题目内容

1.某兴趣小组对一辆自制遥控小车的性能进行研究,他们让这辆小车在水平的直轨道上由静止开始运动,并将小车运动的全过程记录下来,通过处理转化为v-t图象,如图所示(除2s~10s时间段内的图象为曲线外,其余时间段图象均为直线).已知小车运动的过程中,2s~14s时间段内小车的功率保持不变,在14s末停止遥控而让小车自由滑行.小车的质量为1kg,可认为在整个过程中小车所受到的阻力大小不变.求:
(1)小车所受到的阻力大小及0~2s时间内电动机提供的牵引力大小;
(2)小车匀速行驶阶段的功率;
(3)小车在0~10s运动过程中位移的大小.

分析 (1)根据速度时间图线求出匀减速运动的加速度大小,结合牛顿第二定律求出阻力的大小,根据图线求出匀加速直线运动的加速度大小,根据牛顿第二定律求出牵引力的大小.
(2)根据匀速运动时牵引力等于阻力,结合速度,根据P=Fv求出功率.
(3)根据图线围成的面积求出0-2s内的位移,根据动能定理,抓住功率不变,求出2-10s内的位移,从而得出小车在0-10s内的位移.

解答 解:(1)由图象可知,在14-18s内小车做匀减速直线运动,加速度大小为:
a=$\frac{6}{4}m/{s}^{2}=1.5m/{s}^{2}$,
则小车所受的阻力为:f=ma=1×1.5N=1.5N.
在0-2s内,小车做匀加速运动,加速度大小为:$a′=\frac{3}{2}m/{s}^{2}=1.5m/{s}^{2}$,
根据牛顿第二定律得:F-f=ma′,
解得牵引力为:F=ma′+f=1×1.5+1.5N=3N.
(2)匀速运动时,F′=f=1.5N,此时的功率为:P=F′v=1.5×6W=9W.
(3)0-2s内的位移为:${s}_{1}=\frac{1}{2}×2×3m=3m$,
2-10s内,根据动能定理得:$Pt-f{s}_{2}=\frac{1}{2}m{v}^{2}-\frac{1}{2}m{{v}_{1}}^{2}$,
代入数据解得:s2=39m,
则小车加速过程中的位移为:s=s1+s2=3+39m=42m.
答:(1)小车所受到的阻力大小为1.5N,0~2s时间内电动机提供的牵引力大小为3N.
(2)小车匀速行驶阶段的功率为9W;
(3)小车在0~10s运动过程中位移的大小为42m.

点评 本题考查了汽车启动与图象的综合,关键结合图象能够得出小车的运动规律,结合牛顿第二定律进行求解.对于第三问,2-10s内是变加速运动的过程,无法同动力学求解位移,只能通过动能定理,抓住功率不变进行求解.

练习册系列答案
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9.如图1所示,某同学在做“探究功与速度变化的关系”的实验.当小车在l条橡皮筋的作用下沿木板滑行时,橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条…橡皮筋重复实验时,设法使每次实验中橡皮筋所做的功分别为2W、3W….

(1)实验室提供的器材如下:长木板、小车、橡皮筋多根、钉子、电火花计时器、纸带、电源等.还缺少的测量器材是刻度尺.
(2)关于该实验,下列说法正确的是D.
A.图中电火花计时器的工作电压是4~6V的交流电
B.实验中使用的若干根橡皮筋的原长可以不相等
C.实验中,每次释放小车的位置可以不同
D.通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加
(3)图2中小车上有一固定小螺钉,图给出了4种橡皮筋与小螺钉的套接方式示意图,为减小实验误差,你认为最合理的套接方式是A.
(4)在正确操作的情况下,某次所打的纸带如图3所示.打在纸带上的点并不都是均匀的,为了测量橡皮筋做功后小车获得的速度,应选用纸带的GJ部分进行测量(根据下面所示的纸带回答).
(5)若木板水平放置,小车在两条橡皮筋作用下运动,当小车速度最大时,关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置,下列说法正确的是B.
A.橡皮筋处于原长状态                    B.橡皮筋仍处于伸长状态
C.小车在两个铁钉的连线处                D.小车已过两个铁钉的连线.

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