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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
额定功率为$80\;\rm kW$的汽车,在平直公路上行驶最大速度是$20\;\rm m/s$,汽车质量$2 \times 10^{3}\;\rm kg$,如果汽车从静止开始先做加速度为$2\;\rm m/s^{2}$的匀加速直线运动,达到额定功率后以额定功率行驶,在运动过程中阻力不变,则:
汽车受到的阻力多大?
$4 \\times 10^{3}\\;\\rm N$;
"]]依题意,可知当汽车受到的牵引力等于阻力时,行驶的速度达最大,则汽车受到的阻力$f=F=\dfrac{P_{额}}{v_{\rm{m}}}=\dfrac{80 \times 10^{3}}{20}\;\rm {N}=4 \times 10^{3}\;\rm {N}$;
汽车匀加速运动时受到的牵引力多大?
$8 \\times 10^{3}\\;\\rm N$;
"]]汽车做匀加速直线运动时,根据牛顿第二定律有$F' − f=ma$
可得此时汽车受到的牵引力大小为$F'=f+ma=4000\;\rm N+2 \times 10^{3} \times 2\;\rm N=8 \times 10^{3}\;\rm N$;
汽车做匀加速直线运动维持的时间多长?
$5\\;\\rm s$;
"]]当汽车的功率达到额定功率时,汽车匀加速达到最大速度,有$v_{1}=\dfrac{P_{额}}{F'}=\dfrac{80 \times 10^{3}}{8 \times 10^{3}}\;\rm {m}/{s}= 10\;\rm {m}/{s}$
汽车做匀加速直线运动达到最大速度用时为$t_{1}=\dfrac{v_{1}}{a}=\dfrac{10}{2}\;\rm {s}=5\;\rm {s}$;
汽车从静止开始运动$11\;\rm s$的过程中牵引力做的功多大?
$6.8 \\times 10^{5}\\;\\rm J$
"]]匀加速阶段汽车运动的位移为$s_{1}= \dfrac{v_{1}^{2}}{2a}=\dfrac{10^{2}}{2 \times 2}\;\rm {m}= 25\;\rm {m}$
该过程汽车牵引力所做的功为$W_{1}=F's_{1}=8 \times 10^{3} \times 25\;\rm J=2 \times 10^{5}\;\rm J$
汽车在$t_{2}=6\;\rm s$时间内以额定功率行驶,则牵引力所做的功为$W_{2}=P_{额}t_{2}=80 \times 10^{3} \times 6\;\rm J=4.8 \times 10^{5}\;\rm J$
故汽车从静止开始运动$11\;\rm s$的过程中牵引力做的功为$W=W_{1}+W_{2}=6.8 \times 10^{5}\;\rm J$。
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