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

如图所示,倾角为$30^\circ $的光滑斜面固定在水平地面上,安装在其顶端的电动机通过不可伸长轻绳与小车相连,小车上静置一物块。小车与物块质量均为$m$,两者之间动摩擦因数为$\dfrac{\sqrt{3}}{2}$。电动机以恒定功率$P$拉动小车由静止开始沿斜面向上运动。经过一段时间,小车与物块的速度刚好相同,大小为$v_{0}$。运动过程中轻绳与斜面始终平行,小车和斜面均足够长,重力加速度大小为$g$,忽略其他摩擦。则这段时间内$(\qquad)$

["

物块的位移大小为$\\dfrac{2v_{0}^{2}}{3g}$

","

物块机械能增量为$\\dfrac{5mv_{0}^{2}}{2}$

","

小车的位移大小为$\\dfrac{16Pv_{0}}{5mg^{2}}-\\dfrac{2v_{0}^{2}}{5g}$

","

小车机械能增量为$\\dfrac{8Pv_{0}}{5g}+\\dfrac{mv_{0}^{2}}{2}$

"]
[["C"]]

$\rm A$.对物块根据牛顿第二定律有$\mu mg\cos 30^\circ − mg\sin 30^\circ =ma$

解得$a=\dfrac{1}{4}g$

根据运动学公式有$v_{0}^{2}=2ax_{1}$

解得物块的位移大小为$x_{1}=\dfrac{2v_{0}^{2}}{g}$,故$\rm A$错误;

$\rm B$.物块机械能增量为$\Delta E=\dfrac{1}{2}m{v_{0}}^{2}+mgx_{1} \cdot \sin 30{^\circ}=\dfrac{3}{2}m{v_{0}}^{2}$,故$\rm B$错误;

$\rm C$.对小车根据动能定理有$Pt-\left( \mu mg\cos 30{^\circ}+mg\sin 30{^\circ} \right)x=\dfrac{1}{2}m{v_{0}}^{2}$

其中$t=\dfrac{v_{0}}{a}$

联立解得$x=\dfrac{16Pv_{0}}{5mg^{2}}-\dfrac{2v_{0}^{2}}{5g}$,故$\rm C$正确;

$\rm D$.小车机械能增量为$\Delta E'=\dfrac{1}{2}m{v_{0}}^{2}+mgx\sin 30{^\circ}=\dfrac{8Pv_{0}}{5g}+\dfrac{3mv_{0}^{2}}{10}$,故$\rm D$错误。

故选:$\rm C$

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