格物学 力学匀变速直线运动规律的应用

直线运动的综合应用-匀变速直线运动规律的应用知识点专题进阶选择题自测题解析-新疆维吾尔自治区等高中物理,平均正确率50.0%

2025-09-05
直线运动的综合应用-匀变速直线运动规律的应用知识点专题进阶选择题自测题解析-新疆维吾尔自治区等高中物理,平均正确率50.0%
1、['直线运动的综合应用', '匀变速直线运动的位移与时间的关系', '匀变速直线运动的速度与时间的关系']

正确率80.0%一辆汽车从车站开出,做匀加速直线运动,它开出一段时间后,驾驶员发现有一位乘客未上车,于是急忙制动,汽车做匀减速直线运动一段时间后停下,结果汽车从开始启动到停下,共用$${{2}{0}{s}}$$,前进了$${{4}{0}{m}}$$,则在此过程中,汽车达到的最大速度是$${{(}{)}}$$

A.$${{1}{m}{/}{s}}$$

B.$${{2}{m}{/}{s}}$$

C.$${{3}{m}{/}{s}}$$

D.$${{4}{m}{/}{s}}$$

4、['直线运动的综合应用', '加速度的计算']

正确率40.0%一个物体做匀加速直线运动,它在第$${{2}{s}}$$内的位移为$${{6}{m}}$$,则下列说法正确的是(

D

A.物体的加速度为$${{3}{m}{/}{{s}^{2}}}$$

B.物体的加速度为$${{4}{m}{/}{{s}^{2}}}$$

C.物体在前$${{3}{s}}$$内的位移为$${{1}{0}{m}}$$

D.物体在前$${{3}{s}}$$内的位移为$${{1}{8}{m}}$$

6、['直线运动的综合应用', '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与时间的关系']

正确率60.0%一物体从静止开始以$$a_{1}=6 m / s^{2}$$做匀加速直线运动,通过的距离为$${{x}_{1}}$$,所用时间为$${{t}_{1}}$$,达到某一速度后立即开始做匀减速直线运动直至速度为零,减速阶段的加速度大小为$$a_{2}=8 m / s^{2}$$,通过的距离为$${{x}_{2}}$$,所用时间分别为$${{t}_{2}}$$.则下列说法正确的是(

D

A.$$x_{1} \colon x_{2}=3 \colon\, 4, \, \, t_{1} \colon\, t_{2}=3 \colon\, 4$$

B.$$x_{1} \colon x_{2}=3 \colon\, 4, \, \, t_{1} \colon\, t_{2}=4 \colon\, 3$$

C.$$x_{1} \colon x_{2}=4 \colon3 \mathbf{,} \, \, t_{1} \colon\, t_{2}=3 \mathbf{,} \, \, t_{2}$$

D.$$x_{1} \colon x_{2}=4 \colon3, \ t_{1} \colon\ t_{2}=4 \colon3$$

8、['直线运动的综合应用', '匀变速直线运动的位移与时间的关系']

正确率40.0%一物块以一定的初速度沿足够长的光滑斜面底端向上滑出,从滑出至回到斜面底端的时间为$${{6}{s}}$$,若在物块上滑的最大位移的一半处设置一垂直斜面的挡板,仍将该物块以相同的初速度在斜面底端向上滑出,物块撞击挡板前后的速度大小相等$${、}$$方向相反.撞击所需时间不计,则这种情况下物块从上滑至回到斜面底端的总时间约为(不计空气阻力$${){(}}$$

B

A.$${{1}{.}{0}}$$$${{s}}$$

B.$${{1}{.}{8}}$$$${{s}}$$

C.$${{2}{.}{0}}$$$${{s}}$$

D.$${{2}{.}{6}}$$$${{s}}$$

10、['直线运动的综合应用', '匀变速直线运动的位移与时间的关系']

正确率80.0%一辆公共汽车进站后开始刹车,做匀减速直线运动。开始刹车后的第$${{1}{s}}$$内和第$${{2}{s}}$$内位移大小依次为$${{9}{m}}$$和$${{7}{m}}$$。则刹车后$${{6}{s}}$$内的位移是$${{(}{)}}$$

C

A.$${{2}{0}{m}}$$

B.$${{2}{4}{m}}$$

C.$${{2}{5}{m}}$$

D.$${{7}{5}{m}}$$

1. 汽车先匀加速后匀减速,总时间 $$t = 20 \text{ s}$$,总位移 $$s = 40 \text{ m}$$。设最大速度为 $$v_m$$,则加速段平均速度 $$\frac{{0 + v_m}}{{2}}$$,减速段平均速度 $$\frac{{v_m + 0}}{{2}}$$,两段平均速度相等,故总位移 $$s = \frac{{v_m}}{{2}} \times t_1 + \frac{{v_m}}{{2}} \times t_2 = \frac{{v_m}}{{2}} \times (t_1 + t_2) = \frac{{v_m}}{{2}} \times 20$$,代入 $$s = 40$$ 得 $$40 = 10 v_m$$,解得 $$v_m = 4 \text{ m/s}$$。答案:D

4. 物体匀加速直线运动,第2秒内位移为6 m。设初速度 $$v_0$$,加速度 $$a$$,则第2秒内位移 $$s_2 = v_0 \times 2 + \frac{{1}}{{2}} a \times 2^2 - (v_0 \times 1 + \frac{{1}}{{2}} a \times 1^2) = v_0 + \frac{{3}}{{2}} a = 6$$。此方程有多个解,需检查选项。

若 $$a = 3 \text{ m/s}^2$$,则 $$v_0 = 6 - \frac{{3}}{{2}} \times 3 = 1.5 \text{ m/s}$$,前3秒位移 $$s_3 = 1.5 \times 3 + \frac{{1}}{{2}} \times 3 \times 3^2 = 4.5 + 13.5 = 18 \text{ m}$$,对应选项D。

若 $$a = 4 \text{ m/s}^2$$,则 $$v_0 = 6 - \frac{{3}}{{2}} \times 4 = 0$$,前3秒位移 $$s_3 = 0 + \frac{{1}}{{2}} \times 4 \times 3^2 = 18 \text{ m}$$,也对应D。但选项A和B加速度不同,而C和D位移不同,结合计算,前3秒位移恒为18 m(当 $$v_0 + \frac{{3}}{{2}} a = 6$$ 时,$$s_3 = 3 v_0 + \frac{{9}}{{2}} a = 3(v_0 + \frac{{3}}{{2}} a) = 3 \times 6 = 18$$),故D正确。答案:D

6. 物体从静止加速,加速度 $$a_1 = 6 \text{ m/s}^2$$,达速度 $$v$$ 后减速至静止,加速度大小 $$a_2 = 8 \text{ m/s}^2$$。加速段:$$v = a_1 t_1$$,$$x_1 = \frac{{1}}{{2}} a_1 t_1^2$$;减速段:$$v = a_2 t_2$$,$$x_2 = \frac{{1}}{{2}} a_2 t_2^2$$。

由 $$a_1 t_1 = a_2 t_2$$ 得 $$t_1 : t_2 = a_2 : a_1 = 8 : 6 = 4 : 3$$。

位移比 $$x_1 : x_2 = \frac{{1}}{{2}} a_1 t_1^2 : \frac{{1}}{{2}} a_2 t_2^2 = a_1 t_1^2 : a_2 t_2^2 = a_1 \left(\frac{{a_2}}{{a_1}}\right)^2 t_2^2 : a_2 t_2^2 = \frac{{a_2^2}}{{a_1}} : a_2 = a_2 : a_1 = 8 : 6 = 4 : 3$$。

故 $$x_1 : x_2 = 4 : 3$$,$$t_1 : t_2 = 4 : 3$$。答案:D

8. 物块上滑和下滑加速度大小均为 $$a = g \sin \theta$$,方向相反。总时间 $$T = 6 \text{ s}$$,则上滑时间 $$t_u = 3 \text{ s}$$,下滑时间 $$t_d = 3 \text{ s}$$。最大位移 $$s_m = \frac{{1}}{{2}} a t_u^2$$。

设挡板位于 $$\frac{{s_m}}{{2}}$$ 处。上滑至挡板时间 $$t_1$$,满足 $$\frac{{1}}{{2}} a t_1^2 = \frac{{s_m}}{{2}} = \frac{{1}}{{4}} a t_u^2$$,得 $$t_1 = \frac{{t_u}}{{\sqrt{{2}}}} = \frac{{3}}{{\sqrt{{2}}}} \approx 2.12 \text{ s}$$。

撞击后速度反向,大小不变,相当于从挡板处自由下滑。从挡板下滑至底端时间 $$t_2$$,满足 $$\frac{{1}}{{2}} a t_2^2 = \frac{{s_m}}{{2}}$$,得 $$t_2 = \frac{{t_u}}{{\sqrt{{2}}}} = \frac{{3}}{{\sqrt{{2}}}} \approx 2.12 \text{ s}$$。

总时间 $$t_{\text{total}} = t_1 + t_2 = \frac{{3}}{{\sqrt{{2}}}} + \frac{{3}}{{\sqrt{{2}}}} = \frac{{6}}{{\sqrt{{2}}}} \approx 4.24 \text{ s}$$,但此值大于原总时间,不符合选项。重新审题:物块上滑至挡板后撞击,速度反向,随即下滑,故总时间为上滑至挡板时间加从挡板下滑至底端时间,即 $$t_{\text{total}} = t_1 + t_2 = 2 \times \frac{{3}}{{\sqrt{{2}}}} \approx 4.24 \text{ s}$$,但选项无此值,可能误读。

正确理解:物块以初速上滑,至挡板撞击后速度反向(大小不变),然后下滑,但下滑是从挡板开始以初速向下?实际上撞击后速度立即反向,大小不变,相当于以原速率向下滑动,但加速度仍为 $$a$$ 向下,故从挡板下滑至底端时间 $$t_2$$ 需解方程:$$s = v t_2 + \frac{{1}}{{2}} a t_2^2$$,其中 $$s = \frac{{s_m}}{{2}}$$,$$v$$ 为撞击后速度(即上滑至挡板时的速率)。

上滑至挡板时速度 $$v_1 = a t_1$$,且 $$\frac{{1}}{{2}} a t_1^2 = \frac{{1}}{{2}} s_m = \frac{{1}}{{4}} a t_u^2$$,故 $$t_1 = \frac{{t_u}}{{\sqrt{{2}}}}$$,$$v_1 = a \frac{{t_u}}{{\sqrt{{2}}}}$$。

撞击后以 $$v_1$$ 向下初速,加速度 $$a$$ 向下,位移 $$\frac{{s_m}}{{2}}$$ 向下,则 $$\frac{{s_m}}{{2}} = v_1 t_2 + \frac{{1}}{{2}} a t_2^2$$。代入 $$s_m = \frac{{1}}{{2}} a t_u^2$$,$$v_1 = a \frac{{t_u}}{{\sqrt{{2}}}}$$,得 $$\frac{{1}}{{4}} a t_u^2 = a \frac{{t_u}}{{\sqrt{{2}}}} t_2 + \frac{{1}}{{2}} a t_2^2$$,除以 $$a$$:$$\frac{{1}}{{4}} t_u^2 = \frac{{t_u}}{{\sqrt{{2}}}} t_2 + \frac{{1}}{{2}} t_2^2$$。

令 $$t_u = 3$$,则 $$\frac{{9}}{{4}} = \frac{{3}}{{\sqrt{{2}}}} t_2 + \frac{{1}}{{2}} t_2^2$$,乘以4:$$9 = \frac{{12}}{{\sqrt{{2}}}} t_2 + 2 t_2^2$$,即 $$2 t_2^2 + \frac{{12}}{{\sqrt{{2}}}} t_2 - 9 = 0$$。

近似 $$\frac{{12}}{{\sqrt{{2}}}} \approx 8.485$$,方程 $$2 t_2^2 + 8.485 t_2 - 9 = 0$$,解得 $$t_2 \approx \frac{{-8.485 + \sqrt{{72 + 72}}}}{{4}} = \frac{{-8.485 + 12}}{{4}} = 0.87875 \text{ s}$$(取正根)。

总时间 $$t_{\text{total}} = t_1 + t_2 = \frac{{3}}{{\sqrt{{2}}}} + 0.87875 \approx 2.121 + 0.879 = 3.000 \text{ s}$$,恰为原上滑时间,但选项无3s。可能计算误差。

精确解:由 $$\frac{{1}}{{4}} t_u^2 = \frac{{t_u}}{{\sqrt{{2}}}} t_2 + \frac{{1}}{{2}} t_2^2$$,令 $$k = t_2 / t_u$$,则 $$\frac{{1}}{{4}} = \frac{{1}}{{\sqrt{{2}}}} k + \frac{{1}}{{2}} k^2$$,即 $$2 k^2 + 2\sqrt{{2}} k - 1 = 0$$,解得 $$k = \frac{{ -2\sqrt{{2}} \pm \sqrt{{8 + 8}} }}{{4}} = \frac{{ -2\sqrt{{2}} \pm 4 }}{{4}}$$,取正 $$k = \frac{{ -2\sqrt{{2}} + 4 }}{{4}} = 1 - \frac{{\sqrt{{2}}}}{{2}} \approx 1 - 0.707 = 0.293$$。

则 $$t_2 = k t_u = 0.293 \times 3 = 0.879 \text{ s}$$,$$t_1 = t_u / \sqrt{{2}} = 3 / 1.414 = 2.121 \text{ s}$$,总时间 $$t_{\text{total}} = 2.121 + 0.879 = 3.000 \text{ s}$$。但选项为1.0,1.8,2.0,2.6,可能题目中"总时间"指从上滑开始到返回底端,即 $$t_1 + t_2 = 3 \text{ s}$$,但无选项,或我误。

重新读题:"物块从上滑至回到斜面底端的总时间",应即为 $$t_1 + t_2$$。但3s不在选项,可能挡板设置于最大位移一半处,上滑至挡板时间 $$t_1 = \frac{{t_u}}{{\sqrt{{2}}}}$$,下滑从挡板开始初速为0?但题目说"撞击前后速度大小相等方向相反",故有初速。

或许总时间约为2.6s?计算 $$t_1 = 2.121 \text{ s}$$, $$t_2 = 0.879 \text{ s}$$,和2.0s接近?但2.0s是选项C。

考虑对称:实际上,无挡板时,上滑3s下滑3s。有挡板时,上滑至挡板时间 $$t_1 = \frac{{3}}{{\sqrt{{2}}}} \approx 2.12 \text{ s}$$,下滑从挡板开始,由于有向下的初速,时间缩短为0.88s,总时间2.12+0.88=3.00s,但无选项。可能题目中"总时间"指从开始到撞击挡板再回底端?但说"从上滑至回到斜面底端"。

或另一种理解:挡板设置后,物块上滑至挡板撞击后立即下滑,但下滑时加速度仍为a,从挡板回底端时间即为 $$t_2$$,总时间 $$t_1 + t_2$$。但计算得3s,不匹配选项。

可能答案为D 2.6s,近似。或我计算错误。

假设近似 $$t_1 = \frac{{t_u}}{{\sqrt{{2}}}} = 2.12 \text{ s}$$, $$t_2$$ 由 $$s = v t_2 + \frac{{1}}{{2}} a t_2^2$$, 其中 $$v = a t_1$$, s = \frac{{1}}{{2}} a t_u^2 / 2 = \frac{{1}}{{4}} a t_u^2$$, 代入得 $$\frac{{1}}{{4}} a t_u^2 = a t_1 t_2 + \frac{{1}}{{2}} a t_2^2$$, 即 $$\frac{{1}}{{4}} t_u^2 = t_1 t_2 + \frac{{1}}{{2}} t_2^2$$, 代入 $$t_1 = t_u / \sqrt{{2}}$$, 得 $$\frac{{1}}{{4}} t_u^2 = \frac{{t_u}}{{\sqrt{{2}}}} t_2 + \frac{{1}}{{2}} t_2^2$$, 同前。

或许题目中"总时间"约为2.6s,故选D。

基于选项,猜测答案为D 2.6s。

答案:D

10. 汽车刹车匀减速,第1s内位移9m,第2s内位移7m。设初速 $$v_0$$,加速度 $$a$$(负值)。

第1s内位移:$$s_1 = v_0 \times 1 + \frac{{1}}{{2}} a \times 1^2 = v_0 + \frac{{1}}{{2}} a = 9$$。

前2s内位移:$$s_{2} = v_0 \times 2 + \frac{{1}}{{2}} a \times 2^2 = 2 v_0 + 2 a$$。

第2s内位移:$$s_2 = s_{2} - s_1 = (2 v_0 + 2 a) - (v_0 + \frac{{1}}{{2}} a) = v_0 + \frac{{3}}{{2}} a = 7$$。

联立方程: $$v_0 + \frac{{1}}{{2}} a = 9$$ $$v_0 + \frac{{3}}{{2}} a = 7$$ 相减得:$$-a = 2$$,故 $$a = -2 \text{ m/s}^2$$,代入得 $$v_0 = 9 - \frac{{1}}{{2}} \times (-2) = 10 \text{ m/s}$$。

刹车总时间 $$t_{\text{stop}} = \frac{{0 - v_0}}{{a}} = \frac{{-10}}{{-2}} = 5 \text{ s}$$。

刹车后6s内的位移即为前5s位移(之后静止):$$s = v_0 t + \frac{{1}}{{2}} a t^2 = 10 \times 5 + \frac{{1}}{{2}} \times (-2) \times 5^2 = 50 - 25 = 25 \text{ m}$$。

答案:C

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