在上一节的学习中,我们学习了以下物体作匀速加速直线运动:
速度与时间的关系:vt=v0+at(问题)
位移与时间的关系:x=v0t+1/2at2(疑问)
请两位同学到黑板前分别完成这两个公式。
为了简单而准确地描述物体的运动,仅靠这两个方程是不够的,还需要知道物体的位移和速度之间的关系。
我们来看课本第41页的一个例题,通过这个例题变加速直线运动公式,我们可以推导出物体做匀速直线运动时的位移与速度的关系。
射击时,火药在枪管内燃烧,气体受热膨胀,推动子弹加速,如果把子弹在枪管内的运动看作匀加速直线运动,子弹的加速度为a=5*105m/s2,枪管长度为x=0.64m,我们计算一下子弹从枪口射出时的速度。
我们采用两种方法来解决这个问题。
第一种:传统方法。
利用位移-时间方程,先算出时间t,然后将时间t代入速度-时间方程,算出子弹离开枪口的最终速度vt。
解:x = v0t + 1/2at2 = 1/2*5*105*t2 = 0.64 → t = (1.28/5*105)1/2
vt=v0+at=5*105*(1.28/5*105)1/2
第二种方法:推导关系。(速度方差公式)
可以看出,在第一种方法中,时间t是一个中间变量,计算后再代入公式中,与结果无直接关系。所以在这道题中,我们从vt=v0+at和x=v0t+1/2at2中消去t,直接得到速度v与位移x的关系。
那么,具体步骤就是:再带队——“带一波兵,得一波经验”。
不要把2ax写成xo变加速直线运动公式贝语网校,不然还没喝酒就已经醉了。
因此,在本题中,v = (2ax + v02) 1/2 = (2*5*105*0.64+0) 1/2 = 800m/s
如果问题中的已知量和未知量不涉及时间,则使用位移-速度关系来解决会更容易。
用原来的两个关系求解,就像是隔着鞋子挠痒痒,没有触及问题的关键,而且效率低下。(时间t是唯一的判断标准。)速度方差关系省去了参数t。就好比v和x谈恋爱,省去了灯泡t(功率有点大,他妈叫他回家吃饭),这样vx就可以通过一条线互相沟通了。媒人传递消息麻烦(计算量大)而且不准确(开平方算错),比如:“今晚我们吃火锅吧”,却传成了“今晚我去上个厕所”。所以要“过河拆桥”,用数学的话来说,就是“省去参数”(工艺:回锅肉)。
好处:速度-方差关系可以直接跳过刹车问题的时间陷阱,因为不需要计算时间。
好了,例1是一个加速过程,同学们可以按照例1的解法来做例2。
所以我们说例2是一个减速过程。
本节公式中最有问题的部分是加速度a的符号。
如果物体正在加速,则加速度的符号为正;如果物体正在减速,则加速度的符号为负。
联系《必修课二·第七章》“验证机械能守恒定律”中的速度测量方法:
速度-位移关系是机械能守恒定律的等效表达。
刹车问题的时间陷阱
刹车的目的是为了停下车,而不是为了倒车。(《红灯起停》)
体验速度变化的好处:简化计算并避免陷阱。
二,