這篇文章來的有些晚,但是看了一定會用的到的。
在處理運動學問題時會涉及大量的計算,有些時候公式看起來很簡單,但是算起來卻非常麻煩,其實只要認真研究你會發現,還是有很多竅門的。比如,兩式子作比,或者兩個式子相加相減,這些都可以減少計算量;再有就是選擇合適的公式,比如平均速度公式,用熟了真的可以事半功倍。
今天我們就講一下平均速度公式及其用法。
1.公式推導:
❶根據位移時間關係推導
❷由速度時間圖像推導
如圖,圖象中梯形面積表示位移,總位移除以時間即為平均速度,如下圖。
2.在實際解題中的應用。
下面就藉助幾個例題,來體驗一下用平均速度簡化計算。
【例題1】
如圖所示,一滑雪運動員從85m長的山坡上勻加速滑下,初速度是1.8m/s,未速度是5.0m/s,滑雪運動員通過這段斜坡需要多長時間?
分析:
常規思路是這樣的:
如果用平均速度的話,我們看過程是怎樣的?
通過這個比較我們可以看出來,雖然都是寫了兩個式子,但用平均速度避免了平方運算,而且計算量也非常小。
【例題2】
神舟八號飛船完成與天宮一號的兩次對接任務後返回,返回艙距地面10km時開始啟動降落傘裝置,速度減至10m/s,並以這個速度在大氣中降落。在距地面1.2m時,返回艙的4臺發動機開始向下噴氣,艙體再次減速,設最後減速過程中返回艙做勻減速運動,且到達地面時的速度恰好為0,求(結果均保留兩位有效數字):
(1)最後減速階段的加速度;
(2)最後減速階段所用的時間。
分析:
第(1)問求加速度,我們只給出解析,不做討論、比較。
第(2)問,已知初速度v₀=10m/s,位移x=1.2m,加速度a=42m/s²,求時間,自然想到位移與時間的關係x=v₀t+½at²,這樣也可以解出正確答案,只是需要解一元二次方程,且不說用時多少,有些同學你的解方程水平,自己還沒個數嗎?
怎麼避免這個問題呢?我們還是用平均速度來試一下。
怎麼樣?是不是計算簡單,而且不用寫很大的式子,既節省了時間又提高了準確率。
限於篇幅僅舉兩例,大家要記住,再做運動學題目的時候別忘了平均速度公式。
3.非勻變速運動的平均速度。
前面講的平均速的公式是不適用於非勻變速的,對於非勻變速運動我們不能用它定量計算,但是我們可以用他定性分析。比如下面的例題。
【例題3】
分析:
我們知道在v-t圖象中斜率表示加速度,不難發現圖中圖象的斜率大小是越來越大的,所以加速度是越來越的大。所以B選項正確。
平均速度是大於(ᴠ₁+ᴠ₂)/2呢?還是小於?前面講過平均速度公式只適用於勻變速直線運動,我們也用圖象推導過平均速度公式,我們不妨就用圖象來研究一下這個問題。如果t₁~t₂物體做勻變速直線運動,那麼它的v-t圖象如下圖紅色直線所示。
這時它的位移x₁應該是下圖中陰影部分的面積,而實際是做了加速度逐漸增大的變速運動,位移x₂要比這個陰影面積多著那麼"一小葉",即x₂>x₁,則平均速度大於(ᴠ₁+ᴠ₂)/2。
所以,這道題目應該選B、C。
最後,我們再思考一下,如果圖象是如下圖這樣的,這道題又應該選什麼呢?
答案請在評論中找。
感謝您耐心讀到這裡。有耐心的同學成績一定會很好。
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