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匀变速直线运动的速度—时间图象是一条直线,它不但把速度与时间的关系表示的很清楚,而且把位移、加速度的关系也表示的很直观。直线下方的面积表示位移,直线的斜率表示加速度。因此,用速度—时间图象解运动的物理习题很直观,很简便,有助于对问题的理解,它和运
用公式计算起相辅相成的作用。
例1求证初速度为零的匀加速运动
的物体第一秒内、第二秒内、第三秒内……的位移之比是1:3:5……(2n – 1)
证:由v=at作出速度—时间图象是
一条过原点的直线。如图①,由图可看
出相等时间间隔内直线下围成的面积分
别为SⅠ、SⅡ、SⅢ。SⅠ为一三角形,
SⅡ、SⅢ……是梯形’可分为3个、
5个……与SⅠ全等的三角形。可以
看出SⅠ:SⅡ:SⅢ = 1:3:5……
例2 证明匀变速运动的物体,在
任意相邻两段相等时间内的位移差等
证:作一匀加速运动的图象,如
图②,任取两段连续相等的时间,直
线下梯形面积分别为两段相等时间内
的位移。矩形abcd为两段相等时间
ad为t秒末与t秒初的速度差,即
例3 一物体由静止开始以加速度
α作匀加速运动,之后又以加速度大
小a’作匀减速运动,直至静止,经时
间t。求物体的位移。
解,根据题意作图③,所求位移为
三角形的面积。由图可看出,此题的关
键在于求三角形的高,即匀加速运动的
末速度。
例4 气球以10米/秒的速度匀速
竖直上升,从气球上掉下一物体经17
秒到达地面,求物体刚脱离气球时气
解:物体脱离气球后做竖直上抛
作出图象。如图④,从图中看出t=2
秒以前,位移正负代数和为零,则17
秒内位移为梯形ABCD面积
负号表示与初速度方向相反,在起
始点之下。
例5 在离地面很高的地方以30
米/秒的速度竖直上抛一物体,2秒后
再同一处以相同的速度再抛一物体。
求两物体在何处相遇
解:由题意作出V – t 图象,如图
⑤两物体相遇时,位移相等,直线下
所围成的面积应相等。第二物体正位
移应等于第一物体正、负位移之代数
和。有图可看出t = 4秒时,面积CGE
正好与FDG抵消掉,两物体位移相等,
此时,两物体相遇,相遇的高度应是ABCD面积
例6 水平拉力F1、F2分别作用
于放置在水平面的某物体上,经一段
后撤去作用力。使物体由静止开始运
动,而后又停下。如果物体在两种情
况下总位移相等,且F1>F2,那么这
两个过程中
A F1比F2 的冲量大
B F1比F2的冲量小
C F1与F2冲量相等
D F1与F2的冲量大小无法比较
解:做出二种情况下的v – t 图象,如图⑥,两种情况中物体撤去外力后都作匀减速运动,且加速度相同,所以两个图象中,后半部分直线应彼此平行。又因为二种情况下物体总位移相等,二个三角形面积就应相等,所以虚线三角形的高应大于实线三角形的高。由图象可以看出虚线表示加速时的加速度大,所以它表示的是F1作用的情况。
此题若不借助于速度时间图象,难以比较出两种情况下拉力的冲量。
通过上述习题可以看出用图象解题,不但可以使问题变得更加直观简单,而且可以启发学生的解物理题的思路,培养学生的思维能力,更容易使学生理解物理量之间的数量关系。此方法不但适用于解运动学问题,在处理做功及热学,电学等问题上均可采用此方法。
用公式计算起相辅相成的作用。
例1求证初速度为零的匀加速运动
的物体第一秒内、第二秒内、第三秒内……的位移之比是1:3:5……(2n – 1)
证:由v=at作出速度—时间图象是
一条过原点的直线。如图①,由图可看
出相等时间间隔内直线下围成的面积分
别为SⅠ、SⅡ、SⅢ。SⅠ为一三角形,
SⅡ、SⅢ……是梯形’可分为3个、
5个……与SⅠ全等的三角形。可以
看出SⅠ:SⅡ:SⅢ = 1:3:5……
例2 证明匀变速运动的物体,在
任意相邻两段相等时间内的位移差等
证:作一匀加速运动的图象,如
图②,任取两段连续相等的时间,直
线下梯形面积分别为两段相等时间内
的位移。矩形abcd为两段相等时间
ad为t秒末与t秒初的速度差,即
例3 一物体由静止开始以加速度
α作匀加速运动,之后又以加速度大
小a’作匀减速运动,直至静止,经时
间t。求物体的位移。
解,根据题意作图③,所求位移为
三角形的面积。由图可看出,此题的关
键在于求三角形的高,即匀加速运动的
末速度。
例4 气球以10米/秒的速度匀速
竖直上升,从气球上掉下一物体经17
秒到达地面,求物体刚脱离气球时气
解:物体脱离气球后做竖直上抛
作出图象。如图④,从图中看出t=2
秒以前,位移正负代数和为零,则17
秒内位移为梯形ABCD面积
负号表示与初速度方向相反,在起
始点之下。
例5 在离地面很高的地方以30
米/秒的速度竖直上抛一物体,2秒后
再同一处以相同的速度再抛一物体。
求两物体在何处相遇
解:由题意作出V – t 图象,如图
⑤两物体相遇时,位移相等,直线下
所围成的面积应相等。第二物体正位
移应等于第一物体正、负位移之代数
和。有图可看出t = 4秒时,面积CGE
正好与FDG抵消掉,两物体位移相等,
此时,两物体相遇,相遇的高度应是ABCD面积
例6 水平拉力F1、F2分别作用
于放置在水平面的某物体上,经一段
后撤去作用力。使物体由静止开始运
动,而后又停下。如果物体在两种情
况下总位移相等,且F1>F2,那么这
两个过程中
A F1比F2 的冲量大
B F1比F2的冲量小
C F1与F2冲量相等
D F1与F2的冲量大小无法比较
解:做出二种情况下的v – t 图象,如图⑥,两种情况中物体撤去外力后都作匀减速运动,且加速度相同,所以两个图象中,后半部分直线应彼此平行。又因为二种情况下物体总位移相等,二个三角形面积就应相等,所以虚线三角形的高应大于实线三角形的高。由图象可以看出虚线表示加速时的加速度大,所以它表示的是F1作用的情况。
此题若不借助于速度时间图象,难以比较出两种情况下拉力的冲量。
通过上述习题可以看出用图象解题,不但可以使问题变得更加直观简单,而且可以启发学生的解物理题的思路,培养学生的思维能力,更容易使学生理解物理量之间的数量关系。此方法不但适用于解运动学问题,在处理做功及热学,电学等问题上均可采用此方法。