高中物理 勻變速直線運動的研究——復(fù)習(xí)與提高A組習(xí)題講解

1. 某人騎自行車,在距離十字路口停車線30m處看到信號燈變紅。此時自行車的速度為。已知該自行車在此路面依慣性滑行時做勻減速運動的加速度大小為
。
如果騎車人看到信號燈變紅就停止用力,自行車僅靠滑行能停在停車線前嗎?
分析:本題實際已知的是位移,初速度,末速度和加速度,所以判斷僅靠滑行停在停車線的方法就是比較位移,初速度,末速度和加速度。
解:自行車做勻加速直線運動,以初速度的方向為正方向。已知位移,初速度
,末速度
,加速度
。
比較位移,由公式得
,所以用這樣初末速度和加速度做勻減速直線運動,最終不會在停車線停下。
比較末速度,由公式得
,所以用這樣的初速度,加速度和位移做勻減速直線運動,最終不會在停車線停下。
比較初速度,由公式得
,所以用這樣的末速度,加速度和位移做勻減速直線運動,最終不會在停車線停下。
比較加速度,由公式得
,所以用這樣的初末速度和位移做勻減速直線運動,最終不會在停車線停下。

2. 騎自行車的人以的初速度沿足夠長的斜坡向上做減速運動,加速度大小是
,經(jīng)過5s,他在斜坡上通過多長的距離?
分析:做勻減速直線運動的問題,在涉及到某段時間通過的位移時,一定要考慮什么時候速度為零。
解:自行車做勻減速直線運動,以初速度方向為正方向,初速度,加速度
。先算出停下來所用的時間t,由公式
得
,所以自行車在5s時不會停下來,那么由公式
得
所以自行車在斜坡上通過的距離是20m。

3. 鋼球由靜止開始做自由落體運動,不計空氣阻力,落地時的速度為,g取
。
(1)它下落的高度是多少?
(2)它在前2s內(nèi)的平均速度是多少?
(3)它在最后1s內(nèi)下落的高度是多少?
分析:自由落體運動是初速度為零,加速度為g的勻加速直線運動,所以將勻變速直線運動的公式變形就可以直接進(jìn)行計算了。
解:鋼球做自由落體運動,初速度為0,加速度,末速度
。
(1)由公式得
。
下落的高度是45m。
(2)由公式得
,平均速度
;或者由公式
得
,再由勻變速直線運動推論二
得
。
前2s內(nèi)的平均速度是10m/s。
(3)先算出落地所需的時間t,由公式得
,前2秒的下落的高度第(2)問已經(jīng)求出,所以最后1s下落的高度
。
最后1s下落的高度是25m。
注意:在有連續(xù)幾問的題目中,前一問的結(jié)果通常是后一問的已知條件,結(jié)合起來解題會更加方便一些。

4. 某同學(xué)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中,選出了如圖1所示的一條紙帶(每兩點間還有4個點沒有畫出來),紙帶上方的數(shù)字為相鄰兩個計數(shù)點間的距離。打點計時器的電源頻率為50 Hz。
(1)根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù),計算打下A、B、C、D、E點時小車的瞬時速度并填在表中。

(2)在圖2中畫出小車的v-t圖像,并根據(jù)v-t圖像判斷小車是否做勻變速直線運動。如果是,求出該勻變速直線運動的加速度。

分析:在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中,某計時點的瞬時速度等于前后兩點間的平均速度。由描點法畫出圖像并求出直線的斜率,就是該小車運動的加速度。
解:打點計時器頻率為50HZ,所以每隔0.02s打一個點,圖中每兩個計數(shù)點間還有四個未畫出,所以兩個計數(shù)點間的時間為0.1s。
(1),
,
,
,

(2)以紙帶O點為計時0點,后面的點依次對應(yīng),得到每一點的速度和時間,在坐標(biāo)紙上描點,并畫一條直線使點分布在直線兩側(cè)。

由圖像可知,小車做勻加速直線運動。在直線上重新取兩個距離較遠(yuǎn)的點(0.05,0.5)和(0.45,1.28),由公式。
注意:在坐標(biāo)紙上描點時一定要用“+”號,要用一條直線穿過大多數(shù)點,使點均勻的分布在直線兩側(cè),這樣得到的直線才最接近真實值。計算加速度的時候一定要重新取點,而且要距離夠遠(yuǎn),以減小計算誤差。

5. 某跳傘運動員做低空跳傘表演。他離開懸停的飛機后先做自由落體運動,當(dāng)距離地面125 m時開始打開降落傘,到達(dá)地面時速度減為。如果認(rèn)為開始打開降落傘直至落地前運動員在做勻減速運動,加速度為
,g取
。
(1)運動員打開降落傘時的速度是多少?
(2)運動員離開飛機時距地面的高度為多少?
(3)運動員離開飛機后,經(jīng)過多長時間才能到達(dá)地面?
分析:運動員在空中經(jīng)歷了兩段運動,分別是自由落體運動和勻減速直線運動,前一段運動的末速度就是后一段運動的初速度,兩段運動的位移之和就是總高度。列出已知條件求解即可。
解:自由落體階段:已知初速度為0,加速度,設(shè)末速度為v,下落高度為
;勻減速直線運動階段:設(shè)向下為正方向,初速度為v,加速度
,末速度
,下落高度為
。
由自由落體公式得
……①
由勻變速直線運動公式得
……②
聯(lián)立兩式可得
所以(1)運動員打開降落傘時的速度為;
(2)運動員離開飛機時距離地面的高度為;
由于兩段運動的初末速度都知道,自由落體階段運動時間由公式得
;勻減速直線運動階段時間由公式
得
;
所以(3)運動員離開飛機后,落地所需要的總時間為。

6. 已知一物體做初速度為0、加速度為a的勻加速直線運動。該物體在前1 s內(nèi)、前2 s內(nèi)、前3 s內(nèi)……的位移分別是在第1 s內(nèi)、第2 s內(nèi)、第3 s內(nèi)……的位移分別是
在各個連續(xù)相等的時間間隔T內(nèi)的位移分別是
,證明:
(1)
(2)
(3)
分析:本題實際上是讓同學(xué)們自己動手推導(dǎo)一下勻變速直線運動的推論一、推論四、推論五
解(1)由初速度為零的勻變速直線運動位移公式,可以得到前1s內(nèi)、前2s內(nèi)、前3s內(nèi)…的位移分別為
,
,
,…
所以
(2)由(1)中的式子可得在第1 s內(nèi)、第2 s內(nèi)、第3 s內(nèi)……的位移分別為,
,
,…
所以
(3)在各個連續(xù)相等的時間間隔T內(nèi)的速度分別是,在各個連續(xù)相等的時間間隔T內(nèi)的位移分別是
,
,
,…,
,
所以