- 匀变速直线运动的研究
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跳伞运动员在直升飞机上做跳伞表演,当飞机离地面224m高处相对静止时,运动员离开飞机在竖直方向做自由落体运动,运动一段时间后,立即打开降落伞,打开降落伞后运动员以12.5m/s2的加速度匀减速下降、为了运动员的安全,要求运动员落地的速度最大不得超过5m/s。(g=10m/s2)
(1)运动员着地时相当于从多高处自由落下?
(2)运动员打开降落伞时离地面高度至少为多少?
(3)运动员在空中的最短时间为多少?
正确答案
解:已知H=224m,a=12.5m/s2,v1=5m/s
(1)m
(2)设打开降落伞时离地的高度为h,得出
(3)由上解得
空中最短时间为
从离地面80m的空中自由落下的一个小球,取g=10m/s2,求:
(1)经过多长时间小球落到地面上?
(2)自开始下落计时,在最后1s内的位移。
(3)下落一半高度时的速度。
正确答案
解:(1)由可得
(2)
(3)
一个小球从离地面45m高的阳台上无初速落下,在下落的过程中小球经过一面玻璃幕墙,测得玻璃幕墙从上端到下端的距离为15m,小球通过该玻璃幕墙所用的时间为1s (本题中取g=10m/s2),求:
(1)小球从开始落下到着地所用的时间;
(2)玻璃幕墙的上端到地面的距离.
正确答案
(1)设阳台到地面的高度为h,下落所用时间为t,
由h=gt2,可得t=
=
=3s
(2)设小球从开始落下到玻璃幕墙的上端所用的时间为t,阳台到玻璃幕墙上端的高度差为h1,阳台到玻璃幕墙上端的高度差为h1,则玻璃幕墙的上端到下端的距离为
△h=h2-h1=g(t+1)2-
gt2=
×10m/s2×(t+1)2-
×10m/s2×t2=15m
解得:t=1s
玻璃幕墙的上端到地面的距离为h3=h-h1=h-gt2=45m-
×10m/s2×(1s)2=40m
某同学在研究性学习中充分利用打点计时器针对自由落体运动进行了如下三个问题的深入研究:
①当地的重力加速度是多少?
②如何测定物体下落过程中某一位置的速度?
③下落过程中机械能是否守恒?
此同学依据以下问题设计了如下实验方案:如图甲所示,将打点计时器(频率为f)固定在铁架台上,先打开电源而后释放重物,重物带动纸带从静止开始下落,打出几条纸带并在其中选出一条比较理想的纸带如图乙所示。在纸带上取出若干计数点,其中每两个计数点之间有四个点未画出。
(1)所需器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物,此外还需___________(填字母代号)中的器材。
A.交流电源、天平及毫米刻度尺
B.交流电源、毫米刻度尺
C.交流电源、毫米刻度尺及砝码
D.交流电源、天平及砝码
(2)计算当地重力加速度=___________。(用、2、5表示)
(3)为了提高实验的准确程度,该同学用图象法剔除偶然误差较大的数据,为使图线的斜率等于重力加速度,除做图象外,还可作___________图象,其纵轴表示的是___________,横轴表示的是___________。
(4)如图乙所示,打点计数点5时重物的速度5___________。(用、3、4、5表示)
(5)该同学选择打计数点5时重物所在的位置为重力势能的零势能点后,若验证从计数点1至计数点5两点间重物的机械能守恒,其表达式为___________。
正确答案
(1)B
(2)
(3)2-2;重物下落至某一位置速度的平方;从计时起重物下落的高度的2倍
(4)
(5)
一小球自5m高处自由下落,掉在地板上,每与地面碰撞一次,速度减小到碰撞前速度的7/9,不计每次碰撞的时间,不计空气阻力,计算小球从开始下落到停止运动所经历的时间(g取10 m/s2)。
正确答案
解:第一次下落时间,落地速度v1=gt1=g
第一次竖直上抛时速度,再次落地经历时间
第二次竖直上抛时速度,再次落地经历时间
依此类推第n次竖直上抛经历时间
运动总时间
用自由落体仪测重力加速度。通过电磁铁控制的小铁球每次从同一点A处自由下落,下落过程中依次经过并遮断两光电门B、C,从而触发与之相接的光电毫秒计时器。B、C两光电门采用了开始遮光开始计时,遮光完毕计时结束的计时方式,某次实验记录了直径为d的小球经过光电门B、C的时间分别为t1、t2,B、C两光电门的竖直距离为h,已知h》d,重力加速度g=_______________。
正确答案
A.让水滴落到垫起来的盘子上,可以清晰地听到水滴碰盘子的声音,细心地调整水龙头的阀门,使第一个水滴碰到盘子听到响声的瞬间,注视到第二个水滴正好从水龙头滴水处开始下落
B.听到某个响声时开始计数,并数“0”,以后每听到一次响声,顺次加一,直到数到“100”,停止计时,表上时间的读数是40s。
C.用米尺量出水龙头滴水处到盘子的距离为78.56cm。
根据以上的实验及得到的数据,计算出当地的重力加速度的值。
正确答案
9.82 m/s2
两物体用长10m的细绳连接在一起,从同一高度以1s的时间差先后自由下落,当绳子拉紧时,第二个物体下落的时间是多少?(g=10m/s2)
正确答案
设后下落的物体运动的时间为t,则先下落的物体运动的时间为(t+1),
根据自由落体运动位移时间公式得:g(t+1)2-
gt2=10m
解得:t=0.5s
答:第二个物体下落的时间0.5s.
一条铁链长5m,铁链上端悬挂在某一点,放开后让它自由落下,铁链经过悬点正下方25m处某一点所用的时间是多少?.(取g=10m/s2)
正确答案
由h=gt2
铁链下端到达悬点正下方25m处的时间t1==
s=2s
铁链上端到达悬点正下方25m处的时间t2==
s=
s
整条铁链通过A点所用的时间△t=t2-t1=-2s
答:铁链经过悬点正下方25m处某一点所用的时间是-2s
一根直棒长度为5m,用手提着其上端,在其下端的正下方10m处有一长度为5m的、内径比直棒大得多的空心竖直管子,放开后让直棒做自由落体运动(不计空气阻力,重力加速度取g=10m∕s2).求:
(1)直棒下端下落至空心管上端时所用的时间;
(2)直棒通过该空心管所用的时间.
正确答案
(1)直棒做自由落体运动,根据公式h=gt2得:
∴t==
s=
s
(2)由(1)可知直棒自由下落10m的时间为s
自由下落20m所需的时间t2==
s=2s
所以直棒通过该空心管所用的时间△t=t2-t=2-s
答:(1)直棒下端下落至空心管上端时所用的时间为s;
(2)直棒通过该空心管所用的时间为2-s.
消防队员为缩短下楼时间,往往抱着一根竖直杆直接滑下.假设一名质量为60kg的消防队员从离地面18m的高度抱着竖直的杆先做自由落体运动,下降7.2m后立即抱紧直杆,做匀减速下滑.已知消防队员着地时的速度是6m/s,抱紧直杆时,手和腿对杆的压力为1800N,手和腿与杆之间的动摩擦因数为0.5,设当地的重力加速度 g=10m/s2.假设杆是固定在地面上的,杆在水平方向不移动.试求:
(1)消防队员下滑过程中的最大速度
(2)消防队员下滑过程中受到的滑动摩擦力
(3)下滑总时间.
正确答案
(1)消防队员开始阶段自由下落的末速度即为下滑过程的最大速度vm,
有2gh1=vm2.
消防队员受到的滑动摩擦力
Ff=μFN=0.5×1 800 N=900 N.
减速阶段的加速度大小:
a2==5 m/s2
减速过程的位移为h2,由vm2-v′2=2a2h2 v′=6m/s
又h=h1+h2
以上各式联立可得:vm=12 m/s.
(3)根据h1=gt12
解得:t1=1.2s
设匀减速运动的时间为t2,则
t2==
s=1.2s
所以下滑的总时间t=t1+t2=2.4s
答:(1)消防队员下滑过程中的最大速度为12 m/s;
(2)消防队员下滑过程中受到的滑动摩擦力为900N;
(3)下滑总时间为2.4s.
如图所示,一只气球B在空中以v0=15m/s的速度竖直向下匀速运动,在它的正上方另有一个金属小球A某时刻由静止释放,经过4s追上气球B.若A球所受空气阻力忽略不计,且A球追上B球之前两球均未着地.重力加速度g取10m/s2.试求:
(1)当A球追上B球时的速度多大;
(2)A球开始释放时离B球距离多大;
(3)在追上之前两球相距最远距离为多少米.
正确答案
(1)已知追上的时间,由速度公式:vA=gt=10×4m/s=40m/s
(2)追上时,AB位移关系为:gt2=x0+v0t
带入数据得:×10×42=x0+15×4
解得:x0=20m
(3)设A球下落时间t′时两球速度相等时,此时两球相距最远gt'=v0
即:10×t′=15
解得:t'=1.5s
相距最远距离为:xm=v0t′+x0-gt′2=15×1.5+20-
×10×1.52
=31.25m
答:(1)当A球追上B球时的速度为40m/s
(2)A球开始释放时离B球距离为20m
(3)在追上之前两球相距最远距离为31.25m
在高为h处有一物体A做自由落体运动的同时,其正下方有一物体B做竖直上抛运动.则:
(1)若要使它们能在空中相遇,则B物体的初速度应满足怎样的要求?
(2)若要使它们能在B下降过程中相遇,则B物体的初速度应满足怎样的要求?
正确答案
(1)设经过t时间相遇,在时间t内A物体的位移h1=gt2,B物体的位移大小h2=v0t-
gt2.
h1+h2=h,则v0t=h
t=
A球下落到地面的时间t1=
若要使它们在空中相遇,则t<t1,即<
所以v0>.
故v0>,两物体在空中相遇.
(2)B球竖直上抛到最高点的时间t2=,竖直上抛运动又回到抛出点所需的时间t3=
要使它们能在B下降过程中相遇,则t2<t<t3,即<
<
所以<v0<
故<v0<
,它们能在B下降过程中相遇.
2011年7月2日下午1点半,在杭州滨江区的某一住宅小区,一个2岁女童突然从10楼坠落,在楼下的吴菊萍奋不顾身地冲过去用双手接住了孩子,女孩妞妞稚嫩的生命得救了,吴菊萍的左臂瞬间被巨大的冲击力撞成粉碎性骨折,受伤较重,被网友称为“最美妈妈”. 假设孩子跌落处距吴菊萍接住孩子时双手的距离为h=31.25m,其下落过程可视为自由落体运动.吴菊萍站的位置与儿童落地点的水平距离L=12m,她从发现下落孩子到开始跑动所需反应时间为t=0.3s,跑动过程可视为匀速直线运动,速度大小为ν=10m/s.则吴菊萍必须在孩子下落多少距离之前发现儿童?(g取10m/s2)
正确答案
根据h=gt2得孩子下落总时间t=2.5s
吴菊萍跑动时间t1==1.2s
吴菊萍反应及跑动总时间t2=t1+△t=1.5s
孩子下落的距离为△h=g(t-t2)2=5m
答:吴菊萍必须在孩子下落5m之前发现儿童.
光滑的长轨道形状如下图所示,底部为半圆型,半径为R,固定在竖直平面内.AB两质量相同的小环用长为R的轻杆连接在一起,套在轨道上.将AB两环从图示位置静止释放,A环离开底部2R.不考虑轻杆和轨道的接触,即忽略系统机械能的损失,求:
(1)AB两环都未进入半圆型底部前,杆上的作用力.
(2)A环到达最低点时,两环速度大小.
(3)若将杆换成长2R,A环仍从离开底部2R处静止释放,经过半圆型底部再次上升后离开底部的最大高度.
正确答案
(1)对整体分析,自由落体,加速度g,以A为研究对象,A作自由落体则杆对A一定没有作用力.即F=0
故AB两环都未进入半圆型底部前,杆上的作用力为零.
(2)AB都进入圆轨道后,两环具有相同角速度,则两环速度大小一定相等,即VA=VB
对整体依机械能守恒定律,有:mg•2R+mg•R=
•2mv2
解得
v=
故A环到达最低点时,两环速度大小均为.
(3)由于杆长超过了半圆直径,故最后A环在下,如图;
设A再次上升后,位置比原来高h,如下图所示.
由机械能守恒,有:-mgh+mg(2R-2R-h)=0
解得h=(-1)R,故A离开底部(
+1)R
故若将杆换成长2R,A环仍从离开底部2R处静止释放,经过半圆型底部再次上升后离开底部的最大高度为(
+1)R.
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