- 匀变速直线运动的速度与时间的关系
- 共4998题
以速度为v0=10m/s匀速行驶的汽车在第2s末关闭发动机,以后作匀减速直线运动,第3s内的平均速度是9m/s,试求:
(1)汽车作减速直线运动的加速度a;
(2)汽车在10s内的位移s.
正确答案
(1)设汽车在第3s末的速度为v1,由题意有:=
解得:v1=8m/s
因此:a==-2m/s2
(2)汽车在关闭发动机前2s内的位移为:x1=v0t1=20m
汽车在关闭发动机后速度减为零所需时间:t2==5s
因为10s>5s,所以汽车关闭发动机5s后就停止运动,
故汽车在关闭发动机后的位移为:x2=
v0
2
t2=25m
因此,汽车在前10s内的位移为:x=x1+x2=45m
答:(1)汽车作减速直线运动的加速度为=-2m/s2;
(2)汽车在10s内的位移为45m.
如图所示,在倾角θ=30°的固定斜面上,跨过定滑轮的轻绳一端系在小车的前端,另一端被坐在小车上的人拉住,已知人的质量m=60kg,小车的质量M=10kg,绳及滑轮的质量,滑轮与绳间的摩擦均不计,斜面对小车的摩擦阻力为小车总重的0.1倍,斜面足够长,当人以280N的力拉绳时,求:
(1)人与车一起运动的加速度的大小;
(2)人所受的摩擦力的大小和方向;
(3)某时刻人和车沿斜面向上的速度大小为3m/s,此时人松手,则人和车一起滑到最高点时所用的时间.
正确答案
(1)将人和车看做整体,受拉力为280×2=560N,总重为(60+10)×10=700N,受阻力为700×0.1=70N,重力平行于斜面的分力为 700×sin30°=350N,
则合外力为F=560-70-350=140N
则根据牛顿第二定律,加速度为a==2m/s2
即人与车一起运动的加速度的大小为2m/s2.
(2)人与车有着共同的加速度,所以人的加速度也为2m/s2,对人受力分析,受重力、支持力、拉力和摩擦力,假设静摩擦力沿斜面向上,根据牛顿第二定律,有
ma=T+f-mgsin30°
代入数据解得:f=140N
即人受到沿斜面向上的140N的摩擦力.
(3)失去拉力后,对人和车整体受力分析,受到重力、支持力和沿斜面向下的摩擦力,根据牛顿第二定律,沿斜面的加速度为
a′==-6m/s2
根据速度时间公式,有
t==
=0.5s
即人和车一起滑到最高点时所用的时间为0.5s.
某校一课外活动小组自制一枚火箭,设火箭发射后始终在垂直于地面的方向上运动.火箭点火后可认为做匀加速直线运动,经过4s到达离地面40m高处时燃料恰好用完,若不计空气阻力,取g=10m/s2,求:
(1)燃料恰好用完时火箭的速度;
(2)火箭上升离地面的最大高度;
(3)火箭从发射到残骸落回地面过程的总时间.
正确答案
汽车刹车前以10m/s的速度行驶,刹车后以大小为2m/s2的加速度做匀减速直线运动,求:
(1)汽车的刹车时间为多少?
(2)刹车后汽车4s内通过的位移是多少?
正确答案
解;(1)设刹车用时t0,由v=v0+at得:
t0==
s=5s
(2)由于t=4s<5s,即4s时车未停止
由x=v0t+at2得:
刹车后汽车4s内通过的位移x=10×4+×(-2)×42m=24m
答:汽车的刹车时间为5s,刹车后汽车4s内通过的位移是24m.
如图所示为某工厂的货物传送装置,水平运输带与一斜面MP连接,运输带运行的速度为v0=5m/s.在运输带上的N点将一小物体轻轻的放在上面,N点距运输带的右端x=l.5m,小物体的质量为m=0.4kg,设货物到达斜面最高点P时速度恰好为零,斜面长度L=0.6m,它与运输带的夹角为θ=300,连接M是平滑的,小物体在此处无碰撞能量损失,小物体与斜面间的动摩擦因数为μ1=.(g=10m/s2.空气阻力不计)求:
(1)小物体运动到运输带右端时的速度大小;
(2)小物体与运输带间的动摩擦因数;
(3)小物体在运输带上运动的过程中由于摩擦而产生的热量.
正确答案
(1)对物体在斜面上受力分析,由牛顿第二定律得,
mgsinθ+μ1mgcosθ=ma1又 v2=2a1L
联立解得 v=3m/s
(2)因为v<v0,所以物体在运输带上一直做匀加速运动.
设加速度为a2,由牛顿第二定律得,
μmg=ma2又 v2=2a2x
联立解得μ=0.3
(3)设物体在运输带上运动的时间为t,t=
物体与运输带的相对运动的距离为:△x=v0t-x
产生的热量为:Q=μmg△x
联立解得:Q=4.2J.
答:
(1)小物体运动到运输带右端时的速度大小为3m/s;
(2)小物体与运输带间的动摩擦因数是0.3;
(3)小物体在运输带上运动的过程中由于摩擦而产生的热量是4.2J.
有一行星探测器,质量为1800kg.现将探测器从某一行星的表面竖直升空,探测器的发动机推力恒定.发射升空后9s末,发动机因发生故障突然灭火.如图是从探测器发射到落回地面全过程的速度图象.已知该行星表面没有大气.若不考虑探测器总质量的变化.
求:(1)该行星表面附近的重力加速度大小.
(2)发动机正常工作时的推力.
正确答案
(1)由题意可知,9s末发动机灭火,探测器只受重力作用,故它在这一阶段的加速度即为该行星表面的重力加速度.由图线的斜率可知 g==4(m/s2)
(2)在0~9s内,探测器受到竖直向上的推力F和竖直向下的重力G.
由图线的斜率可知这一阶段的加速度 a=(m/s2)
由牛顿第二定律 F-mg=ma
得 F=m(g+a)=20000(N)
答:(1)该行星表面附近的重力加速度大小为4m/s2.
(2)发动机正常工作时的推力20000N.
甲车以15m/s的速度在平直公路上匀速行驶,突然发现26m处乙车正以10m/s的速度做同方向的匀速直线运动.甲车立即关闭油门并以大小为0.5m/s2的加速度做匀减速直线运动,则
(1)甲车能撞上自行车吗?若不能相撞,两车最小距离是多少?
(2)若乙的速度是5m/s,且甲乙在平行的两条路上,相距64m,其余同上.则甲乙能相遇几次?各是什么时刻相遇?
正确答案
(1)设两车从0时刻至速度相同的时间为t
则有vt=v0+at=15+(-0.5)×t=10
解得:t=10s
10秒内甲车位移为:s=×t=125m
乙车的位移:s=10×10=100m
两车距离缩短了125-100=25m,本来距离26m,所以无法相撞.
速度相等时两车距离最小是4-3=1m.
(2)当两车速度相等时,时间为t,
根据:v=v0+at得 t=20s
该段时间内,甲车位移S1=200m,
乙车位移S2=100m
甲比乙多走△S=S1-S2=100m>64m,所以肯定会相遇两次.
设经过时间t两车相遇,初始相距L=64m,
则v0t-at2=10t+L⇒t2-20t+256=0
解出的t1=8s t2=32s
因为甲车减速到零的时间t0==30s<t2,
所以第二次相遇应该是乙车匀速运动到甲车停止处的时间,
设为t′2,
甲车减速到零的位移为s,
据v2-v02=2as
得s==225m
所以t′2==
s=32.2s
故两车相遇两次,分别在t1=8s和t′2=32.2s相遇.
答:(1)甲车不能撞上自行车;若不能相撞,两车最小距离是1m;
(2)若乙的速度是5m/s,且甲乙在平行的两条路上,相距64m,其余同上.则甲乙能相遇两次;分别在t1=8s和t′2=32.2s相遇.
一辆自行车从静止出发,开始以2m/s2的加速度做匀加速直线运动,经3s后改做方向不变的匀速直线运动,20s时到达终点,求:(1)加速过程中自行车运动的距离是多少?
(2)运动过程中最大的速度是多少?
(3)起点到终点的距离是多少?
正确答案
(1)根据初速度为0的匀变速直线运动的位移时间公式:
加速过程中自行车运动的距离:S1=at12=
×2×32m=9m
(2)最大速度v=at1=2×3m/s=6m/s
(3)第二阶段匀速运动时间t2=20-3=17s,运动距离S2=vt=6×17m=102m
起点到终点距离S=S1+S2=9+102=111m.
质量为2kg的小球,以30m/s的速度竖直向上抛出,经过2.5s到达最高点
(g=10m/s2),求:
(1)小球在上升过程中受到空气的平均阻力;
(2)小球上升的最大高度;
(3)若小球在空气中的阻力大小不变,小球落回到抛出点的速度.
正确答案
(1)小球上升做匀减速直线运动,匀减速直线运动的加速度大小a1==
m/s2=12m/s2.
根据牛顿第二定律得,mg+f=ma2
解得f=ma2-mg=2×12-20=4N.
(2)小球上升的最大高度H=t=
×2.5m=37.5m.
(3)小球下降的加速度大小a2==
m/s2=8m/s2.
则小球落回地面的速度v==
≈24.5m/s
答:(1)小球在上升过程中受到空气的平均阻力为4N.
(2)小球上升的最大高度为37.5m.
(3)小球落回到抛出点的速度为24.5m/s.
以18m/s的速度行驶的汽车,制动后做匀减速直线运动,在3s内前进36m.
(1)求汽车的加速度;(2)汽车制动后经过多长时间速度减为零.
正确答案
(1)根据匀变速直线运动的位移时间公式x=v0t+at2,代入数据得
a=-4m/s2 负号表示加速度方向与初速度方向相反
故汽车的加速度为-4m/s2
(2)根据匀变速直线运动的速度时间公式vt=v0+at,代入数据得
t=4.5s
故汽车制动后经过4.5s速度减为零.
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