例题:
【问题】一个物体从静止开始做匀加速直线运动,已知它在第1s内的位移是3m,求它在第2s内的位移。
【分析】
根据匀变速直线运动的规律,在第1s内的位移等于前1秒内的位移减去前0.5秒内的位移,即:
第1s内的位移=前1秒内的位移-前0.5秒内的位移
即:$x_{1} = frac{1}{2}a times 1^{2} - frac{1}{2}a times 0.5^{2}$
已知第1s内的位移为:$x_{1} = 3m$,代入数据解得:$a = 6m/s^{2}$
所以物体在第2s内的位移为:
$x_{2} = frac{1}{2}a times 2^{2} - frac{1}{2}a times 1^{2}$
$x_{2} = 9m$
【总结】
对于初速度为零的匀加速直线运动,在连续相等的时间间隔内,通过的位移之比为:$x_{1}:x_{2}:x_{3}:...:x_{n} = 1:3:5:...:(2n - 1)$。
【拓展】
如果一个物体从某一速度开始做匀减速直线运动,已知它在最后0.5秒内的位移是3m,求它在整个减速运动过程中的位移。
【分析】
根据匀变速直线运动的规律,在连续相等的时间间隔内,通过的位移之比为:$x_{1}:x_{2}:x_{3}:...:x_{n} = 1:3:5:...:(2n - 1)$。由于物体做减速运动,所以第n秒内的位移为:$x_{n} = x_{n - 1} + x_{n - 2} + ... + x_{n - (n - 1)}$。由于物体在最后0.5秒内的位移为:$x_{n - 0.5} = 3m$,代入数据解得:$x = 6m$。
【总结】
对于初速度不为零的匀减速直线运动,在连续相等的时间间隔内,通过的位移之比为:$x_{1}:x_{2}:x_{3}:...:x_{n} = frac{v_{0}^{2}}{2}:(frac{v_{0}^{2}}{2} - v_{t}^{2}):(v_{t}^{2}-v_{t - 1}^{2})...:(v_{0}^{2}-v_{Delta t}^{2}) = frac{v_{0}^{2}}{4}(v_{Delta t}^{2}-v_{t}^{2}):(v_{Delta t}^{2}-v_{Delta t - 1}^{2})...:(v_{Delta t}^{2}-v_{0}^{2})$。其中,$v_{t}$表示物体运动到第t秒末的速度。
【例题】一个物体从静止开始做匀加速直线运动,它在第1s内的位移是3m,求它在第3s内的位移。
【解】根据匀变速直线运动的规律,在第1s内的位移等于前3秒内的位移减去前前两秒内的位移,即:第1s内的位移=前3秒内的位移-前前两秒内的位移。即:$x_{1} = frac{1}{2}a times 3^{2} - frac{1}{2}a times 2^{2}$已知第1s内的位移为:$x_{1} = 3m$代入数据解得:$a = 6m/s^{2}$所以物体在第3s内的位移为:$x_{3} = frac{1}{2}a times 4^{2} - frac{1}{2}a times 3^{2}$ $= 9m$
例题:
一物体做匀加速直线运动,初速度为v0,末速度为v1,求它在中间位移处的速度。
解:设物体在中间位移处的速度为v,则有
v^2 - v0^2 = 2a·(s/2)
v1^2 - v^2 = 2a·(s/2)
两式相减得
v^2 - v0^2 = (v1^2 - v^2)
所以
v = (v0^2 + v1^2)/2v1
所以物体在中间位移处的速度为(v0^2 + v1^2)/2v1。
例题二:
一物体做匀减速直线运动,初速度为v0,加速度为a,求它在停止运动前最后1s内的位移。
解:设物体运动的总时间为t,则有
t = √(2s/a)
最后1s内的位移等于总位移减去前t-1秒内的位移,即
x = x(总) - x(前t-1秒) = v0t - 1/2at^2 - (v0t - 1/2a(t-1)^2) = 1/2a(t-1)^2
所以物体在停止运动前最后1s内的位移为1/2a(t-1)^2。
高一物理运动学和相关例题常见问题包括以下几个方面:
1. 位移和路程的区别:位移是从初位置到末位置的有向线段,仅适用于匀变速直线运动;而路程描述的是物体经过的轨迹的长度,适用于任何运动。
2. 平均速度和瞬时速度的区别:平均速度是物体在某段时间内运动的平均快慢程度,它粗略地反映了物体在全过程中的运动情况;瞬时速度则是物体在某一时刻或某一位置时的速度,它精确地反映了物体在那一时刻的运动快慢情况。
3. 追及问题:两个物体在同一直线上运动时,往往把其中一个物体叫做“追击者”,另一个物体叫做“被追击者”。
4. 自由落体运动和竖直上抛运动:自由落体运动是只受重力的竖直下落的运动;竖直上抛运动是初速度为 V ,加速度为 g 的匀减速直线运动。
以下是一些例题,可以帮助你理解和掌握这些概念:
1. 某物体做匀加速直线运动,初速度为 5 m/s,加速度为 2 m/s^2,求该物体在任一秒内速度的变化Δv = v2 - v1是多少?
2. 一物体做匀减速直线运动,经 4s 停下,在最后 1s 内通过的位移是 5m,求该物体在停下前第 4s 内的位移。
3. 甲乙两辆汽车在同一直线上沿同一方向做匀变速直线运动,已知甲车在前,乙车在后,甲车在乙车前面 s = 16m 处时,速度为 v1 = 4m/s,乙车的加速度大小是甲车的 2 倍,经 t = 4s 时两车相遇,试求乙车的初速度。
4. 一列火车以相同的速度匀速通过甲乙两桥,从车头到桥头起经过时间 t ,车尾通过桥尾起经过时间也是 t ,桥长均为 S ,求火车长度。
以上问题都是高一物理运动学中的常见问题,通过解决这些问题,你可以更好地理解运动学的概念和公式,为后续的学习打下基础。