- 匀变速直线运动的研究
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从离地面125m的空中自由落下一个小球,求:
(1)经过多长时间落到地面;
(2)小球落地速度.
正确答案
(1)根据自由落体公式h=gt2
带入数据得:125=5t2
求得:t=5s
(2)根据v2=2gh
得:v==50m/s
答:(1)经过5s时间落到地面;
(2)小球落地速度为50m/s.
如图所示,固定不动的水平平台长L=1.25m,高h=0.80m,货物(可以视为质点)质量m=4.0kg静止在水平平台的左端,商场工作人员用F=24N的水平力把货物施向右拉动一段距离后撤去作用力,货物从平台上又滑动一段距离后落在水平地面上,落地点到平台右端的水平距离s=0.40m.货物与平台之间的动摩擦因数μ=0.20,取重力加速度g=10m/s2.求:
(1)水平力作用时,货物运动的加速度大小
(2)货物离开平台右端时的速度大小
(3)水平力作用的距离大小.
正确答案
(1)货物收到的动摩擦力f=μmg
货物的加速度a=
解得:a=4.0m/s2
(2)货物做平抛运动过程
竖直方向:h=gt2
水平方向:s=vt
解得:v=1.0m/s
(3)货物在平台运动的整个过程,由动能定理得:
Fx-fL=mv2
解得:水平力作用的距离x=0.50m
答:(1)水平力作用时,货物运动的加速度大小为4.0m/s2.
(2)货物离开平台右端时的速度大小为1.0m/s.
(3)水平力作用的距离为0.50m.
如图所示,悬挂的直杆AB长为a,在B以下h处,有一长为b的无底圆筒CD,若将悬线剪断,求:
(1)经过多长时间直杆下端B开始穿圆筒?
(2)直杆下端B穿过圆筒的时间是多少?
(3)整个直杆AB穿过圆筒的时间是多少?
正确答案
(1)B端自由下落h高度开始穿圆筒,
所以h=gt12
解得:t1=
(2)B端到达D端的时间为:t2=,
所以直杆下端B穿过圆筒的时间是:△t=t2-t1=-
(3)A端运动到D点的时间为:t3=
所以整个直杆AB穿过圆筒的时间为t=t3-t1=-
故答案为:(1)经过时间直杆下端B开始穿圆筒;
(2)直杆下端B穿过圆筒的时间是-
;
(3)整个直杆AB穿过圆筒的时间是-
.
雨滴从屋檐滴下做自由落体运动,途中经过一高为1.05m的窗户时用时0.1s.(g=10m/s2)求:
(1)雨滴经过窗户上沿时的速度为多少?
(2)窗户下沿离屋檐多高?
正确答案
(1)令雨滴经过窗户上沿时的速度为v1
由x=v1t1+gt12
得v1==
m/s=10m/s
(2)令雨滴经过窗户下沿时的速度为v2,窗户下沿离屋檐高为h
则v2=v1+gt1=10m/s+10×0.1m/s=11m/s
由2gh=v22 得h==
m=6.05m
答:(1)雨滴经过窗户上沿时的速度为10m/s;
(2)窗户下沿离屋檐6.05m.
如图所示,一滴雨滴从离地面10m高的屋檐自由下落,下落途中用△t=0.2s的时间通过一个窗口,窗口的高度为2m,问:
(1)雨滴落地的时间和速度?(本题g均取10m/s2)
(2)雨滴经过窗口上边框时的速度为多少?
(3)窗的上边框距地面多少米?
正确答案
(1)根据h=gt2得,t=
=
s=
s
v=gt=10×m/s=10
m/s
故雨滴落地的时间为s,落地的速度为10
m/s.
(2)根据x=v0t+at2得,v0=
=
m/s=9m/s.
故雨滴经过窗口上边框的速度为9m/s.
(3)窗的上边框距离屋檐的距离h′==
m=4.05m.
h″=h-h′=10-4.05m=5.95m.
故窗的上边框距地面的高度为5.95m.
如图所示,空间等间距分布着水平方向的条形匀强磁场,竖直方向磁场区域足够长,磁感应强度B=1T,每一条形磁场区域的宽度及相邻条形磁场区域的间距均为d=0.5m,现有一边长l=0.2m、质量m=0.1kg、电阻R=0.1Ω的正方形线框MNOP以v0=7m/s的初速从左侧磁场边缘水平进入磁场,求:
(1)线框MN边刚进入磁场时受到安培力的大小F;
(2)线框从开始进入磁场到竖直下落的过程中产生的焦耳热Q;
(3)线框能穿过的完整条形磁场区域的个数n.
正确答案
(1)线框MN边刚进入磁场时有:F=BlI=Bl=2.8N
(2)设线框竖直下落H时,速度为vH
由能量守恒得:mgH+m
=Q+
m
自由落体规律:vH2=2gH
解得:Q=m
=2.45J
(3)只有在线框进入和穿出条形磁场区域时,才产生感应电动势,线框部分进入磁场区域x时有:F=BlI=Bl=
v
在t→t+△t时间内,由动量定理:-F△t=m△v
求和:∑v△t=∑
△x=mv0
解得:x=mv0
穿过条形磁场区域的个数为:n=≈4.4
可穿过4个完整条形磁场区域.
一花盆从80m高的阳台自由落下,求
(1)花盆下落的时间;
(2)花盆在后一半时间内下落的高度?(重力加速度g=10m/s2)
正确答案
(1)花盆做自由落体运动,根据位移时间公式h=gT2,有
T==
s=4s
(2)前两秒位移为h1=gt2=
×10×4=20m
故后一半时间位移为h2=h-h1=80m-20m=60m
答:(1)花盆下落的时间为4s;
(2)花盆在后一半时间内下落的高度为60m.
物体甲从离地面高度h处自由下落,同时在它正下方的地面上有一物体乙以初速度v0竖直向上抛.重力加速度为g,不计空气阻力,两物体均看作质点.
(1)要使两物体在空中相碰,乙的初速度v0应满足什么条件?
(2)要使乙在下落过程中与甲相碰,v0应满足什么条件?
正确答案
(1)设经过时间t甲乙在空中相碰,甲做自由落体运动的位移
h1=gt2 ①
乙做竖直上抛运动的位移 h2=v0t-gt2 ②
由几何关系 h=h1+h2 ③
联立①②③解得 t= ④
设乙抛出后经过时间tmax落地,根据速度-时间关系有 tmax= ⑤
甲乙在空中相遇应满足 0<t<tmax ⑥
联立④⑤⑥解得 v0≥
故乙的初速度v0应满足 v0≥.
(2)在乙下落过程中,甲乙相遇应满足 <t<
⑦
联立④⑦解得 <v0<
故要使乙在下落过程中与甲相碰,v0应满足 <v0<
.
弹性小球从某一高度H自由下落到水平地面上,与水平地面碰撞后弹起,假设小球与地面的碰撞过程中没有能量损失,但由于受到大小不变的空气阻力的影响,使每次碰撞后弹起上升的高度是碰撞前下落高度的.为使小球弹起后能上升到原来的高度H,则需在小球开始下落时,在极短时间内给它一个多大的初速度v0?
某同学对此解法是:由于只能上升H,所以机械能的损失为
mgH,只要补偿损失的机械能即可回到原来的高度,因此
mv02=
mgH,得v0=
H.
你同意上述解法吗?若不同意,请简述理由并求出你认为正确的结果.
正确答案
不同意,该学生只考虑小球回到H后要继续上升所需克服重力做功的动能,忽略了继续上升时还要有能量克服空气阻力做功.
正确的解法是:
根据动能定理得:WG+Wf=△Ek
对第一种情况的整个过程:mgH-
fH=0
得空气阻力大小为:f=mg
对第二情况:Wf=0-m
即:-2fH=0-m
则得:mg2H=
m
解得:v0=
答:不同意,该学生只考虑小球回到H后要继续上升所需克服重力做功的动能,忽略了继续上升时还要有能量克服空气阻力做功.正确的结果是:初速度v0为
.
在半径为R=1.6×106m某星球上,宇航员在离地面5m高处自由释放一个物体,物体落地时速度大小为9m/s.不计空气阻力和星球自转,求:
(1)求该星球表面的重力加加速度;
(2)若宇航员乘坐的宇宙飞船在离该星球表面高度为H=3R处绕该星球做匀速圆周运动,求飞船的速率.
正确答案
(1)由v2=2gh
可知:g==8.1m/s2.
(2)设该星球质量为M,宇宙飞船的质量为m,则:
宇宙飞船在该星球表面时有:G=mg
宇宙飞船做匀速圆周运动时有:G=m
.
H=3R
由以上三式可知:v1=1.8×103m/s.
答:(1)该星球表面的重力加加速度为8.1m/s2.
(2)飞船的速率为1.8×103m/s.
一矿井深为125 m,在井口每隔一定时间自由下落一个小球。当第11个小球刚从井口开始下落时,第1个小球恰好到达井底,则相邻小球开始下落的时间间隔为多少?这时第3个小球和第5个小球相距多远?(g取10 m/s2)
正确答案
解:设相邻小球开始下落的时间间隔为T,则第1个小球从井口落至井底的时间t=10T
由题意知
第3个小球下落时间t3=8T,第5个小球下落时间t5=6T
由得
28×0.52 m=35 m
如图所示,将平行板电容器极板竖直放置,两板间距离d=0.1m,电势差U=1000V,一个质量m=0.2g,带正电q=10-7C的小球(球大小可忽略不计),用l=0.025m长的丝线悬于电容器极板间的O点.现将小球拉到丝线呈水平伸直的位置A,然后放开.假如小球运动到O点正下方B点处时,小球突然与线脱开,以后发现小球恰能通过B点正下方的C点(C点在电场中).设小球在运动过程中不与板相碰(g取10m/s2),求:
(1)小球到达B点的速度大小;
(2)B、C两点间的距离.
正确答案
(1)电场强度 E==104(V/m)
小球由A→B过程中,电场力、重力做功,
设小球到达B点时速度为v
mgl-qEl=mv2
v==0.5(m/s)
(2)小球脱开后,小球水平方向在电场力作用下做匀减速直线运动,竖直方向自由落体运动,
则到达C点所用时间等于水平运动时间,
根据对称性t==
=0.2(s)
所以B、C间距离=
g t2=0.2(m)
答:(1)小球到达B点的速度大小是0.5(m/s);
(2)B、C两点间的距离是0.2(m).
有一根长L=5m的铁链悬挂在某楼顶上,楼中有一窗口,窗口上沿离铁链的悬点H=25m。当铁链从静止开始下落后始终保持竖直,不计空气阻力,g=10m/s2。求:
(1)铁链的下端A下落到窗口的上沿B时,铁链的速度大小;
(2)接着铁链经过整个窗口时用了t=0.3s的时间,窗口的高度h为多少?
正确答案
(1)v=20m/s
(2)h=1.45m
在一次跳伞特技表演中,质量为120kg的运动员(连同装备)从高度为300m的静止在空中的直升飞机上无初速下落,6s后他打开伞包,落地时速度恰好为零。不计打开伞包前的空气阻力,并假设打开伞包后的空气阻力恒定,g取10m/s2。求:
(1)打开伞包时运动员的速度;
(2)打开伞包后运动员(连同装备)所受的空气阻力。
正确答案
解:(1)设打开伞包时运动员的速度为v1,则有
(2)打开伞包前运动员下落的距离m
打开伞包后运动员下落的距离m
又
联立以上两式代入数据解得:N
一矿井深为125m ,在井口每隔一相同时间自由下落一个小球。当第6个小球刚从井口开始下落时,第1个小球恰好到达井底,求:
(1)相邻两个小球开始下落的时间间隔;
(2)这时第4个小球距井底的距离。(g=10 m/s2)
正确答案
解:(1)设相邻两球的时间间隔为t0,那么第一个小球的运动时间为5t0
由h= 得
(2)第4个小球下落的时间为t=2t0=2s
下落的高度为h1==20m
距井底的距离为h2=H-h1=125-20=105m
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