【物理】物理直线运动练习题20篇含解析

【物理】物理直线运动练习题20篇含解析
一、高中物理精讲专题测试直线运动
1．如图所示，质量M=8kg的小车放在光滑水平面上，在小车左端加一水平推力F=8N，当小车向右运动的速度达到1.5m/s时，在小车前端轻轻地放上一个大小不计，质量为m=2kg 的小物块，物块与小车间的动摩擦因数为0.2，小车足够长．求：
（1）小物块刚放上小车时，小物块及小车的加速度各为多大？
（2）经多长时间两者达到相同的速度？共同速度是多大？
（3）从小物块放上小车开始，经过t=1.5s小物块通过的位移大小为多少？（取
g=10m/s2）．
【答案】（1）2m/s2，0.5m/s2（2）1s，2m/s（3）2.1m
【解析】
【分析】
(1)利用牛顿第二定律求的各自的加速度；
(2)根据匀变速直线运动的速度时间公式以及两物体的速度相等列式子求出速度相等时的时间，在将时间代入速度时间的公式求出共同的速度；
(3) 根据先求出小物块在达到与小车速度相同时的位移，再求出小物块与小车一体运动时的位移即可．
【详解】
(1) 根据牛顿第二定律可得
小物块的加速度：
m/s2
小车的加速度：
m/s2
(2)令两则的速度相等所用时间为t，则有：
解得达到共同速度的时间：t=1s
共同速度为：
m/s
(3) 在开始1s内小物块的位移
m
此时其速度：
m/s
在接下来的0.5s小物块与小车相对静止，一起做加速运动且加速度：
m/s 2
这0.5s 内的位移：
m
则小物块通过的总位移:
m
【点睛】
本题考查牛顿第二定律的应用，解决本题的关键理清小车和物块在整个过程中的运动情况，然后运用运动学公式求解．同时注意在研究过程中正确选择研究对象进行分析求解．
2．撑杆跳高是奥运会是一个重要的比赛项目．撑杆跳高整个过程可以简化为三个阶段：助跑、上升、下落；而运动员可以简化成质点来处理．某著名运动员，在助跑过程中，从静止开始以加速度2 m/s 2做匀加速直线运动，速度达到10 m/s 时撑杆起跳；达到最高点后，下落过程可以认为是自由落体运动，重心下落高度为6.05 m ；然后落在软垫上软垫到速度为零用时0.8 s ．运动员质量m =75 kg ，g 取10 m/s 2．求： （1）运动员起跳前的助跑距离；
（2）自由落体运动下落时间，以及运动员与软垫接触时的速度；
（3）假设运动员从接触软垫到速度为零做匀减速直线运动，求运动员在这个过程中，软垫受到的压力．
【答案】（1）运动员起跳前的助跑距离为25m ；（2）自由落体运动下落时间为1.1S ，以及运动员与软垫接触时的速度为11m/s ；（3）运动员在这个过程中，软垫受到的压力为1.8×103N ． 【解析】 【详解】
（1）根据速度位移公式得，助跑距离：x=
22v a =2
1022
⨯=25m （2）设自由落体时间为t 1，自由落体运动的位移为h ：h=2
12
gt 代入数据得：t =1.1s 刚要接触垫的速度v ′，则：v′2=2gh ， 得v 2gh 210 6.05⨯⨯=11m/s
（3）设软垫对人的力为F ，由动量定理得：（mg-F ）t =0-mv ′ 代入数据得：F =1.8×103N
由牛顿第三定律得对软垫的力为1.8×103N
3．如图甲所示为2022年北京冬奥会跳台滑雪场馆“雪如意”的效果图．如图乙所示为由助滑区、空中飞行区、着陆缓冲区等组成的依山势而建的赛道示意图．运动员保持蹲踞姿势从A 点由静止出发沿直线向下加速运动，经过距离A 点s =20m 处的P 点时，运动员的速度为v 1=50.4km/h ．运动员滑到B 点时快速后蹬，以v 2=90km/h 的速度飞出，经过一段时间的
空中飞行，以v 3=126km/h 的速度在C 点着地.已知BC 两点间的高度差h =80m ，运动员的质量m =60kg ，重力加速度g 取9.8m/s 2，计算结果均保留两位有效数字.求
(1)A 到P 过程中运动员的平均加速度大小；
(2)以B 点为零势能参考点，求到C 点时运动员的机械能；
(3)从B 点起跳后到C 点落地前的飞行过程中，运动员克服阻力做的功 【答案】(1) 4.9m/s a = (2)41.010J E =-⨯ (3)42.910J W =⨯ 【解析】 【详解】
(1)150.4km/h 14m/s v ==
由2
12v as =
解得：2
1 4.9m/s 2v a s
==
(2)290km/h 25m/s v ==,3126km/h 35m/s v == 由能量关系：2312
E mgh mv =-+
410290J 1.010J E =-=-⨯
（按g 取10m/s 2算，411250J 1.110J E =-=-⨯） (3)由动能定理：22321122
mgh W mv mv -=
- 解得：429040J 2.910J W ==⨯
（按g 取10m/s 2算，430000J 3.010J W ==⨯
4．A 、B 两列火车，在同一轨道上同向行驶， A 车在前，其速度v A =10m/s ，B 车在后，速度v B =30m/s ．因大雾能见度很低，B 车在距A 车△s=75m 时才发现前方有A 车，这时B 车立即刹车，但B 车要经过180m 才能够停止．问： （1）B 车刹车后的加速度是多大？
（2）若B 车刹车时A 车仍按原速前进，请判断两车是否相撞？若会相撞，将在B 车刹车后何时？若不会相撞，则两车最近距离是多少？
（3）若B 车在刹车的同时发出信号，A 车司机经过△t=4s 收到信号后加速前进，则A 车的加速度至少多大才能避免相撞？
【答案】（1）22.5m /s ，方向与运动方向相反．（2）6s 两车相撞（3）2
0.83/A a m s ≥
【解析】
试题分析：根据速度位移关系公式列式求解；当速度相同时，求解出各自的位移后结合空间距离分析；或者以前车为参考系分析；两车恰好不相撞的临界条件是两部车相遇时速度相同，根据运动学公式列式后联立求解即可．
（1）B 车刹车至停下过程中，00,30/,180t B v v v m s S m ====
由202B
B v a s -=得2
22.5/2B B v a m s s
=-=-
故B 车刹车时加速度大小为22.5m /s ，方向与运动方向相反．
（2）假设始终不相撞，设经时间t 两车速度相等，则有：A B B v v a t =+， 解得：1030
82.5
A B B v v t s a --=
==- 此时B 车的位移：2211
308 2.5816022
B B B s v t a t m =+
=⨯-⨯⨯= A 车的位移：10880A A s v t m ==⨯=
因1
(3
=
= 设经过时间t 两车相撞，则有21
2
A B B v t s v t a t +∆=+
代入数据解得：126,10t s t s ==，故经过6s 两车相撞 （3）设A 车的加速度为A a 时两车不相撞 两车速度相等时：()A A B B v a t t v a t ''+-∆=+ 即：10()30 2.5A a t t t ''+-∆=- 此时B 车的位移：221
,30 1.252
B B B B s v t a t s t t =+
=-''''即： A 车的位移：21
()2
A A A s v t a t t ''=+-∆
要不相撞，两车位移关系要满足B A s s s ≤+∆
解得2
0.83/A a m s ≥
5．高铁被誉为中国新四大发明之一．因高铁的运行速度快，对制动系统的性能要求较高，高铁列车上安装有多套制动装置——制动风翼、电磁制动系统、空气制动系统、摩擦制动系统等．在一段直线轨道上，某高铁列车正以v 0=288km/h 的速度匀速行驶，列车长突然接到通知，前方x 0=5km 处道路出现异常，需要减速停车．列车长接到通知后，经过t l =2.5s 将制动风翼打开，高铁列车获得a 1=0.5m/s 2的平均制动加速度减速，减速t 2=40s 后，列车长再将电磁制动系统打开，结果列车在距离异常处500m 的地方停下来．
（1）求列车长打开电磁制动系统时，列车的速度多大？
（2）求制动风翼和电磁制动系统都打开时，列车的平均制动加速度a2是多大？
【答案】（1）60m/s（2）1.2m/s2
【解析】
【分析】
（1）根据速度时间关系求解列车长打开电磁制动系统时列车的速度；（2）根据运动公式列式求解打开电磁制动后打开电磁制动后列车行驶的距离，根据速度位移关系求解列车的平均制动加速度.
【详解】
（1）打开制动风翼时，列车的加速度为a1=0.5m/s2，设经过t2=40s时，列车的速度为v1，则v1=v0-a1t2=60m/s.
（2）列车长接到通知后，经过t1=2.5s，列车行驶的距离x1=v0t1=200m
打开制动风翼到打开电磁制动系统的过程中，列车行驶的距离
x2 =2800m
打开电磁制动后，行驶的距离x3= x0- x1- x2=1500m；
6．如图所示，一圆管放在水平地面上，长为L=0.5m，圆管的上表面离天花板距离
h=2.5m，在圆管的正上方紧靠天花板放一颗小球，让小球由静止释放，同时给圆管一竖直向上大小为5m/s的初速度，g取10m/s．
（1）求小球释放后经过多长时间与圆管相遇？
（2）试判断在圆管落地前小球能不能穿过圆管？如果不能，小球和圆管落地的时间差多大？如果能，小球穿过圆管的时间多长？
【答案】（1）0.5s（2）0.1s
【解析】试题分析：小球自由落体，圆管竖直上抛，以小球为参考系，则圆管相对小球向上以5m/s做匀速直线运动；先根据位移时间关系公式求解圆管落地的时间；再根据位移时间关系公式求解该时间内小球的位移（假设小球未落地），比较即可；再以小球为参考系，计算小球穿过圆管的时间．
（1）以小球为参考系，则圆管相对小球向上以5m/s做匀速直线运动，
故相遇时间为： 0 2.50.55/h m t s v m s
=
== （2）圆管做竖直上抛运动，以向上为正，根据位移时间关系公式，有2012
x v t gt =- 带入数据，有2055t t =-，解得：t=1s 或 t=0（舍去）； 假设小球未落地，在1s 内小球的位移为22111
101522
x gt m =
=⨯⨯=， 而开始时刻小球离地的高度只有3m ，故在圆管落地前小球能穿过圆管； 再以小球为参考系，则圆管相对小球向上以5m/s 做匀速直线运动， 故小球穿过圆管的时间00.5'0.15/L m
t s v m s
=
==
7．近年来隧道交通事故成为道路交通事故的热点之一．某日，一轿车A 因故障恰停在某隧道内离隧道入口50m 的位置．此时另一轿车B 正以v 0=90km/h 的速度匀速向隧道口驶来，轿车B 到达隧道口时驾驶员才发现停在前方的轿车A 并立即采取制动措施．假设该驾驶员的反应时间t 1=0.57s ，轿车制动系统响应时间（开始踏下制动踏板到实际制动）t 2=0.03s ，轿车制动时加速度大小a=7.5m/s 2．问： （1）轿车B 是否会与停在前方的轿车A 相撞？
（2）若会相撞，撞前轿车B 的速度大小为多少？若不会相撞，停止时轿车B 与轿车A 的距离是多少？
【答案】（1）轿车B 会与停在前方的轿车A 相撞；（2）10m/s 【解析】
试题分析：轿车的刹车位移由其反应时间内的匀速运动位移和制动后匀减速运动位移两部分构成，由此可得刹车位移，与初始距离比较可判定是否相撞；依据（1）的结果，由运动可判定相撞前B 的速度．
（1）轿车B 在实际制动前做匀速直线运动，设其发生的位移为s 1，由题意可知：
s 1＝v 0(t 1＋t 2)＝15 m ，实际制动后，轿车B 做匀减速运动，位移为s 2, 由2
022v as =代入数
据得：s 2=41.7 m ，
轿车A 离隧道口的距离为d =50 m ，因s 1+s 2＞d ，故轿车B 会与停在前方的轿车A 相撞
（2）设撞前轿车B 的速度为v ，由运动学公式得22
002v v ax -=，代入数据解得：v =10
m/s ．
点睛：本题主要考查相遇问题，关键要掌握刹车位移的判定：反应时间内的匀速运动位移；制动后匀减速运动位移．
8．一质量为100g 的质点处于静止状态，现受一个力的作用，其中的大小变化如图所示．在此过程中，求：（1）、质点0.5s 内的位移大小． (2)、描绘出速度大小v —t 的变化图像．
【答案】（1）0.13m （2）如图所示
【解析】
试题分析：（1）0-0.5s 时 F 1=ma 1 0.1=0.1×a 1 a 1=1m/s 2 1分 x 1=
×a 1×t 12=0.08m 2分
F 2=m×a 2 0.2=0.1×a 2 a 2=2m/s 2 1分 x 2=v 1×t 2+
a 2×t 22 =0.05m 2分
X 总=x 1+x 2=0.08+0.05=0.13m 2分 （2）v 1=a 1×t 1 v 1=1×0.4=0.4m/s 1分 v 2=v 1+a 2×t 2=0.4+2×0.1=0.6m/s 1分
9．某汽车以20m/s 的速度行驶，司机突然发现前方34m 处有危险，采取制动措施．若汽车制动后做匀减速直线运动，产生的最大加速度大小为10m/s 2，为保证安全，司机从发现危险到采取制动措施的反应时间不得超过多少？ 【答案】0.7s 【解析】 【分析】 【详解】
设反应时间不得超过t ，在反应时间内汽车的位移为S 1，汽车做匀减速至停止的位移为S 2，则有：
S 1=v 0t
20
22v S a
又
S = S 1＋S 2
解得
t =0.7s
故反应时间不得超过0.7s
10．近几年，国家取消了7座及以下小车在法定长假期间的高速公路收费，给自驾出行带来了很大的实惠，但车辆的增多也给道路的畅通增加了压力，因此交管部门规定，上述车辆通过收费站口时，在专用车道上可以不停车拿(交)卡而直接减速通过．若某车减速前的速度为v0＝20m/s，靠近站口时以大小为a1＝5 m/s2的加速度匀减速，通过收费站口时的速度为v t＝8 m/s，然后立即以a2＝4 m/s2的匀加速至原来的速度(假设收费站的前、后都是平直大道)．试问：
(1)该车驾驶员应在距收费站口多远处开始减速？
(2)该车从减速开始到最终恢复到原来速度的过程中，运动的时间是多少？
(3)在(1)(2)问题中，该车因减速和加速过站而耽误的时间为多少？
【答案】（1）33.6m （2）5.4s （3）1.62s
【解析】
【详解】
（1）设该车初速度方向为正方向,该车进入站口前做匀减速直线运动，设距离收费站x1处开始制动，则有：v t2－v02＝- 2a1x1 ①
解得：x1＝33.6 m. ②
该车通过收费站经历匀减速和匀加速两个阶段，前后两段位移分别为x1和x2，时间为t1和t2，则
减速阶段：v t＝v0 - a1t1 ③
解得：t1＝2.4 s ④
加速阶段：t2＝＝3 s ⑤
则加速和减速的总时间为：t＝t1＋t2＝5.4 s. ⑥
（3）在加速阶段：x2＝t2＝42 m ⑦
则总位移：x＝x1＋x2＝75.6 m ⑧
若不减速所需要时间：t′＝＝3.78 s ⑨
车因减速和加速过站而耽误的时间：Δt＝t－t′＝1.62 s. ⑩
【点睛】
此题运动的过程复杂，轿车经历减速、加速，加速度、位移、时间等都不一样．分析这样的问题时，要能在草稿子上画一画运动的过程图，找出空间关系，有助于解题．。