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v0、a、t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
又
联立解得
【题目】某同学在实验室做“探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系”实验时,将弹簧悬挂在铁架台上,将刻度尺竖直固定在弹簧一侧,刻度尺的零刻度线刚好与弹簧上端相齐,读出此时弹簧的长度=25.35cm。在弹簧下端悬挂1个钩码时,弹簧的长度为L1;每次增加1个钩码,分别读出弹簧长度为L2、L3……。已知单个钩码的质量为m=50g,重力加速度g=9.8N/kg。
(1)L1的读数如图所示,将L1的数值填入下表__________。
代表符号 | L0 | L1 | L2 | L3 | L4 | L5 | L6 | L7 |
数值/cm | 25.35 |
| 29.35 | 31.30 | 33.40 | 35.35 | 37.40 | 39.35 |
(2)该同学根据表中的数据做出m-L图像,如图所示。其中图像横轴代表弹簧的长度,纵轴代表所悬挂钩码的质量。除第2组数据外,其它数据已在坐标系中描绘出对应点。请将第2组数据的对应点标记在相应位置,并绘出m-L图像__________。
(3)由图像可知,该弹簧的劲度系数k=__________N/m(结果保留两位小数)。
(4)另一同学在家测弹簧的劲度系数。他将弹簧挂在桌子的边缘,如图所示,找到了质量为m的3个同样的铁锁和一把刻度尺,实验时,他将刻度尺竖直立在桌腿边缘靠近弹簧的位置。当挂1个铁锁时,弹簧的指针指在l1位置;当挂3个铁锁时,弹簧的指针指在l2位置。重力加速度为g。由此可得该弹簧的劲度系数k=________(用l1、l2、m、g表示)。