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高中物理 匀变速直线运动的研究——连续相等时间位移的特点

2023-04-21 11:56 作者:南宫很二  | 我要投稿

连续相等时间位移就是指物体在匀变速直线运动中第一个时间 t 内运动的位移是x_%7B1%7D%20,第二个时间 t 内运动的位移是x_%7B2%7D%20,第三个时间 t 内运动的位移是x_%7B3%7D%20,如此下去。

那么这些位移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有什么关系?

首先用公式法,设物体的初速度(A点的速度)为v_%7BA%7D%3D%20v_%7B0%7D%20,从A到B经过时间 t ,所以B点的速度v_%7BB%7D%3D%20v_%7B0%7D%2Bat%20,同理C点的速度v_%7BC%7D%3D%20v_%7B0%7D%2Ba%5Ccdot%20(2t)%20%3Dv_%7B0%7D%2B2at%20,D点的速度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%20x_%7B3%7D%20%3Dv_%7BC%7Dt%20%2B%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7Dat%5E2%20……

v_%7BB%7D%20v_%7BC%7D%20带入并展开

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

……

通过观察发现等式右边的前两项都是一样的,剩余部分可以看做0,at%5E22at%5E2……,这样就形成一个等差数列,公差d%3Dat%5E2,也就是%5CDelta%20x%3Dat%5E2(匀变速直线运动中连续相等时间通过的位移差是一个定值)。这是匀变速直线运动的七大推论之一,也是判断运动是否是匀变速直线运动的方法。

其中 a 是加速度,t 为每一段的时间,在匀加速直线运动中 a>0,Δx>0,每段位移越来越大;在匀减速直线运动中 a<0,Δx<0,每段位移越来越小。

再来用图像法,在匀变速直线运动的v-t图像中,取连续相等的时间 t,那么每一段时间对应的位移都是一个梯形的面积,通过切割在第二个梯形面积里减去第一个梯形的面积,那么面积差就是一个矩形,同样后面每一个面积差都是一个矩形,矩形的长就是这段时间 t,矩形的宽是相邻两段位移初速度的差,即 at,那么面积差就是%5CDelta%20x%3Dat%5E2

比如:一个物体做匀加速直线运动,第1s运动了10m,第2s运动了12m。那么根据推论,物体第3s肯定运动了14m,第4s运动了16m,这是因为%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:一个物体第1s运动了1m,第2s运动了2m,第3s运动了4m,那就可以推断这个物体的运动一定不是匀变速直线运动,因为不满足连续相等时间内位移差为定值这个推论。

注意:在使用这个推论的时候一定要注意,这个运动一定是匀变速直线运动的前提下,而且是连续相等时间才适用。

总结

在匀变速直线运动中,物体在连续相等时间通过的位移之差是一个定值,即%5CDelta%20x%3Dat%5E2

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