高中 | 匀变速直线运动的速度位移公式 题目答案及解析

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必修1

第二章 匀变速直线运动的研究

2.4 匀变速直线运动的速度与位移的关系

匀变速直线运动的速度位移公式

如图,一长为$2\;\rm m$的平台,距水平地面高度为$1.8\;\rm m$。质量为$0.01\;\rm kg$的小物块以$3\;\rm m/s$的初速度从平台左端水平向右运动。物块与平台、地面间的动摩擦因数均为$0.2$。物块视为质点,不考虑空气阻力,重力加速度$g$$10\;\rm m/s^{2}$

求物块第一次落到地面时距平台右端的水平距离;

[["

$0.6\\;\\rm m$

"]]

小物块在平台做匀减速直线运动,根据牛顿第二定律有$a=\mu g$

则小物块从开始运动到离开平台有$v_{x}^{2} − v_{0}^{2}=2ax_{0}$

小物块从平台飞出后做平抛运动有$h=\dfrac{1}{2}gt_{1}^{2}$$x=vxt_{1}$

联立解得$x=0.6\;\rm m$

若物块第一次落到地面后弹起的最大高度为$0.45\;\rm m$,物块从离开平台到弹起至最大高度所用时间共计$1\;\rm s$。求物块第一次与地面接触过程中,所受弹力冲量的大小,以及物块弹离地面时水平速度的大小。

[["

$I_{N}=0.1\\;\\rm N·s$$v_{x}'=0$

"]]

物块第一次落到地面后弹起的最大高度为$0.45\;\rm m$,则物块弹起至最大高度所用时间和弹起的初速度有$h'= \dfrac{1}{2}gt_{2}^{2}$$vy_{2}=gt_{2}$

则物块与地面接触的时间$\Delta t=t-t_{1}-t_{2}=0.1\;\rm s$

物块与地面接触的过程中根据动量定理,取竖直向上为正,在竖直方向有$I_{N}-mg\Delta t=mvy_{2}-m(-vy_{1})$$vy_{1}=gt_{1}$

解得$I_{N}=0.1\;\rm N·s$

取水平向右为正,在水平方向有$-\mu N\Delta t=vx'-vx$$I_{N}=N\Delta t$

解得$vx'=-1\;\rm m/s$

但由于$vx'$减小为$0$将无相对运动和相对运动的趋势,故$vx'=0$

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