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,在一段水平光滑直道上每间隔$l_{1}=3\;\rm m$铺设有宽度为$l_{2}=2.4\;\rm m$的防滑带。在最左端防滑带的左边缘静止有质量为$m_{1}=2\;\rm kg$的小物块$P$,另一质量为$m_{2}=4\;\rm kg$的小物块$Q$$v_{0}=7\;\rm m/s$的速度向右运动并与$P$发生正碰,且碰撞时间极短。已知碰撞后瞬间$P$的速度大小为$v=7\;\rm m/s$$P$$Q$与防滑带间的动摩擦因数均为$\mu =0.5$,重力加速度大小$g=10\;\rm m/s^{2}$。求:

该碰撞过程中损失的机械能;

[["

$24.5\\;\\rm J$

"]]

$P$$Q$与发生正碰,由动量守恒定律$m_{2}v_{0}=m_{2}v_{\rm Q}+m_{1}v$

由能量守恒定律$\dfrac{1}{2}m_{2}v_{0}^{2}=\dfrac{1}{2}m_{2}v_{\text{Q}}^{2}+\dfrac{1}{2}m_{1}v^{2}+\Delta E$

联立可得$v_{\rm Q}=3.5\;\rm m/s$$\Delta E=24.5\;\rm J$

$P$从开始运动到静止经历的时间。

[["

$5\\;\\rm s$

"]]

对物块$P$受力分析由牛顿第二定律$\mu m_{1}g=m_{1}a$

物块$P$在第一个防滑带上运动时,由运动学公式$v^{2}-v_{\rm P1}^{2}=2al_{2}$$v_{\rm P1}=v-at_{1}$

解得$v_{\rm P1}=5\;\rm m/s$

则物块$P$在第一个防滑带上运动的时间为$t_{1}=0.4\;\rm s$

物块$P$在光滑的直道上做匀速直线运动,则$l_{1}=v_{\rm P1}t_{2}$

解得$t_{2}=0.6\;\rm s$

物块$P$在第二个防滑带上运动时,由运动学公式$v_{\rm P1}^{2}-v_{\rm P2}^{2}=2al_{2}$$v_{\rm P2}=v_{\rm P1}-at_{3}$

解得$v_{\rm P2}=1\;\rm m/s$

则物块$P$在第二个防滑带上运动的时间为$t_{3}=0.8\;\rm s$

物块$P$在光滑的直道上做匀速直线运动,则$l_{1}=v_{P2}t_{4}$

解得$t_{4}=3\;\rm s$

由以上条件可知,物块$P$最终停在第三个防滑带上,由运动学公式$0=v_{\rm P2}-at_{5}$

可得物块$P$在第三个防滑带上运动的时间为$t_{5}=0.2\;\rm s$

故物块$P$从开始运动到静止经历的时间为$t=t_{1}+t_{2}+t_{3}+t_{4}+t_{5}=5\;\rm s$

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