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CalcGospel 國際數學圖譜
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M1 2024 Jan Q3

A Level / Edexcel / M1

IAL 2024 Jan Paper · Question 3

题目

Problem

3.

A van travels with constant acceleration along a straight horizontal road.

The van passes a point AA with speed u m s−1u\text{ m s}^{-1} and 2020 seconds later passes a point BB with speed 28 m s−128\text{ m s}^{-1}

The distance ABAB is 400 m400\text{ m}.

(a) Show that u=12u = 12

(2)

(b) Find the time taken for the van to travel from AA to the midpoint of ABAB.

(5)

The van has mass 1200 kg1200\text{ kg}.

During its motion the van experiences a constant resistive force of magnitude 260 N260\text{ N}

(c) Find the magnitude of the driving force exerted by the engine of the van as it travels from AA to BB.

(3)
题目中文翻译

一辆货车沿一条笔直的水平道路以恒定加速度行驶。

货车以 u m s−1u\text{ m s}^{-1} 的速率通过点 AA,并在 2020 秒后以 28 m s−128\text{ m s}^{-1} 的速率通过点 BB。

距离 ABAB 为 400 m400\text{ m}。

(a) 证明 u=12u = 12。

(2)

(b) 求货车从 AA 行驶到 ABAB 中点所用的时间。

(5)

该货车的质量为 1200 kg1200\text{ kg}。

在其运动过程中,货车受到大小为 260 N260\text{ N} 的恒定阻力。

(c) 求货车从 AA 行驶到 BB 的过程中,货车发动机所施加的驱动力大小。

(3)

解答

(a)

解法一

思路

展开

匀加速运动的平均速度为初末速度的平均数。用总路程与总时间直接求 uu,不要先假定题目要求证明的数值。

答题过程

展开

Using s=12(u+v)ts=\tfrac12(u+v)t,

400= u+282(20),40= u+28,u= 12,\begin{align*} 400=&\,\frac{u+28}{2}(20),\\ 40=&\,u+28,\\ u=&\,12, \end{align*}

as required.

(b)

解法一

思路

展开

先用全程初末速度求恒定加速度,再以 200 m 为位移求从 AA 出发的时间。中点不代表一半时间。

答题过程

展开

The acceleration is

a=28−1220=0.8 m s−2.a=\frac{28-12}{20}=0.8\ \mathrm{m\,s^{-2}}.

Let tt be the time to the midpoint. Since the displacement is 200 m,

200= 12t+12(0.8)t2,t2+30t−500= 0,t= −15±529.\begin{align*} 200=&\,12t+\frac12(0.8)t^2,\\ t^2+30t-500=&\,0,\\ t=&\,-15\pm5\sqrt{29}. \end{align*}

Rejecting the negative root gives

t=529−15=11.9 s(3 s.f.).\boxed{t=5\sqrt{29}-15=11.9\ \mathrm s}\quad\text{(3 s.f.)}.

解法二

思路

展开

也可先求中点速率,再通过速度变化求时间,避免直接解时间二次方程。

答题过程

展开

First find the acceleration:

a=28−1220=0.8 m s−2.a=\frac{28-12}{20}=0.8\ \mathrm{m\,s^{-2}}.

If ww is the speed at the midpoint, then

w2=122+2(0.8)(200)=464.w^2=12^2+2(0.8)(200)=464.

The van is moving forwards, so w=464=429w=\sqrt{464}=4\sqrt{29}. Using w=u+atw=u+at,

t=429−120.8=529−15=11.9 s(3 s.f.).t=\frac{4\sqrt{29}-12}{0.8} =5\sqrt{29}-15=\boxed{11.9\ \mathrm s}\quad\text{(3 s.f.)}.

(c)

解法一

思路

展开

驱动力减阻力才是合力;用已求出的加速度列牛顿第二定律。

答题过程

展开

Let the driving force be DD newtons. Along the road,

D−260=1200(0.8).D-260=1200(0.8).

Thus

D=960+260=1220 N.D=960+260=\boxed{1220\ \mathrm N}.