高中物理 匀变速直线运动的研究——匀变速直线运动中点位移的速度

前面讲了匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度,即。
今天来讲一下匀变速直线运动中点位移的瞬时速度,即。
一个物体从A 点做匀变速直线运动到B点,M为这段位移的中点,试着用AB两点的速度表示M点的速度。

由于从A到M和从M到B的位移x 和加速度a 都是相同的, 所以利用公式计算。
有,
联立两式得
如果A点速度为初速度,B点速度为末速度
,M点速度为中点速度
,那么有
,这就是匀变速直线运动中点位移瞬时速度的计算公式,也是匀变速直线运动七大推论之一。
再来看一个问题,中间时刻瞬时速度和中点位移瞬时速度
的大小关系是怎样的?
最简单的方法是用特殊值法或者平方后作差的方法来进行比较,但这是数学的方法,来看一下物理的方法,利用v-t图像来比较。
如图,物体做匀加速直线运动的图像是一条倾斜的直线,中间时刻瞬时速度很好找到,它将位移分为两个面积不相等的部分,因为物体在加速,所以后一部分的面积大,为了找到中点位移瞬时速度,就要将梯形的中位线向右侧移动,使得左右两边的面积一样大,这样就能发现中点位移瞬时速度大于中间时刻瞬时速度。

如果换成匀减速直线运动,中间时刻瞬时速度左右两侧的面积依然不一样大,为了找到中点位移瞬时速度,就要将梯形中位线向左侧移动,可以发现中点位移瞬时速度还是大于中间时刻瞬时速度。
这样我们得出结论,在匀变速直线运动中,中点位移瞬时速度始终大于中间时刻瞬时速度。
实际在数学课中学习过几个平均值,分别是平方平均值(均方根),算术平均值
,几何平均值
,调和平均值
。在a>0,b>0时,有
,当且仅当a=b 时,四个平均值相等。
通过观察能够发现中间时刻瞬时速度刚好是初末速度的算术平均值,而中点位移瞬时速度是初末速度的平方平均值,根据平方平均值大于算数平均值的结论,在匀变速直线运动中有。
总结
匀变速直线运动中,中点位移瞬时速度始终大于中间时刻瞬时速度。