为了才能更好的理解下一节的内容,明天讲一下中间时刻速率和平均速率的关系。
平均速率
上面讲过平均速率的概念,平均速率等于位移与时间的比值,即。位移在图象中就是图象与座标轴围成的面积。
图中图象与座标轴围成的是一个矩形的面积,矩形的上底为,下底为,高为h,由矩形的面积公式可得位移把这个多项式带入平均速率的公式即。这就表示在匀变速直线运动中,物体的平均速率就等于这段位移初末速率和的一半。
这就是平均速率的另一种求法,这个公式在一些场合使用上去会比较便捷。
看个事例,一辆车辆匀加速启动,3s后速率变为6m/s,求这段时间内车辆通过的位移。
剖析:车辆启动初速率为零,经过3s后末速率变为6m/s,求位移。目前学习的求位移的方式只有定义式,而平均速率可以用刚学的方式求解。
解:已知初速率,末速率,时间,求位移x。
由公式可得,
中间时刻速率(中间时刻瞬时速率)
中间时刻的意思就是物体运动到总时间一半的时刻。从图中找到时刻做横轴的平行线与图象的交点的纵座标就是中间时刻瞬时速率。
这条线正好就是矩形的中位线,物理上有,将图象中的数据带入就可以得到中间时刻瞬时速率,即中间时刻瞬时速率等于这段位移初末速率和的一半。
这时我们会发觉,里面讲的平均速率和中间时刻瞬时速率都等于这段位移初末速率和的一半,即。这个公式实际上就是匀变速直线运动的七大结论之一(注意:变加速运动不适用)。
有了这个推论,再看一下打点计时器实验中用纸带求某点瞬时速率。如图,纸带上每隔相同的时间间隔取一个点匀变速直线运动的速度与时间的关系,这么AB、BC、CD的时间都是相等的。因而B点就是AC的中间时刻点,C点就是BD的中间时刻点。
根据中间时刻瞬时速率等于平均速率,打出B点时的瞬时速率就是AC段的平均速率,即;打出C点时的瞬时速率就是BD段的平均速率,即。以这种推,就可以求出纸带上各点确切的瞬时速率了。
估算某个点的瞬时速率,要先找到一段位移匀变速直线运动的速度与时间的关系,这个点正好坐落这段位移的中间时刻,这么这个点的瞬时速率就等于这段位移的平均速率。借助这些方式求解瞬时速率就比用速率近似的方式确切,这么在今后的估算中就只能使用这些技巧。
总结
在匀变速直线运动中,中间时刻的瞬时速率等于平均速率,等于这段位移初末速率和的一半。