- 匀变速直线运动的速度与时间的关系
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一辆卡车初速度v0为10m/s,超车过程的加速度a为2m/s2,求:
(1)卡车在3s末的速度v
(2)卡车在6s内的位移x6
(3)卡车在第6s内的位移x6′.
正确答案
(1)3s末速度 v3=v0+at3=10+2×3=16m/s
(2)6s内位移 x6=v0t+at62=10×6+
×2×36=96m
(3)5s内位移 x5=v0t+at52=10×5+
×2×25=75m.
所以第6s内位移 xⅥ=x6-x5=21m.
答:(1)卡车在3s末的速度v为16m/s.
(2)卡车在6s内的位移为96m.
(3)卡车在第6s内的位移为21m.
如图所示,水平传输带以4m/s的速度匀速运动,传输带两端A、B间的距离为20m,将一质量为2kg的木块无初速地放在A端,木块与传输带间的动摩擦因数为µ=0.2.试求:木块从A端运动到B端所用的时间?
正确答案
对物体受力分析,由牛顿第二定律得a==µg=2 m/s2 ,
由速度公式 v=at1
解得加速运动的时间 t1=2s
在加速运动过程中物体通过的位移是 x1=t1=4 m,
所以匀速运动的位移是 x2=L-x1=16 m,
匀速运动的时间 t2==4 s
所以木块从A端运动到B端所用的时间为t=t1+t2=6s.
答:木块从A端运动到B端所用的时间为6s.
如图所示,物体从光滑斜面上的A点由静止开始下滑,经过B点后进入水平面(设经过B点前后速度大小不变),最后停在C点.每隔0.2s通过速度传感器测量物体的瞬时速度,下表给出了部分测量数据.(重力加速度g=10m/s2)求:t=0.6s时的瞬时速度v.
正确答案
由表格中数据知,物体在斜面上运动的加速度为a1==
m/s2=5m/s2.
物体在水平面上的加速度为a2==2m/s2.
设物体在斜面上到达B点时的时间为tB,则物体到达B时的速度为:
vB=a1tB ①
由图表可知当t=1.2s时,速度v=1.1m/s,此时有:
v=vB-a2(t-tB) ②
联立①②带入数据得:tB=0.5s,vB=2.5m/s
所以当t=0.6s时物体已经在水平面上减速了0.1s,速度为v=2.5-0.1×0.2=2.3m/s.
答:t=0.6s时的瞬时速度v为2.3m/s.
有一些航空母舰上装有帮助起飞的弹射系统,已知某型号的战斗机在跑道上加速时,可能产生的最大加速度为5m/s2,起飞速度为50m/s,如果要求该飞机滑行100m后起飞,那么,弹射系统必须使飞机具有多大的速度才能让飞机起飞?
正确答案
设弹射系统使飞机具有速度v0飞机就能起飞由-
=2as知:
(50 m/s)2-=2×5 m/s2×100 m,
v0=10m/s.
答:弹射系统必须使飞机具有10m/s的速度才能让飞机起飞.
如图所示,倾角为37°、足够长的斜面体固定在水平地面上,小木块在沿斜面向上的恒定外力F作用下,从斜面上的A点由静止开始向上作匀加速运动,前进了4.0m抵达B点时,速度为8m/s.已知木块与斜面间的动摩擦因数μ=0.5,木块质量m=1kg.g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.
(1)木块所受的外力F多大?
(2)若在木块到达B点时撤去外力F,求木块还能沿斜面上滑的距离S;
(3)为使小木块再次通过B点的速率为m/s,求恒力F连续作用的最长时间t.
正确答案
(1)设外加恒力F时小木块的加速度为a1:
由匀加速直线运动的规律得:=2a1s1 ①
根据牛顿第二定律得:F-mgsinθ-μmgcosθ=ma1 ②
联立①②代入数据解得:F=18N
(2)设小木块继续上滑的加速度大小为a2
由牛顿第二定律得mgsinθ+μmgcosθ=ma2
a2=gsinθ+μgcosθ
还能上滑的距离S=
联立解得S=3.2m
(3)当小木块运动一段时间后撤去外力,且向下运动经过B点的速度为m/s时,恒力作用的时间有最大值.
设小木块向下运动的加速度为a3,则a3=gsinθ-μgcosθ
向下运动至B点的距离为S3,则v2=2a3S3
设恒力作用的最长时间为t1,撤去恒力向上减速至零所用时间为t2,则:a1t1=a2t2 a1t12+
a2t22=S1+S3
联立解得t1=1s
答:(1)木块所受的外力F为18N;
(2)若在木块到达B点时撤去外力F,木块还能沿斜面上滑的距离S为3.2m;
(3)为使小木块向下通过B点的速率为m/s,恒力F连续作用的最长时间t=1s.
一物体由静止开始做匀加速直线运动,运动位移为4m时立即改做匀减速直线运动直至静止.若物体运动的总位移为10m,全过程所用的时间为10s,求:
(1)物体在加速阶段加速度的大小?
(2)物体在减速阶段加速度的大小?
(3)物体运动的最大速度?
正确答案
(1)设匀加速运动的末速度为v,根据平均速度公式,匀加速运动的位移x1=t1
匀减速运动的位移x2=t2
总位移x=x1+x2=(t1+t2)=
t
所以v==
m/s=2m/s.
根据匀变速直线运动的速度位移公式v2-v02=2a1x1,得a1==
m/s2=0.5m/s2
故物体在加速阶段的加速度大小为0.5m/s2.
(2)根据匀变速直线运动的速度位移公式0-v 2=2a2x2,得a2==
m/s2=-
m/s2
故减速阶段的加速度大小为m/s2.
(3)物体先加速后减速,匀加速运动的末速度即为运动的最大速度.
所以物体的最大速度为2m/s.
如图所示,质量m=2.0kg的木块静止在水平面上,用大小F=20N、方向与水平方向成θ=37°角的力拉动木块,当木块运动到x=10m力F.不计空气阻力.已知木块与水平面间的动摩擦因数µ=0.2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.g取10m/s2.求:
(1)撤去力F时木块速度的大小;
(2)撤去力F后木块运动的时间.
正确答案
(1)根据牛顿第二定律得,物体的加速度a1==
m/s2=7.2m/s2.
则撤去力F时的速度v==
m/s=12m/s.
(2)撤去F后受重力、支持力和摩擦力,根据牛顿第二定律得,a2==μg=2m/s2
则撤去F后木块的运动的时间t==
s=6s.
答:(1)撤去力F时木块速度的大小为12m/s.
(2)撤去力F后木块运动的时间为6s.
一质点由静止开始做匀加速直线运动,经过t时间后,改做加速度方向相反的匀变速直线运动,又经过2t时间恰好回到出发点,则该质点在前后两段时间内的加速度大小的比值?
正确答案
在加速阶段有:x1=a1t2 ①
减速阶段的位移为:x2=v02t-a2(2t)2 ②
其中:v0=a1t x1=-x2 ③
联立①②③解得:a1:a2=4:5
答:该质点在前后两段时间内的加速度大小的比值为4:5.
平直公路上有甲、乙两辆汽车,甲以0.5m/s2的加速度由静止开始行驶,乙在甲的前方200m处以5m/s的速度做同方向的匀速运动.问:
(1)甲何时追上乙?甲追上乙时的速度为多大?此时甲离出发点多远?
(2)在追赶过程中,甲、乙之间何时有最大距离?这个距离为多大?
正确答案
(1)当甲追上乙时,它们的位移之差是x0=200m,
x甲=x0+x乙,
t甲=t乙
设甲经时间t追上乙,则有x甲=a甲t2,x乙=v乙t.
根据追及条件,有a甲t2=v乙t,
解得t=40 s或t=-20 s(舍去).
这时甲的速度v甲=a甲t=0.5×40 m/s=20 m/s,
甲离出发点的位移x甲=a甲t2=
×0.5×402 m=400 m.
(2)在追赶过程中,当甲的速度小于乙的速度时,甲、乙之间的距离仍在增大,但当甲的速度大于乙的速度时,甲、乙之间的距离便减小.当二者速度相等时,甲、乙之间的距离达到最大值.
由a甲t=v乙,
得t=10 s,
即甲在10 s末离乙的距离最大.
xmax=x0+v乙t-a甲t2=(200+5×10-
×0.5×102) m=225 m.
答:(1)甲40s时追上乙,甲追上乙时的速度为20 m/s,此时甲离出发点400 m.
(2)在追赶过程中,甲、乙之间10 s时有最大距离,这个距离为225 m.
以18m/s的速度行驶的汽车,紧急刹车后做匀减速直线运动,其加速度大小为6m/s2.求(1)汽车在刹车2s末的速度(2)汽车在刹车5s末的位移.
正确答案
(1)汽车刹车到停下所需的时间为t0==
s=3s>2s
所以2s末的速度v=v0+at=18-6×2=6m/s.
(2)t0<5s,则汽车刹车在5s末的位移等于3s末的位移.
所以位移x=v0t0+at02=18×3-
×6×9m=27m.
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