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高中物理 勻變速直線運動的研究——連續(xù)相等時間位移的特點

2023-04-21 11:56 作者:南宮很二  | 我要投稿

連續(xù)相等時間位移就是指物體在勻變速直線運動中第一個時間 t 內(nèi)運動的位移是x_%7B1%7D%20,第二個時間 t 內(nèi)運動的位移是x_%7B2%7D%20,第三個時間 t 內(nèi)運動的位移是x_%7B3%7D%20,如此下去。

那么這些位移x_%7B1%7D%E3%80%81%20x_%7B2%7D%20%E3%80%81x_%7B3%7D%E3%80%81%E2%80%A6%E2%80%A6%20x_%7Bn%7D%20有什么關(guān)系?

首先用公式法,設(shè)物體的初速度(A點的速度)為v_%7BA%7D%3D%20v_%7B0%7D%20,從A到B經(jīng)過時間 t ,所以B點的速度v_%7BB%7D%3D%20v_%7B0%7D%2Bat%20,同理C點的速度v_%7BC%7D%3D%20v_%7B0%7D%2Ba%5Ccdot%20(2t)%20%3Dv_%7B0%7D%2B2at%20,D點的速度v_%7BD%7D%3D%20v_%7B0%7D%2Ba%5Ccdot%20(3t)%3D%20v_%7B0%7D%2B3at%20。

于是x_%7B1%7D%20%3Dv_%7BA%7Dt%20%2B%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7Dat%5E2%20x_%7B2%7D%20%3Dv_%7BB%7Dt%20%2B%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7Dat%5E2%20,x_%7B3%7D%20%3Dv_%7BC%7Dt%20%2B%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7Dat%5E2%20……

v_%7BB%7D%20v_%7BC%7D%20帶入并展開

x_%7B1%7D%20%3Dv_%7B0%7Dt%20%2B%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7Dat%5E2%20

x_%7B2%7D%20%3D(v_%7B0%7D%2Bat)t%20%2B%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7Dat%5E2%20%3Dv_%7B0%7Dt%20%2B%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7Dat%5E2%2Bat%5E2%20

x_%7B3%7D%20%3D(v_%7B0%7D%20%2B2at)t%2B%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20at%5E2%3Dv_%7B0%7Dt%2B%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7Dat%5E2%2B2at%5E2%20%20

……

通過觀察發(fā)現(xiàn)等式右邊的前兩項都是一樣的,剩余部分可以看做0,at%5E2,2at%5E2……,這樣就形成一個等差數(shù)列,公差d%3Dat%5E2,也就是%5CDelta%20x%3Dat%5E2(勻變速直線運動中連續(xù)相等時間通過的位移差是一個定值)。這是勻變速直線運動的七大推論之一,也是判斷運動是否是勻變速直線運動的方法。

其中 a 是加速度,t 為每一段的時間,在勻加速直線運動中 a>0,Δx>0,每段位移越來越大;在勻減速直線運動中 a<0,Δx<0,每段位移越來越小。

再來用圖像法,在勻變速直線運動的v-t圖像中,取連續(xù)相等的時間 t,那么每一段時間對應(yīng)的位移都是一個梯形的面積,通過切割在第二個梯形面積里減去第一個梯形的面積,那么面積差就是一個矩形,同樣后面每一個面積差都是一個矩形,矩形的長就是這段時間 t,矩形的寬是相鄰兩段位移初速度的差,即 at,那么面積差就是%5CDelta%20x%3Dat%5E2。

比如:一個物體做勻加速直線運動,第1s運動了10m,第2s運動了12m。那么根據(jù)推論,物體第3s肯定運動了14m,第4s運動了16m,這是因為%5CDelta%20x%3D2mt%3D1s,由%5CDelta%20x%3Dat%5E2可知a%3D%5Cfrac%7B%5CDelta%20x%7D%7Bt%5E2%7D%20%3D%5Cfrac%7B2m%7D%7B(1s)%5E2%7D%3D2m%2Fs%5E2。

再比如:一個物體第1s運動了1m,第2s運動了2m,第3s運動了4m,那就可以推斷這個物體的運動一定不是勻變速直線運動,因為不滿足連續(xù)相等時間內(nèi)位移差為定值這個推論。

注意:在使用這個推論的時候一定要注意,這個運動一定是勻變速直線運動的前提下,而且是連續(xù)相等時間才適用。

總結(jié)

在勻變速直線運動中,物體在連續(xù)相等時間通過的位移之差是一個定值,即%5CDelta%20x%3Dat%5E2。

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