1)当两者速度相等时相距最远Sm=16m

(2)汽车所需时间是5s。位移为25m,加上7m共32m,则汽车要追上得用8s的时间,此时汽车已停了3s,所以速度为0

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简答题

一辆汽车以54 km/h的速率在某限速道路上超速匀速行驶,当这辆违章超速行驶的汽车刚刚驶过一辆警车时,警车立即从静止开始以2.5 m/s2的加速度匀加速追去(两车行驶路线看做直线),求:

(1)警车何时能追上超速车?此时警车的速度为多大?

(2)警车从开始加速起,在追上超速车之前两车相距的最大距离是多少?

正确答案

解:(1)v0=54km/h=15m/s

当警车追上超速车时,满足

追上时位移关系满足s1=s2由以上各式化简解得:t=2v0/a

代入数据得t=12s

设警车追上超速车时的速度为v,则v=at

代入数据得v=30m/s

(2)当v2=v1时,两车相距最大

v2=v1=at1,t1=6s

s1=at12/2=45m

s2=v2t1=90m

△s=s2-s1=45m

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简答题

足够长的粗糙绝缘板A上放一个质量为m、电荷量为+q的小滑块B。用手托住A置于方向水平向左、场强大小为E的匀强电场中,此时A、B均能静止,如图所示。现将绝缘板A从图中位置P垂直电场线移至位置Q,发现小滑块B相对A发生了运动。为研究方便可以将绝缘板A的运动简化成先匀加速接着匀减速到静止的过程。测量发现竖直方向加速的时间为0.8 s,减速的时间为0.2 s,P、Q位置高度差为0.5 m。已知匀强电场的场强E=,A、B之间动摩擦因数μ=0.4,g取10 m/s2。求:

(1)绝缘板A加速和减速的加速度分别为多大?

(2)滑块B最后停在离出发点水平距离多大处?

正确答案

解:(1)设绝缘板A匀加速和匀减速的加速度大小分别为a1和a2,匀加速和匀减速的时间分别为t1和t2,P、Q高度差为h,则有

a1t1=a2t2,h=a1t12a2t22

求得a1=1.25 m/s2,a2=5 m/s2(2)研究滑板B,在绝缘板A匀减速的过程中,由牛顿第二定律可得

竖直方向上:mg-N=ma2

水平方向上:Eq-μN=ma3

求得:a3=0.1g=1 m/s2在这个过程中滑板B的水平位移大小为x3a3t22=0.02 m

在绝缘板A静止后,滑板B将沿水平方向做匀减速运动,设加速度大小为a4,有

μmg-Eq=ma4,得a4=0.1g=1 m/s2

该过程中滑板B的水平位移大小为x4=x3=0.02 m

最后滑板B静止时离出发点的水平距离x=x4+x3=0.04 m

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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。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,而所有相邻车站间的行程都为,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,已知该电动车速度大小恒定为,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是多少?

(2)若从下一站开始计数,公共汽车在刚到达第站时,电动车也恰好同时到达此车站,为多少?

正确答案

解:(1)公共汽车启动时加速所用的时间为t1,t1=V1/a

得t1=10s

启动加速时行驶的路程为S1,S1=

得S1=50m

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S2S2=S-2S1

得S2=500m

匀速行驶所花时间为t2,t2=S2/V1

得t2=50s

所以公共汽车在每两站之间运动所经历的时间为t=2t1+t2=70s

(2)电动车到达第n站所用的总时间为T,T=n(t+Δt)+t0

所以有V2T=nS

代入数据可求得n=12

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2004年1月25日,继“勇气”号之后,“机遇”号火星探测器再次成功登陆火星。在人类成功登陆火星之前,人类为了探测距离地球大约3.0×105km的月球,也发射了一种类似四轮小车的月球探测器。它能够在自动导航系统的控制下行走,且每隔10s向地球发射一次信号。探测器上还装着两个相同的减速器(其中一个是备用的),这种减速器可提供的最大加速度为5m/s2。某次探测器的自动导航系统出现故障,从而使探测器只能匀速前进而不再能自动避开障碍物。此时地球上的科学家必须对探测器进行人工遥控操作。下表为控制中心的显示屏的数据:

已知控制中心的信号发射与接收设备工作速度极快,科学家每次分析数据并输入命令最少需要3s。问:

(1)经过数据分析,你认为减速器是否执行了减速命令?

(2)假如你是控制中心的工作人员,应采取怎样的措施?加速度需满足什么条件?请计说明。

正确答案

解:(1)设在地球和月球之间传播电磁波需时为

从前两次收到的信号可知:探测器的速度

由题意可知,从发射信号到探测器收到信号并执行命令的时刻为9:1034;控制中心第三次收到的信号是探测器在9:1039发出的

从后两次收到的信号可知探测器的速度

可见,探测器速度未变,并未执行命令而减速,减速器出现故障

(2)应启用另一个备用减速器。再经过3s分析数据和1s接收时间,探测器在9:1044执行命令,此时距前方障碍物距离s=2m。设定减速器加速度为,则有m,可得m/s2即只要设定加速度m/s2,便可使探测器不与障碍物相撞

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如图,一滑块通过长度不计的短绳拴在小车的板壁上,小车上表面光滑。小车由静止开始向右匀加速运动,经过2s,细绳断裂。细绳断裂后,小车的加速度不变,又经过一段时间,滑块从小车左端掉下,在这段时间内,已知滑块相对小车前3s内滑行了4.5m,后3s内滑行了10.5m。求:

(1)小车底板长是多少?

(2)从小车开始运动到滑块离开车尾,滑块相对于地面移动的距离是多少?

正确答案

解:设小车加速度为a

断裂时:车和物块的速度为

断裂后:小车的速度,小车的位移,滑块的位移

前3s:

设后3s初速度为v1',小车位移,滑块位移

解得

所以后3s实际上是从绳断后2s开始的,滑块与小车相对运动的总时间为

(1)小车底板总长

(2)滑块在这段时间内的对地位移

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汽车先以a1=0.5m/s2的加速度由静止开始做匀加速直线运动,在20s末改做匀速直线运动,当匀速运动持续10s后,因遇到障碍汽车便紧急刹车,已知刹车的加速度为a2=-2m/s2,求:

(1)汽车匀速运动时的速度大小;

(2)汽车刹车后的6s内所通过的位移;

(3)在坐标图上画出该汽车运动全过程的速度一时间图象。

正确答案

解:(1)v1= a1t1= 0.5×20 = 10 m/s

(2)t1 =,车经5秒停下

S =

(3)

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某司机乙驾驶一辆卡车正以一定速度在平直公路上匀速行驶。经过图a所示的限速牌标志为40 km/h的位置时,突然发现离它25.5m处停着一辆正在维修的小轿车时,当该司机采取了紧急刹车措施,使卡车做匀减速直线运动,结果还是与小轿车发生碰撞。在处理事故时,交警甲用课本介绍的测定反应时间的方法对该司机乙进行了测试(如图b),发现他握住木尺时,木尺已经自由下降了20cm,试通过计算帮助交警分析卡车是否超速?(g取10m/s2)已知这种汽车急刹车时产生的加速度大小为5m/s2

正确答案

解:已知a=-5m/s2,h=0.2m,设汽车经过限速牌时速度为V

根据h=gt2得司机的反应时间为t==0.2 s

反应时间内卡车做匀速运动,则卡车这段时间的位移S1=Vt

卡车紧急刹车后停下,Vt=0,则滑行的距离:

S2=

S=S1+S2=25.5m

由以上各式可求得V=15m/s=54km/h

因为V>V=40 km/h,显然该卡车超速

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简答题

汽车从静止开始做匀加速直线运动,途中先后经过相距125米的A、B两棵树,用了10秒时间,已知过B树位置时的速度为15m/s,求汽车到A树位置时的速度和从出发到A树所用的时间。

正确答案

解:依题意得,汽车在A、B两棵树之间运动的平均速度为

== m/s=12.5m/s

根据平均速度公式=,可得:汽车通过A树的速度VA=2-VB=10 m/s

根据汽车做匀加速运动加速度为a== m/s2=0.5 m/s2汽车从出发到A树的时间为t== s=20 s

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猎狗能以最大速度ν1=10m/s持续地奔跑,野兔只能以最大速度ν2=8m/s的速度持续奔跑。一只野兔在离洞窟s1=200m处的草地上玩耍,被猎狗发现后以最大速度朝野兔追来。兔子发现猎狗时与猎狗相距s2=60m,兔子立即跑向洞窟。设猎狗、野兔、洞窟总在同一直线上,则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:若野兔一直加速,则

猎狗:

 野兔:

∴兔子应该先加速后匀速

设加速时间为t1,则

∴兔子的加速度为

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