1.从某一高度先后由静止释放两个相同的小球甲和乙,若两球被释放的时间间隔为1 s,在不计空气阻力的情况下,它们在空中运动的过程中( )
A.甲、乙两球的距离越来越大,甲、乙两球的速度之差越来越大
B.甲、乙两球距离始终保持不变,甲、乙两球的速度之差保持不变
C.甲、乙两球距离越来越大,甲、乙两球的速度之差保持不变
D.甲、乙两球距离越来越小,甲、乙两球的速度之差越来越小
[解析] 甲、乙两球的距离Δs=g(t+1)2=gt2+gt+g,所以越来越大.甲、乙两球的速度之差Δv=g(t+1)-gt=g,所以不变.正确选项为C.
[答案] C
2.一个固定在水平面上的光滑物块,其左侧面是斜面AB,右侧面是曲面AC,如图1-2所示.已知AB和AC的长度相同.两个小球p、q同时从A点分别沿AB和AC由静止开始下滑,比较它们到达水平面所用的时间( )
图1-2
A.p小球先到 B.q小球先到
C.两小球同时到 D.无法确定
[解析] 可以利用v-t图象(这里的v是速率,曲线下的面积表示路程)定性地进行比较.在同一个v-t图象中作出p、q的速率图线,如图所示.显然开始时q的加速度较大,斜率较大;由于机械能守恒,末速率相同,即两图线末端在同一水平线上.为使路程相同(两图线和横轴所围的面积相同),显然q用的时间较少,故B正确.
[答案] B
巧选参照系,妙解运动题
(多选)甲、乙两物体同时、同向且沿同一直线运动.乙在前面做初速度为0、加速度为a2的匀加速运动,甲在后面做初速度为v0、加速度为a1的匀加速运动,则( )
A.若a1=a2,则两物体只能相遇一次
B.若a1>a2,则两物体一定相遇两次
C.若a1<a2,则两物体不能相遇
D.若a1<a2,则两物体可能相遇两次或不能相遇
[技法攻略] 选择乙物体为参照系.如果a1=a2,则物体甲相对物体乙做初速度为v0的匀速直线运动,所以两物体只能相遇一次,A正确.如果a1>a2,则物体甲相对物体乙做初速度为v0、加速度为(a1-a2)的匀加速运动,所以两物体只能相遇一次,B错误.如果a1<a2,则物体甲对物体乙做初速度为v0、加速度为-(a1-a2)的匀减速运动.如果甲物体在追上乙物体之前速度减为0(即甲、乙两物体速度相等),则两物体不能相遇;如果甲物体追上乙物体后速度减为0(即甲、乙两物体速度相等),甲物体反向加速,再与乙物体相遇一次.所以D正确.故答案为A、D.
[答案] AD
A、B两车在同一直线上做同向匀速运动,A在前,速度为vA=8 m/s,B在后,速度为vB=16 m/s,当A、B相距x=20 m时,B开始刹车,做匀减速运动,为避免A、B相撞,则刹车后B的加速度应为多大?
[技法攻略] 选A为参照系,则B相对于A的速度为vB-vA,为避免A、B相撞,B刹车后应满足:<x
解得a>1.6 m/s2.
[答案] B的加速度应大于1.6 m/s2
1.火车匀减速滑行,其前端通过信号灯时速度为v,末端恰好停于信号灯处,则前半列火车跟后半列火车通过信号灯的时间之比为( )
A.1∶1 B.∶1
C.(-1)∶1 D.(+1)∶1
[解析] 逆着车行方向,火车做初速度为零的匀加速运动,设加速度大小为a,火车全长为l,后半列火车逆向通过信号灯的时间为t2,前半列火车逆向通过信号灯的时间为t1,则有
=at,l=a(t1+t2)2
联立可得t1+t2=t2
所以=,选项C正确.
[答案] C
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利用图象法处理非匀变速运动问题 |
对于物体的运动过程是变加速运动或曲线运动的问题,应从能量的角度对物体的运动过程进行分析,此时若直接从变速运动入手,则非常复杂,如果通过画运动图象辅助分析,结合图象与能量知识可方便求解.
如图1-1所示,两物体由高度相同、路径不同的光滑斜面由静止下滑,物体通过两条路径的长度相等,通过C点前后速度大小不变,则下列说法正确的是( )
A.物体沿AB斜面运动时间较短
B.物体沿ACD斜面运动时间较短
C.物体沿两个光滑斜面运动时间相等
D.无法确定
图1-1
[审题指导] 本题比较重要的条件有
(1)隐含条件:两过程中机械能均守恒,故末速度大小相等.
(2)路程条件:两过程中路径的长度相等,虽位移不同,可等效为位移的大小相等.
[解析] 由于两斜面光滑,且物体通过C点前后速度大小不变,说明整个过程机械能守恒,则两物体到达斜面最低点的速度大小相等,而且两物体运动路程相等,故可利用速度—时间图象进行分析比较.
从图中可以看出,沿AC段运动时,起始阶段加速度较大,故其速度图象起始阶段斜率较大,且二者末速度相等,为了保证最后速度大小一样且包围的面积(路程)一样,可以看到通过AB的时间t1大于通过ACD的时间t2,所以沿ACD斜面先到达,故B正确.
[答案] B
[即学即用]
8.如图8甲所示,质量为m=1 kg的物体置于倾角为θ=37°的固定斜面上(斜面足够长),对物体施加平行于斜面向上的恒力F,作用时间t1=1 s时撤去拉力,物体运动的部分v-t图象如图乙所示,取g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.
甲 乙
图8
试求:
(1)物体与斜面间的动摩擦因数和拉力F的大小;
(2)t=6 s时物体的速度,并在图乙上将6 s内物体运动的v-t图象补画完整,要求标明有关数据.
[解析] (1)设撤去拉力前物体的加速度大小为a1,撤去拉力后物体沿斜面继续上滑的加速度大小为a2,由v-t图象可知:
a1= m/s2=20 m/s2
a2=m/s2=10 m/s2
对物体在撤去拉力前,由牛顿第二定律得
F-mgsin 37°-μmgcos 37°=ma1
对物体在撤去拉力后上滑时,由牛顿第二定律得
mgsin 37°+μmgcos 37°=ma2
解得F=30 N,μ=0.5.
(2)加速上滑的时间t1=1 s,撤去拉力时的速度为v=20 m/s,设再经过时间t2速度减至0.
由0=v-a2t2得t2=2 s
在最高点时,因mgsin 37°>μmgcos 37°,
故物体将沿斜面加速下滑,设加速度大小为a3,据牛顿第二定律得
mgsin 37°-μmgcos 37°=ma3
解得a3=2 m/s2
再经过3 s物体的速度大小为6 m/s,方向沿斜面向下,补画完整后的图线及有关数据如图所示.
[答案] (1)0.5 30 N (2)见解析图
7.如图7所示,一块磁铁放在铁板ABC上的A处,其中AB长为1 m,BC长为0.6 m,BC与水平面夹角为37°,磁铁与铁板间的引力为磁铁重力的0.2倍,磁铁与铁板间的动摩擦因数μ=0.25,现给磁铁一个水平向左的初速度v0=4 m/s不计磁铁经过B处转向的机械能损失.求:(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8 g取10 m/s2)
图7
(1)磁铁第一次到达B处的速度大小;
(2)磁铁沿BC向上运动的加速度大小;
(3)请通过计算判断磁铁最终能否再次回到B点.
[解析] (1)N=kmg+mg=1.2 mg
f=μN=0.25×1.2mg=0.3mg
根据牛顿第二定律a1==3 m/s2
vB== m/s≈3.16 m/s.
(2)磁铁沿BC向上运动时,N′-mgcos 37°-kmg=0
μN′+mgsin 37°=ma2
a2===8.5 m/s2
(3)磁铁沿BC向上运动的最大距离
s== m≈0.59 m<0.6 m
又因mgsin 37°>μ(mgcos 37°+kmg)
所以磁块最终能再次回到B点.
[答案] (1)3.16 m/s (2)8.5 m/s2 (3)能回到B点
6.(多选)(2013·衡水中学调研)如图6所示,倾角为30°的光滑杆上套有一个小球和两根轻质弹簧,两弹簧的一端各与小球相连,另一端分别用销钉M、N固定于杆上,小球处于静止状态.设拔去销钉M(撤去弹簧a)瞬间,小球的加速度大小为6 m/s2,若不拔去销钉M,而拔去销钉N(撤去弹簧b)瞬间,小球的加速度可能是(g取10 m/s2)( )
图6
A.11 m/s2,沿杆向上 B.11 m/s2,沿杆向下
C.1 m/s2,沿杆向下 D.1 m/s2,沿杆向上
[解析] 设小球处于静止状态时b弹簧弹力为F,拔去销钉M瞬间,取向上为正方向,若a=6 m/s2,由牛顿第二定律,F-mgsin 30°=ma,解得F=11m.若a=-6 m/s2,由牛顿第二定律,-F-mgsin 30°=ma,解得F=m.
设a弹簧弹力为F′,由平衡条件F=mgsin 30°+F′,当F=11m可得F′=6m,拔去销钉N瞬间,由牛顿第二定律,F′+mgsin 30°=ma′,解得a′=11 m/s2,选项B正确,A错误;当F=m可得F′=-4m,拔去销钉N瞬间,由牛顿第二定律,F′+mgsin 30°=ma′,解得a′=1 m/s2,方向沿杆向下,选项C正确,D错误.
[答案] BC
5.(多选)在光滑的水平面上有一个物体同时受到两个水平力F1和F2的作用,在第1 s内保持静止,若两力F1和F2随时间的变化图线如图5所示,则下列说法正确的是( )
图5
A.在第2 s内物体做加速运动,加速度的大小逐渐减小,速度逐渐增大
B.在第3 s内物体做加速运动,加速度的大小逐渐减小,速度逐渐增大
C.在第4 s内物体做加速运动,加速度的大小逐渐减小,速度逐渐增大
D.在第5 s末,物体的加速度为零,运动方向与F1相同
[解析] 由物体在第1 s内保持静止可知F1和F2的合力为零,即F1与F2大小相等,方向相反,在第2 s内和第3 s内F2减小,F1与F2的合力增大,加速度大小逐渐增大,速度逐渐增大,A、B错误.第4 s内F2逐渐增大,F1与F2的合力逐渐减小,加速度逐渐减小,速度逐渐增大,第5 s末F1与F2的合力为零,加速度为零,速度方向与F1相同,C、D正确.
[答案] CD
4.如图4所示,劲度系数为k的轻弹簧竖直固定在水平面上,上端固定一质量为m0的托盘,托盘上有一个质量为m的木块.用竖直向下的力将原长为l0的弹簧压缩后突然撤去外力,则m即将脱离m0时的弹簧长度为( )
A.l0 B.
C.l0- D.l0-
图4
[解析] 弹簧上端只有托盘时,弹簧被压缩的长度为;当再加上木块时,弹簧被压缩的长度为;在力的作用下,弹簧被压缩的更多.撤去外力后,两者加速向上运动,当到达压缩量为时,速度达到最大而加速度为零,显然这时木块和托盘之间有压力作用,且压力等于木块的重力.再向上做减速运动,由于木块处于失重状态,对托盘的压力变小.当恰好分离时,两者恰好无相互作用力,两者都处于完全失重状态,所以弹簧为原长,选项A正确.
[答案] A
3.(2013·安徽江南十校摸底)如图3所示,在动摩擦因数μ=0.2的水平面上有一个质量m=1 kg的小球,小球与水平轻弹簧及与竖直方向成θ=45°角的不可伸长的轻绳一端相连,此时小球处于静止状态,且水平面对小球的弹力恰好为零.在剪断轻绳的瞬间(g取10 m/s2),下列说法中正确的是
( )
图3
A.小球受力个数不变
B.小球立即向左运动,且a=8 m/s2
C.小球立即向左运动,且a=10 m/s2
D.若剪断的是弹簧,则剪断瞬间小球加速度的大小a=10 m/s2
[解析] 在剪断轻绳前,分析小球受力,小球受到重力、弹簧弹力和绳子拉力.应用平衡条件可得弹簧弹力F=mgtan 45°=10 N.剪断轻绳的瞬间,弹簧弹力不变,重力不变,小球将受到水平面的弹力和摩擦力,小球受力个数变化,选项A错误;此时在竖直方向,水平面的弹力N=mg,摩擦力为f=μN=2 N,小球水平向左的合力F-f=ma,解得a=8 m/s2,选项B正确,C错误;若剪断的是弹簧,则剪断瞬间小球仍然静止,小球加速度的大小a=0,选项D错误.
[答案] B
2.(2014届沈阳一中模拟)如图2所示,质量为m1=2 kg的物体A经跨过定滑轮的轻绳与质量为M=5 kg的箱子B相连,箱子底板上放一质量为m2=1 kg的物体C,不计定滑轮的质量和一切阻力,在箱子加速下落的过程中,取g=10 m/s2,下列说法正确的是( )
图2
A.物体A处于失重状态,加速度大小为10 m/s2
B.物体A处于超重状态,加速度大小为20 m/s2
C.物体C处于失重状态,对箱子的压力大小为5 N
D.轻绳对定滑轮的作用力大小为80 N
[解析] 取A、B、C为整体,由牛顿第二定律得(M+m2)g-m1g=(M+m1+m2)a,则加速度为a=5 m/s2,A、B错;隔离C有m2g-FN=m2a,即FN=5 N,C对;隔离A有T-m1g=m1a,即T=30 N,所以轻绳对定滑轮的作用力大小为2T=60 N,D错.
[答案] C
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