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简答题

一辆电动自行车,蓄电池一次充足电后可向电动机提供E0=1.5×106J的能量,电动机的额定输出功率为P=120w.已知电动车(含电池)的质量m=40kg,最大载重(即骑车人和所载货物的最大总质量)M=120kg.现有质量为m0=60kg的人骑此电动车在无风的平直公路行驶,所受阻力f是车辆总重力的0.03倍,设车电动机的效率是80%,则这辆车充足一次电后,

(1)不载货物时,在电力驱动下能行驶的最大路程是多少?

(2)不载货物时,在电力驱动下从静止开始以a=0.2m/s2加速度匀加速前进的最长时间是多少?

(3)当车承载最大载重,并以电动机的额定功率由静止启动,经3.5s车速达到v=1.5m/s,此时车的加速度多大?车驶过的路程多大?

正确答案

(1)空载时骑车行驶的最小牵引力:F1=f1=0.03(m+m0)g=30N

由功能关系有:F1S1=ηE0           

得  S1===4×104m

(2)由牛顿第二定律知:F2-f1=(m+m0)a

得 F2=f1+(m0+m)a=30N+(60+40)×0.2=50N

匀加速运动的最大速度为 v1===2.4m/s

匀加速的运动时间为t==s=1.2s

(3)当车承载最大载重时,设牵引力为F3,所受阻力为f2=0.03(m+m0+M)g=48N

则由牛顿第二定律知:F3-f2=(m+m0+M)a 

又  F3===80N

联立以上三式得a=0.2m/s2

根据动能定理得:

 pt-f2s=(M+m)v2

解得,s=5m

答:

(1)不载货物时,在电力驱动下能行驶的最大路程是4×104m.

(2)不载货物时,在电力驱动下从静止开始以a=0.2m/s2加速度匀加速前进的最长时间是1.2s.

(3)当车承载最大载重,并以电动机的额定功率由静止启动,经3.5s车速达到v=1.5m/s,此时车的加速度是0.2m/s2.车驶过的路程是5m.

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某高速公路边的交通警示牌有如图1所示的标记,其意义是指车辆的瞬时速度不得超过90km/h.若车辆驾驶员看到前车刹车后也相应刹车,反应时间是1s,假设车辆刹车的加速度相同,安全距离是两车不相碰所必须保持的距离的2倍,则车辆行驶在这条公路上的安全距离为多大?

甲同学这样车速v0==25m/s,末速vt=0.

作v-t图求解.从图2中可得两车所要保持的距离就是平行四边形abcd的面积,其面积恰等于矩形Oace的面积,即:Sabcd=25×1=25m,所以安全距离为50m.

而乙同学认为甲同学的分析不够全面,只分析了一种情况,乙同学认为安全距离应该大于50m.

你认为哪位同学的结果正确?为什么?请予以说明并有解答过程(也可在图3中作图并说明).

正确答案

甲同学的结论不正确,因为他只考虑了前后两辆车都以90km/h即25m/s的速度行驶的情况,即:v=v,其实还存在这样两种情况:

(1)v=25m/s,v<25m/s;(2)v<25m/s,v=25m/s.

显然(1)中v=25m/s,v<25m/s的情况下安全距离小于50m.

而(2)中v<25m/s,v=25m/s的情况下安全距离要大于50m,可从v-t图中可知:两车不相碰距离就是面积Scabed>25m,所以安全距离要大于50m.

答:乙同学分析分析正确,甲同学的结论不正确,因为他只考虑了前后两辆车都以90km/h即25m/s的速度行驶的情况.

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如图所示,用F=10N的水平拉力,使物体由静止开始沿水平地面做匀加速直线运动.已知物体的质量m=2.0kg,物体与地面间的摩擦力4N,求:

(1)物体在t=2.0s时速度v大小.

(2)物体在前2秒内的位移.

正确答案

根据牛顿第二定律得,a==m/s2=3m/s2

则2s末的速度v=at=3×2m/s=6m/s.

前2s内的位移x=at2=×3×4m=6m.

答:(1)物体在t=2.0s时速度v大小为6m/s.

(2)物体在前2秒内的位移为6m.

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世界短跑名将博尔特百米的最大速度可达到12m/s,他的百米运动可简化为以某一加速度匀加速运动达到最大速度后,以最大速度匀速跑完全程,如果某次训练中要求博尔特百米成绩在10秒以内,求他匀加速运动的加速度至少为多大?

正确答案

设博尔特加速的时间为t,加速度至少为a,最大速度为v,

则有  t+v(10-t)=100

解得,t=s

由v=at得

解得a=3.6 m/s2答:他匀加速运动的加速度至少是3.6 m/s2

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体育课上进行爬杆活动,使用了一根质量忽略不计的长杆,长杆竖直固定在地面上,一个质量为40kg的同学(可视为质点)爬上杆的顶端后,自杆顶由静止开始匀加速紧接着又匀减速滑下,滑到杆底时的速度恰好为零.测得杆对地的最大压力为460N,最小压力为280N,人下滑的总时间为3s.求该同学下滑过程中的最大速度及杆长.

正确答案

设加速下滑时的加速度为a1,运动时间为t1

则有mg-280=ma1

υm=a1t1

减速下滑时的加速度大小为a2,运动时间为t2

则有460-mg=ma2

υm=a2t2=a2(3-t1

设杆长为l,则有l=×t

解得:υm=3m/s  

  l=4.5m

答:该同学下滑过程中的最大速度3m/s及杆长4.5m.

下一知识点 : v-t图像
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