题目内容

【题目】在匀速直线运动中,物体运动的速度不变,因此位移x=vt,这在数值上恰好等于v-t图像中阴影部分的面积,如图(甲)所示。证明:在初速度为v0、加速度为a的匀变速度直线运动中,如图(乙),梯形的面积在数值上等于匀变速直线运动的位移大小;并推导出位移公式(用v0at表示)。

【答案】见解析

【解析】

在匀变速直线运动中,虽然速度时刻变化,但只要时间足够小,速度的变化就非常小,在这段时间内就可以近似地应用匀速直线运动的公式来计算位移,如图(甲)所示;如果我们把每一小段内的运动看做匀速运动,则矩形面积之和等于各段匀速直线运动的位移之和,显然小于匀变速直线运动在该时间内的位移,但所取时间段越小,各匀速直线运动位移之和与匀变速直线运动位移之间的差值就越小,如图(乙)所示,当时,各矩形面积之和趋近于图线下面的面积,可以想象,如果把整个运动过程划分得非常细,很多小矩形的面积之和就能准确代表物体的位移了,位移的大小就等于图(丙)所示的梯形面积。

对于匀变速直线运动,运用“无限分割,逐步逼近”的微分思想可得:匀变速直线运动,物体的位移对应图线和时间轴所包围的图像的“面积”。

在图中图线和时间轴所包围的图像的“面积”为

与之对应的物体的位移为

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