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勻變速直線運動位移-速度關系式推導及例題解析

更新時間:2024-08-19 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

在上一節的學習中,我們學習了以下物體作勻速加速直線運動:lHG物理好資源網(原物理ok網)

速度與時間的關系:vt=v0+at(問題)lHG物理好資源網(原物理ok網)

位移與時間的關系:x=v0t+1/2at2(疑問)lHG物理好資源網(原物理ok網)

請兩位同學到黑板前分別完成這兩個公式。lHG物理好資源網(原物理ok網)

變加速直線運動公式lHG物理好資源網(原物理ok網)

為了簡單而準確地描述物體的運動,僅靠這兩個方程是不夠的,還需要知道物體的位移和速度之間的關系。lHG物理好資源網(原物理ok網)

我們來看課本第41頁的一個例題,通過這個例題變加速直線運動公式,我們可以推導出物體做勻速直線運動時的位移與速度的關系。lHG物理好資源網(原物理ok網)

射擊時,火藥在槍管內燃燒,氣體受熱膨脹,推動子彈加速,如果把子彈在槍管內的運動看作勻加速直線運動,子彈的加速度為a=5*105m/s2,槍管長度為x=0.64m,我們計算一下子彈從槍口射出時的速度。lHG物理好資源網(原物理ok網)

變加速直線運動公式lHG物理好資源網(原物理ok網)

我們采用兩種方法來解決這個問題。lHG物理好資源網(原物理ok網)

第一種:傳統方法。lHG物理好資源網(原物理ok網)

利用位移-時間方程,先算出時間t,然后將時間t代入速度-時間方程,算出子彈離開槍口的最終速度vt。lHG物理好資源網(原物理ok網)

解:x = v0t + 1/2at2 = 1/2*5*105*t2 = 0.64 → t = (1.28/5*105)1/2lHG物理好資源網(原物理ok網)

vt=v0+at=5*105*(1.28/5*105)1/2lHG物理好資源網(原物理ok網)

第二種方法:推導關系。(速度方差公式)lHG物理好資源網(原物理ok網)

可以看出,在第一種方法中,時間t是一個中間變量,計算后再代入公式中,與結果無直接關系。所以在這道題中,我們從vt=v0+at和x=v0t+1/2at2中消去t,直接得到速度v與位移x的關系。lHG物理好資源網(原物理ok網)

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那么,具體步驟就是:再帶隊——“帶一波兵,得一波經驗”。lHG物理好資源網(原物理ok網)

不要把2ax寫成xo變加速直線運動公式貝語網校,不然還沒喝酒就已經醉了。lHG物理好資源網(原物理ok網)

因此,在本題中,v = (2ax + v02) 1/2 = (2*5*105*0.64+0) 1/2 = 800m/slHG物理好資源網(原物理ok網)

如果問題中的已知量和未知量不涉及時間,則使用位移-速度關系來解決會更容易。lHG物理好資源網(原物理ok網)

用原來的兩個關系求解,就像是隔著鞋子撓癢癢,沒有觸及問題的關鍵,而且效率低下。(時間t是唯一的判斷標準。)速度方差關系省去了參數t。就好比v和x談戀愛,省去了燈泡t(功率有點大,他媽叫他回家吃飯),這樣vx就可以通過一條線互相溝通了。媒人傳遞消息麻煩(計算量大)而且不準確(開平方算錯),比如:“今晚我們吃火鍋吧”,卻傳成了“今晚我去上個廁所”。所以要“過河拆橋”,用數學的話來說,就是“省去參數”(工藝:回鍋肉)。lHG物理好資源網(原物理ok網)

好處:速度-方差關系可以直接跳過剎車問題的時間陷阱,因為不需要計算時間。lHG物理好資源網(原物理ok網)

好了,例1是一個加速過程,同學們可以按照例1的解法來做例2。lHG物理好資源網(原物理ok網)

所以我們說例2是一個減速過程。lHG物理好資源網(原物理ok網)

本節公式中最有問題的部分是加速度a的符號。lHG物理好資源網(原物理ok網)

如果物體正在加速,則加速度的符號為正;如果物體正在減速,則加速度的符號為負。lHG物理好資源網(原物理ok網)

聯系《必修課二·第七章》“驗證機械能守恒定律”中的速度測量方法:lHG物理好資源網(原物理ok網)

速度-位移關系是機械能守恒定律的等效表達。lHG物理好資源網(原物理ok網)

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剎車問題的時間陷阱lHG物理好資源網(原物理ok網)

剎車的目的是為了停下車,而不是為了倒車。(《紅燈起停》)lHG物理好資源網(原物理ok網)

體驗速度變化的好處:簡化計算并避免陷阱。lHG物理好資源網(原物理ok網)

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