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习题课一 匀变速直线运动的重要推论
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重点探究
eq \a\vs4\al(匀变速直线运动的平均速度)
1.平均速度的一般表达式eq \o(v,\s\up6(-))=eq \f(x,t)。
2.匀变速直线运动中,某段过程的平均速度等于初、末速度的平均值,即eq \o(v,\s\up6(-))=eq \f(1,2)(v0+v)。
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证明:如图所示为匀变速直线运动的v-t图像,
则t时间内的位移为x=eq \f(1,2)(v0+v)t,
故平均速度为eq \o(v,\s\up6(-))=eq \f(x,t)=eq \f(1,2)(v0+v)。
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3.匀变速直线运动中,某段过程中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度,即veq \f(t,2)=eq \o(v,\s\up6(-))=eq \f(1,2)(v0+v)。
证明:如图所示,对0~eq \f(t,2),有:veq \f(t,2)=v0+a·eq \f(t,2);
对eq \f(t,2)~t有:v=veq \f(t,2)+a·eq \f(t,2);
由两式可得veq \f(t,2)=eq \f(1,2)(v0+v)=eq \o(v,\s\up6(-))。
[特别提醒] eq \o(v,\s\up6(-))=eq \f(x,t)适用于任意运动,而eq \o(v,\s\up6(-))=eq \f(v0+v,2)和eq \o(v,\s\up6(-))=veq \f(t,2)只适用于匀变速直线运动。
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一滑雪运动员从85 m长的山坡上匀加速滑下,初速度是1.8 m/s,末速度是5.0 m/s,滑雪运动员通过这段斜坡需要多长时间?
【解析】 方法一:利用速度公式和位移公式求解
由v=v0+at和x=v0t+eq \f(1,2)at2,
代入数据解得a=0.128 m/s2,t=25 s。
方法二:利用位移与速度的关系式和速度公式求解
由v2-veq \o\al(2,0)=2ax得
a=eq \f(v2-v\o\al(2,0),2x)=0.128 m/s2,
由v=v0+at得t=eq \f(v-v0,a)=25 s。
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方法三:利用平均速度公式求解
由x=eq \f(v0+v,2)t得t=eq \f(2x,v0+v)=eq \f(2×85,1.8+5) s=25 s。
【答案】 25 s
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解题时巧选公式的基本方法
(1)如果题目中无位移x,也不需要求位移,一般选用速度公式v=v0+at。
(2)如果题目中无末速度v,也不需要求末速度,一般选用位移公式x=v0t+eq \f(1,2)at2。
(3)如果题目中无运动时间t,也不需要求运动时间,一般选用导出公式v2-veq \o\al(2,0)=2ax。
(4)如果题目中没有加速度a,也不涉及加速度的问题,用eq \o(v,\s\up6(-))=eq \f(x,t)=eq \f(v0+v,2)计算比较方便。
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[针对训练]
1.从车站开出的汽车做匀加速直线运动,走了12 s时,发现还有乘客没上来,于是立即做匀减速运动至停车,共历时20 s,行进50 m,求汽车在上述运动中的最大速度。
解析:方法一:(平均速度法)由于汽车在前、后两阶段均做匀变速直线运动,故前、后两阶段的平均速度均为最大速度vmax的一半,即eq \o(v,\s\up6(-))=eq \f(0+vmax,2)=eq \f(vmax,2),
由x=eq \o(v,\s\up6(-))t得vmax=eq \f(2x,t)=5 m/s。
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方法二:(基本公式法)设最大速度为vmax,
由题意得x=x1+x2=eq \f(1,2)a1teq \o\al(2,1)+vmaxt2-eq \f(1,2)a2teq \o\al(2,2),
t=t1+t2,vmax=a1t1,0=vmax-a2t2,
解得vmax=eq \f(2x,t1+t2)=eq \f(2×50,20) m/s=5 m/s。
答案:5 m/s
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eq \a\vs4\al(重要推论Δx=aT2的应用)
1.逐差公式:在匀变速直线运动中任意两个连续相等的时间间隔T内,位移之差是一个常量,即Δx=xⅡ-xⅠ=aT2。
2.推导过程:时间