- 匀变速直线运动的研究
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一辆摩托车能达到最大速度为30m/s,要想在3min内由静止起沿一条平直公路追上前面1000m处正以20m/s的速度匀速行驶的汽车,则摩托车必须以多大的加速度起动?(保留两位有效数字)
正确答案
设摩托车加速时间为t,加速度为a,3min=180s
则可列 at=v1 ①
at2+v1(180-t)=180v2+1000 ②
代入数据 解得 a=0.56m/s2
答:摩托车必须以0.56m/s2的加速度起动
一辆汽车以72km/h的速度在平直的公路上行驶,司机突然发现前方公路上有一只小鹿,为使小鹿免受伤害,于是立即刹车,汽车在20m内停下来。假设汽车刹车过程中做匀减速直线运动,试求汽车刹车过程中的加速度的大小和所用时间。
正确答案
a=10m/s2,t=2s
物体从长1m的斜面顶端由静止开始匀加速下滑,经0.5s到达斜面的中点。求:
(1)物体从斜面顶端滑到底端所用的总时间t;
(2)物体滑至斜面底的速度v的大小。
正确答案
解:(1)由得
由得
(2)由得
一质量为4kg的物体静止在粗糙的地面上,物体与地面的动摩擦因数为0.2,用一水平力F=10N 拉物体由A点开始运动,经过8s后撤去拉力F,再经过一段时间物体到达B点停止.(g=10m/s2)求:
(1)在拉力F作用下物体运动的加速度多大?
(2)撤去F后物体运动的距离多大?运动时间多长?
(3)画出物体整个运动过程的速度-时间图象.
正确答案
(1)加速时,物体受重力、拉力、支持力和摩擦力四个力的作用,由牛顿第二定律:
F-μmg=ma1
解得:a1=0.5m/s2
(2)加速过程中由运动学公式得 v=a1t1=4m/s,
撤去F后 a2=-μg=-2 m/s2
由 2a2x2=0-v2
所以 x2=4m,
由速度公式可得 0-v=a2t2
所以 t2=2s.
(3)由(1)(2)的分析可知,物体的初速度为0,做匀加速运动,经8s,速度达到=4m/s,
之后开始匀减速运动,经2s,速度减为0.所以速度-时间图象如图所示.
答:(1)在拉力F作用下物体运动的加速度0.5m/s2,
(2)撤去F后物体运动的距离是4m,时间是2s,
(3)整个运动过程的速度-时间图象如图所示.
一辆卡车,它急刹车时的加速度的大小是5m/s2,如果要求它在急刹车后22.5m内必须停下,假设卡车刹车过程做的是匀减速直线运动。求:
(1)它的行驶速度不能超过多少?
(2)在此刹车过程中所用的时间?
(3)在此过程中卡车的平均速度?
正确答案
解:(1)根据运动学公式:
∴,
(2)
(3)
一个物体做匀加速直线运动,第1s内的位移是6m,第2s末的速度为7m/s,求:
(1)该物体第7s内的位移;
(2)该物体前4s内的位移。
正确答案
解:设物体的初速度为v0,加速度为a,第7s内的位移为x7,前4s内的位移为x4
由运动学位移公式得:x=v0t+at2,代入题中数据得:6=v0×1+
a×12
由速度公式得:v=v0+at,代入题中数据得:7=v0+a×2
联立解得:v0=m/s,a=
m/s2
代入数据解得:x7=10m,x4=28m
一物体以一定的初速度,沿倾角可在0-90°之间任意调整的木板向上滑动,设它沿木板向上能达到的最大位移为x.若木板倾角不同时对应的最大位移x与木板倾角α的关系如图所示.g取10m/s2.求:
(1)物体初速度的大小v0.
(2)物体与木板间的动摩擦因数为μ.
(3)当α=60°时,它沿木板向上能达到的最大位移为x?
正确答案
(1)当α=90°时,x=1.25m,物体做竖直上抛运动,根据动能定理,有:
mgx=m
解得:v0==
=5m/s
(2)当α=30°时,x=1.25m
根据速度位移关系公式,有:
a==
m/s2=10m/s2
根据牛顿第二定律,有:
a=g(sin30°+μcos30°)
联立解得:μ=;
(3)当α=60°时,根据牛顿第二定律,有:
a1=g(sin60°+μcos60°)=m/s2
根据速度位移关系公式,有:
x==
=1.0825m
答:(1)物体初速度的大小为5m/s.
(2)物体与木板间的动摩擦因数为.
(3)当α=60°时,它沿木板向上能达到的最大位移为x为1.0825m.
汽车从静止开始做匀加速直线运动,途中先后经过A、B两棵树,用了10秒时间,已知过A、B两棵树时的速度分别为10 m/s 和15m/s,求:
(1)A、B两棵树间距离;
(2)汽车从出发到A树所用的时间。
正确答案
(1)125m
(2)20s
汽车刹车后,停止转动的轮胎在地面上发生滑动,产生明显的滑动痕迹,即常说的刹车线。由刹车线长短可以得知汽车刹车前的速度大小,因此刹车线的长度是分析交通事故的一个重要依据。若某汽车刹车后至停止的加速度大小为7 m/s2,刹车线长为14m,求:
(1)该汽车刹车前的初始速度v0的大小;
(2)该汽车从刹车至停下来所用时间t。
正确答案
解:(1)据运动学公式:υt2-υ02=2as
有:υ02=- 2as=- 2×(- 7)×14=142
则:υ0=14 m/s
(2)据运动学公式:υt=υ0 + at
故:t==
s=2s
在平直的公路上,一辆汽车以30m/s的初速度开始刹车,刹车的加速度大小为3m/s2。求:
(1)汽车经过多长时间停止运动?
(2)汽车在刹车开始后的12s内的位移是多大?
(3)汽车在刹车过程中的平均速度是多大?
正确答案
(1)10s
(2)150m
(3)15m/s
以36km/h速度行驶的列车开始加速下坡,加速度为0.2m/s2,求加速30s后列车获得的速度和位移?
正确答案
解:列车的初速度v0=36km/h=10m/s
由匀变速直线运动的速度与时间的关系可得30s后的速度为:v=v0+at=10m/s+0.2×30m/s=16m/s
由匀变速直线运动的位移与时间的关系可得30s后的位移为:s=v0t+at2=10×30m+
×0.2×302m=390m
在一次执行特殊任务的过程中,飞行员小明在距地面80m高的水平面上做匀加速直线运动的某波音轻型飞机上依次抛出a、b、c三个物体,抛出的时间间隔为1s,抛出点a、b与b、c间距分别为45m和55m,三个物体分别落在水平地面上的A、B、C三处.求:(1)飞机飞行的加速度;
(2)刚抛出b物体时飞机的速度大小;
(3)b、c两物体落地点B、C间的距离.
正确答案
根据△x=aT2得:
(1)a==
m/s2=10m/s2;
(2)b点是ac点的中点时刻,所以b点速度等于ac段的平均速度,
则vb==
m/s=50m/s
(3)ab物体在空中运动的时间为:t==
s=4s
BC间距离为:xBC=xbc+vct-vbt,
又vc-vb=aT,得:xBC=xbc+aTt=95 m.
答:(1)飞机飞行的加速度为 10m/s2; (2)刚放下b物体时飞机的速度大小为50m/s; (3)b、c两物体落地点BC间距离95米.
如图所示,轨道由斜面和水平两部分组成,斜面轨道倾角为θ=60°,斜面的水平投影长为L0=5m,水平轨道足够长,一小球从斜面顶端静止释放,释放的同时开始计时,在斜面上加速下滑的加速度为a1=5m/s2,在水平上减速运动的加速度为a2=2m/s2,不计小球在轨道连接处的碰撞和速率变化,求:
(1)小球从释放到斜面中点的时间;
(2)小球运动到轨道连接处的速率;
(3)小球运动6s经过的位移。
正确答案
(1)t=s(2)v=10m/s(3)
试题分析:(1)斜面长度为L,根据cosθ= L0/L, L=10m 1分
根据L/2=at2/2 2分
t=s 1分
(2)根据v2=2aL 2分
v=10m/s 1分
(3)小球在斜面上下滑的时间t1=v/a1=2s
小球在水平上向左减速的时间t2=v/a2=5s
因此小球在第6s末速度不为零
前2s在斜面上运动的水平和竖直位移分别为5m和m 1分
后4s在水平上运动的位移为L’,
根据L’=vt-at2/2 =10×(6-2)-2×(6-2)2/2=24m 1分
所以6s内的位移为x,
根据勾股定理, 1分
点评:基础题,关键对是公式的正确掌握以及利用
苏州乐园一种娱乐器械可以使人体验超重和失重.一个可乘十多人的座舱套装在竖直的柱子上,由升降机送上几十米的高处,然后让座舱自由落下.落到一定位置时,制动系统启动,到地面时刚好停下.已知座舱开始下落时的高度为75m,当落到离地面30m的位置时开始制动,座舱均匀减速.若座舱中某人手托着重50N的铅球.试求:
(1)座舱运动过程中的最大速度
(2)当座舱落到离地面50m的位置时,铅球处于什么状态?人手的感觉如何?
(3)当座舱落到离地面15m的位置时,手要用多大的力才能托住铅球?
正确答案
(1)根据题意可知,座舱的运动分为两个阶段,第一阶段为自由落体运动,第二阶段为匀减速直线运动直到静止,故速度最大的时刻为刚开始制动的那个时刻,
最大速度为自由落体运动的末速度,根据2gh=v2-v02 可得:
v==
m/s=30m/s
(2)当座舱落到离地面50m的位置时,铅球做自由落体运动,加速度为重力加速度,故处于完全失重状态,
此时铅球只受重力作用,人手对铅球没有作用力,故人手感觉不到任何压力.
(3)因为当落到离地面30m的位置时开始制动,此后座舱做匀减速直线运动直到落到地面上,加速度不发生变化,铅球的运动情况与座舱相同,
所以当座舱落到离地面15m的位置时,铅球做匀减速直线运动,则
2ax=v2-v02 a=m/s2=15m/s2
根据牛顿第二定律可知:
F-mg=ma
F=ma+mg=(5×15+50)N=125N
答(1)最大速度为30m/s;
(2)当座舱落到离地面50m处时小球处于完全失重状态,人未能感觉到任何压力;
(3)当座舱落到离地面15m处手需要用125N的力才能托住小球.
如图是某人在一次乘电梯向上运动的v-t图象.已知g=10m/s2,请根据图象回答下列问题.
(1)请简要描述整个运动的加速度情况;
(2)请计算整个运动的总位移有多大;
(3)在电梯运动过程中,将体重计放在电梯的水平地板上,人站在体重计上不动.已知人的质量是50kg,那么,在0~3s内体重计的示数应该是多少;
(4)若在第3s末,人从距电梯地板1.8m处自由释放一个小钢球,试计算小钢球经多长时间落到电梯的地板上.
正确答案
(1)速度图象的斜率等于物体的加速度,
故由速度图象可知物体在0~3s内做加速度a1==
=1m/s2故物体在0~3s内做初速度为0加速度为1m/s2有加速直线运动.
物体在3s~8s内速度保持不变,即做做匀速直线运动;
物体在8s~10s内做加速度a2==
=-1.5m/s2负号表示物体做匀减速直线运动.
(2)由于速度v>0,故人始终向上运动,
根据速度时间图象与时间轴围成的面积等于物体的位移,可知整个运动的总位移
x总=(5+10)×3=
×(5+10)×3=22.5m
(3)在0~3s对人进行受力分析如图:
据牛顿第二定律,有:
N-mg=ma1故人所受的支持力为
N=mg+ma1=550N,
故体重计示数为=
=55kg.
(4)方法一:因球开始下落前球与电梯具有相同的速度,即小球相对于电梯静止,而小球开始下落后由于电梯仍做匀速直线运动,
所以以电梯做为参照系小钢球仍可看成自由落体运动.
由h=gt2
解得:t=0.6s
所以,小钢球经过0.6s落到电梯的地板上.
方法二:小球由静止释放后小相对于地面做竖直上抛运动,而电梯仍做匀速直线运动.
以小球为研究对象,则小球相对于地面的位移
x1=v0t-gt2以电梯为研究对象,则电梯相对于地面的位移
x2=v0t
小球相对于电梯的位移
x=x2-x1=gt2=1.8
解得t=0.6s
故小球经过0.6s落到电梯的地板上.
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