初高中物理銜接---07 勻變速直線運動的位移與時間的關系(解析版)
更新時間:2021-08-05 07:11:04 文件大小:
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【重溫·初中】
一、勻速直線運動的路程
做勻速直線運動的物體在時間t內的路程s=vt。其v-t圖像是一條平行于時間軸的直線,如圖所示。
路程在數值上等于v-t圖線與對應的時間軸所包圍的矩形的面積。
【知新·高中】
一、勻變速直線運動的位移
1.思維過程:可以把甲所表示的運動過程劃分為很多的小段,如圖乙、丙所示,用所有這些小段的位移之和,近似代表物體在整個過程中的位移。從v-t圖上看,就是用更多的但是更窄的小矩形的面積之和代表物體的位移。
如果把整個運動過程劃分得非常非常細,很多很多小矩形的面積之和就能非常準確地代表物體的位移了。這時,“很多很多”小矩形頂端的“鋸齒形”就看不出來了,這些小矩形合在一起成了一個梯形OABC。梯形OABC的面積就代表做勻變速直線運動的物體從0(此時速度是v0)到t(此時速度是v)這段時間間隔的位移。如圖丁所示。
2.位移在v-t圖像中的表示:做勻變速直線運動的物體的位移對應著v-t圖像中的圖線和時間軸包圍的面積。如圖所示,在0~t時間內的位移大小等于梯形的面積。
3.位移公式
4.對位移公式x=v0t+at2的進一步理解
(1)因為v0、a、x均為矢量,使用公式時應先規定正方向,一般以v0的方向為正方向。
若a與v0同向,則a取正值;
若a與v0反向,則a取負值;
若位移計算結果為正值,說明這段時間內位移的方向為正;
若位移計算結果為負值,說明這段時間內位移的方向為負。
(2)因為位移公式是關于t的一元二次函數,故x-t圖像是一條拋物線(一部分)。但它不表明質點運動的軌跡為曲線。
(3)對于初速度為零(v0=0)的勻變速直線運動,位移公式為x=vt=at2,即位移x與時間t的二次方成正比。
(4)x=v0t+at2是矢量式,應用時x、v0、a都要根據選定的正方向帶上“+”“-”號。
小試牛刀:
例1:某質點做直線運動的位移隨時間變化的關系是x=4t+2t2,x與t的單位分別為m和s,則質點的初速度與加速度分別為( )
A.4 m/s與2 m/s2 B.0與4m/s2
C.4 m/s與4 m/s2 D.4 m/s與0
【答案】C
【解析】對比x=4t+2t2和位移公式x=v0t+at2,可知其初速度v0=4 m/s,加速度a=4 m/s2。
例2:下圖(a)為物體甲的x-t圖象,圖(b)為物體乙的v-t圖象,則這兩個物體的運動情況是( )
A. 甲在整個t=6 s時間內運動方向發生改變,它通過的總位移為零
B. 甲在整個t=6 s時間內運動方向一直不變,它通過的總位移大小為0
C. 乙在整個t=6 s時間內運動方向發生改變,它通過的總位移為零
D. 乙在整個t=6 s時間內運動方向一直不變,它通過的總位移大小為4 m
【答案】C
【解析】在x-t圖象中,圖線的斜率表示物體運動的速度,即物體在整個t=6 s時間內運動的速度大小和方向不變,做勻速直線運動,位移為4 m,故AB錯誤;乙物體在0~3 s內沿負方向做勻減速運動,位移為-3 m,在3~6 s內沿正方向做勻加速直線運動,位移為3 m,總位移為0,故C正確,D錯誤。所以C正確,ABD錯誤。
二、勻變速直線運動的兩個重要推論
1.平均速度
做勻變速直線運動的物體,在一段時間t內的平均速度等于這段時間內中間時刻的瞬時速度,還等于這段時間初、末速度矢量和的一半。
推導:設物體的初速度為v0,做勻變速直線運動的加速度為a,t秒末的速度為v。
由x=v0t+at2①
得:平均速度==v0+at②
由速度公式v=v0+at知,當t′=時 |