题目
Problem
3.
A van travels with constant acceleration along a straight horizontal road.
The van passes a point A with speed u m s−1 and 20 seconds later passes a point B with speed 28 m s−1
The distance AB is 400 m.
(a) Show that u=12
(2)
(b) Find the time taken for the van to travel from A to the midpoint of AB.
(5)
The van has mass 1200 kg.
During its motion the van experiences a constant resistive force of magnitude 260 N
(c) Find the magnitude of the driving force exerted by the engine of the van as it travels from A to B.
(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−1 的速率通过点 A,并在 20 秒后以 28 m s−1 的速率通过点 B。
距离 AB 为 400 m。
(a) 证明 u=12。
(2)
(b) 求货车从 A 行驶到 AB 中点所用的时间。
(5)
该货车的质量为 1200 kg。
在其运动过程中,货车受到大小为 260 N 的恒定阻力。
(c) 求货车从 A 行驶到 B 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
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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 u,不要先假定题目要求证明的数值。
答题过程
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Using s=21(u+v)t,
400=40=u=2u+28(20),u+28,12,
as required.
(b)
解法一
思路
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先用全程初末速度求恒定加速度,再以 200 m 为位移求从 A 出发的时间。中点不代表一半时间。
答题过程
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The acceleration is
a=2028−12=0.8 ms−2.
Let t be the time to the midpoint. Since the displacement is 200 m,
200=t2+30t−500=t=12t+21(0.8)t2,0,−15±529.
Rejecting the negative root gives
t=529−15=11.9 s(3 s.f.).
解法二
思路
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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
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First find the acceleration:
a=2028−12=0.8 ms−2.
If w is the speed at the midpoint, then
w2=122+2(0.8)(200)=464.
The van is moving forwards, so w=464=429. Using w=u+at,
t=0.8429−12=529−15=11.9 s(3 s.f.).
(c)
解法一
思路
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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
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Let the driving force be D newtons. Along the road,
D−260=1200(0.8).
Thus
D=960+260=1220 N.