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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
小张驾驶汽车正在水平路面上匀速行驶,前方$15\;\rm m$处出现擅闯马路的行人需紧急刹车以免悲剧。已知小张的反应时间为$0.2\;\rm s$,从刹车开始计时,汽车在第$1\;\rm s$内的位移为$8.0\;\rm m$,在第$3\;\rm s$内的位移为$0.5\;\rm m$。求:
汽车的加速度$a$;
$a=-4\\;\\rm m/s^{2}$,与汽车运动方向相反;
"]]假设汽车在第$3\;\rm s$内一直处于运动状态,根据匀变速直线运动推论可得$x_{3} − x_{1}=2aT^{2}$,解得汽车的加速度为$a=\dfrac{x_{3}-x_{1}}{2T^{2}}=\dfrac{0.5- 8.0}{2 \times 1^{2}}\;\rm \text{m}/\text{s}^{2}=- 3.75\;\rm \text{m}/\text{s}^{2}$
设汽车刹车瞬间的初速度为$v_{0}$,则第$1\;\rm s$内有$x_{1}=v_{0}t_{1}+\dfrac{1}{2}at_{1}^{2}$,解得$v_{0}=9.875\;\rm m/s$
由于$\dfrac{0-v_{0}}{a}=\dfrac{9.875}{3.75}\text{ s} \approx 2.633\;\rm \text{s} \lt 3\;\rm \text{s}$,说明假设不成立,即汽车在第$3\;\rm s$内已经停止运动
设汽车在第$3\;\rm s$内运动时间为$t$,根据逆向思维可得$x_{3}=\dfrac{1}{2}a't^{2}$
根据速度时间公式可得$a't=v_{0}−2a't_{1}$
代入数据解得$v_{0}=10\;\rm m/s$,$a'=4\;\rm m/s^{2}$,$t=0.5\;\rm s$
则汽车的加速度为$a=−a'=-4\;\rm m/s^{2}$,方向与运动方向相反;
判断事故是否发生并说明理由。
汽车行驶$14.5\\;\\rm m$后停下,事故没有发生。
"]]汽车从小张反应到刹车停下所通过的位移为$x=v_{0}t_{0}+\dfrac{v_{0}^{2}}{2a'}=10 \times 0.2\;\rm \text{m}+\dfrac{10^{2}}{2 \times 4}{\;\rm m}=14.5\;\rm \text{m} \lt {15\;\rm m}$,可知不会发生事故。
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