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

柴油打桩机由重锤汽缸、活塞桩帽等组成。重锤汽缸的质量为$m$,钢筋混凝土桩固定在活塞桩帽下端,桩帽和桩总质量为$M$。汽缸从桩帽正上方一定高度自由下落,汽缸下落过程中,桩体始终静止。当汽缸到最低点时,向缸内喷射柴油,柴油燃烧,产生猛烈推力,汽缸和桩体瞬间分离,汽缸上升的最大高度为$h$,重力加速度为$g$

求汽缸和桩体分离瞬间汽缸的速度大小;

[["

$\\sqrt{2gh}$

"]]

对汽缸,由运动学公式有$v^{2}=2gh$

解得汽缸和桩体分离瞬间汽缸的速度大小$v=\sqrt{2gh}$

求柴油燃烧产生的推力对汽缸的冲量大小和方向;

[["

$m\\sqrt{2gh}$,方向竖直向上;

"]]

对分离瞬间重锤汽缸,由于内力远大于外力,有规定向上为正方向,由动量定理有$I_{燃}=mv-0=m\sqrt{2gh}$,方向竖直向上;

设桩体向下运动过程中所受阻力恒为$f$,求该次燃烧后桩体在泥土中向下移动的距离。

[["

$\\dfrac{m^{2}gh}{M(f-Mg)}$

"]]

分离瞬间,由于内力远大于外力,所以重锤汽缸和桩体组成的系统动量守恒,有$mv=Mv_{1}$

分离后对桩体,由动能定理,有$MgH-fH=0-\dfrac{1}{2}Mv_{1}^{2}$

联立解得该次燃烧后桩体在泥土中向下移动的距离$H=\dfrac{m^{2}gh}{M(f-Mg)}$

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