[例1]一物体以初速度v1做匀变速直线运动,经时间t速度变为v2求:

(1)物体在时间t内的位移.

(2)物体在中间时刻和中间位置的速度.

(3)比较vt/2vx/2的大小.

[解析] (1)物体做匀加速直线运动,在时间t内的平均速度

则物体在时间t内的位移

x=

(2)物体在中间时刻的速度

vt/2=v1+a·v2v1+at,故

vt/2=.

物体在中间位置的速度为vx/2,则

由①②两式可得vx/2=

 (3)如图所示,物体由A运动到BCAB的中点,若物体做匀加速直线运动,则经时间物体运动到C点左侧,vt/2vx/2;若物体做匀减速运动,则经时间物体运动到C点右侧,vt/2vx/2,故在匀变速直线运动中,vt/2vx/2

[说明]匀变速直线运动的公式较多,每一问题都可以用多种方法求解,解题时要注意分析题目条件和运动过程的特点,选择合适的公式和简便的方法求解.

[例2]特快列车甲以速率v1行驶,司机突然发现在正前方距甲车s处有列车乙正以速率v2(v2v1)向同一方向运动.为使甲、乙两车不相撞,司机立即使甲车以加速度a做匀减速运动,而乙车仍做原来的匀速运动.求a的大小应满足的条件.

[解析] 开始刹车时甲车速度大于乙车速度,两车之间的距离不断减小;当甲车速度减小到小于乙车速度时,两车之间的距离将不断增大;因此,当甲车速度减小到与乙车速度相等时,若两车不发生碰撞,则以后也不会相碰.所以不相互碰撞的速度临界条件是:

v1at = v2                                                                                                

不相互碰撞的位移临界条件是

s1s2+s                                               ②

v1tat2v2t+s                                        

由①③可解得 a

[说明] (1)分析两车运动的物理过程,寻找不相撞的临界条件,是解决此类问题的关键.

(2)利用不等式解决物理问题是一种十分有效的方法,在解决临界问题时经常用到.

[例3]一船夫驾船沿河道逆水航行,起航时不慎将心爱的酒葫芦落于水中,被水冲走,发现时已航行半小时.船夫马上调转船头去追,问船夫追上酒葫芦尚需多少时间?

[解析] 此题涉及到船逆水航行、顺水航行两种情况, 并且有三个不同速度:u--水速、(v-u)--船逆水航速、(v+u)--船顺水航速.虽然都是匀速直线运动但求解并不很容易.该题如果变换参考系,把参考系在顺水漂流的葫芦上,则极易看到,船先是以船速离去, 半小时后又原速率返回.

取葫芦为参考系,设船远离速度为v,则s = vt1,式中s为船相对葫芦的距离,t1为远离所用时间.

设船返回并追上葫芦所需时间为t2,由于船相对葫芦的速度仍然是v,故

s=vt2易得t1t2.

[说明]由于物体的运动是绝对的,而运动的描述是相对的,所以当问题在某参考系中不易求知,变换另一个参考系进行研究常可使问题得以简化,其作用在此题中可见一斑.

[例4]跳伞运动员做低空跳伞表演,他在离地面224 m高处,由静止开始在竖直方向做自由落体运动.一段时间后,立即打开降落伞,以12.5 m/s2的平均加速度匀减速下降,为了运动员的安全,要求运动员落地速度最大不得超过5 m/s(g取10 m/s2).

(1)求运动员展开伞时,离地面高度至少为多少?着地时相当于从多高处自由落下?

(2)求运动员在空中的最短时间是多少?

[解析] (1)设运动员做自由落体运动的高度为h时速度为v,此时打开伞开始匀减速运动,落地时速度刚好为5 m/s,这种情况运动员在空中运动时间最短,则有

v2=2gh                                                       ①

vt2v2=2a(Hh)                                             ②

由①②两式解得h=125 m,v=50 m/s

为使运动员安全着地,他展开伞时的高度至少为Hh=224 m-125 m=99 m.

他以5 m/s的速度着地时,相当于从h′高处自由落下,由vt2=2gh

h′= m=1.25 m

(2)他在空中自由下落的时间为

t1 s=5 s

他减速运动的时间为

t2 m/s=3.6 s

他在空中的最短时间为

tt1+t2=8.6 s

 0  153341  153349  153355  153359  153365  153367  153371  153377  153379  153385  153391  153395  153397  153401  153407  153409  153415  153419  153421  153425  153427  153431  153433  153435  153436  153437  153439  153440  153441  153443  153445  153449  153451  153455  153457  153461  153467  153469  153475  153479  153481  153485  153491  153497  153499  153505  153509  153511  153517  153521  153527  153535  447348 

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