初速度为零的匀加速直线运动比例关系

www.zhiqu.org     时间: 2024-05-03
专题二 初速为零的匀变速运动的比例式
设t =0开始计时,以T为时间单位。则
(1)1T末、2T末、3T末……瞬时速度之比为v1∶v2∶v3∶…… = 1∶2∶3∶……
可由 ,直接导出
(2)第一个T内,第二个T内,第三个T内……位移之比,sI∶sⅡ∶sⅢ∶……= 1∶3∶5∶……∶(2n-1)
推证:由位移公式 得

可见,sI∶sⅡ∶sⅢ∶……= 1∶3∶5∶……∶(2n-1) 即初速为零的匀加速直线运动,在连续相等时间内位移的比等于连续奇数的比.
如一小球以某一初速度沿光滑斜面匀减速上滑,达顶端时速度为零,历时3s,位移为9 m,求其第1 s内的位移.
分析:反过来看,物体初速为零,连续相等时间内位移之比为1∶3∶5,可知,以
某初速上滑时第1 s内的位移为总位移的 ,即位移为5 m.
以上例子还可求出中间时刻的瞬时速度,即整个过程的平均速度 ,也可求运动的加速度 (取后一段研究),负号表示a与 的方向相反. 当然还可求出初速度 ,由 得
(3)1T内、2T内、3T内……位移之比s1∶s2∶s3∶……= 12∶22∶32∶……
可由 直接导出
(4)通过连续相同的位移所用时间之比
…… = ……
推证:由 知 通过第二段相同位移所用时间
同理
则 …… = ……

例1、一滑块自静止开始,从斜面顶端匀加速下滑,第5 s末的速度是6 m/s,试求(1)第4 s末的速度;(2)运动后7 s内的位移;(3)第3 s内的位移
分析:物体的初速度v0=0,且加速度恒定,可用推论求解.
解:(1)因为 所以 ,即 ∝t

第4s末的速度
(2)前5 s的位移

由于s ∝t 2
所以
故7 s内的位移

(3)利用sI∶sⅢ= 1∶5知
第3s内的位移sⅢ=5sI=5×0.6 m=3 m

例2、一物体沿斜面顶端由静止开始做匀加速直线运动,最初3 s内的位移为s1 ,最后3s内的位移为s2,已知s2-s1=6 m;s1∶s2=3∶7,求斜面的总长.
分析:由题意知,物体做初速度等于零的匀加速直线运动,相等的时间间隔为3s.
解:由题意知
解得s1=4.5 m s2=10.5 m
由于连续相等时间内位移的比为l∶3∶5∶……∶(2n-1)
故sn=(2n-1)sl
可知10.5 = (2n-1)4.5
解得n =
又因为s总 = n2s1
得斜面总长s总 = ×4.5=12.5 m
评注:切忌认为物体沿斜面运动了6 s,本题中前3 s的后一段时间与后3s的前一段时间是重合的。

例3、一列车由等长的车厢连接而成. 车厢之间的间隙忽略不计,一人站在站台上与第一节车厢的最前端相齐。当列车由静止开始做匀加速直线运动时开始计时,测量第一节车厢通过他的时间为2s,则从第5节至第16节车厢通过他的时间为多少?
分析:此题若以车为研究对象,由于车不能简化为质点,不便分析,故取车为参考系,把车的运动转化为人做匀加速直线运动。
解:据通过连续相等的位移所用时间之比为
…… 得

所以所求时间△t=4 s
另解:一般解法如下:
设每节车厢长为s,加速度为a,则人通过第一节车厢的时间
则人通过前4节车厢的时间为
人通过前16节车厢的时间为
故所求时间 。

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