初速度为零的匀变速直线运动推论
若匀加速直线运动的初速度,加速度为,它的图像是过原点的直线,数学上是一个正比例函数。
这种运动相较于一般的匀变速直线运动有一些特殊的结论。
一、等时间间隔下的速度、位移推论
我们将匀加速直线运动按等时间间隔T(T为任意大小)切割为n份,有以下推论:
1、速度推论
时刻的速度,即速度与时间成正比,故我们有,
2、位移推论1
物体运动前秒的位移,位移与时间的平方成正比,即,
3、位移推论2
物体运动第秒的位移,则,
二、等位移间隔下的速度、时间推论
我们将匀加速直线运动按等位移间隔(为任意大小)切割为n份,有以下推论:
1、速度推论
位移和速度满足:,即。则,
2、时间推论1
物体运动位移和运动时间之间满足:,即,则,
3、时间推论2
物体在每段的运动时间,我们结合上一个规律即可得,
三、规律的应用情景
1、基本应用
若已知物体是从静止开始做匀加速直线运动,以上的规律可以直接应用。
例1:物体做初速度为零的匀加速直线运动,第一个2s、第二个2s和前6s内的位移之比为( )
解析:
取时间间隔T=2s,则第一个2s、第二个2s、第三个2s的位移比满足:,前6s的位移为,故D答案正确。
A.1:3:5 | B.2:6:5 | C.2:8:7 | D.1:3:9 |
例2:(多选)如图所示,光滑斜面上的四段距离相等,质点从O点由静止开始下滑,做匀加速直线运动,先后通过a、b、c、d,下列说法正确的是( )
解析:
直接运用等位移比例可知B、C、D正确。b位置为整段运动的中间位置,中间位置速度不等于平均速度,A错。
A.质点在斜面上运动的平均速度 |
B.质点通过各点时的速率之比 |
C.质点依次通过各段距离的时间之比为 |
D.质点由O到达各点的时间之比 |
2、逆向思维应用
对于广义的刹车类问题,即物体从某个初速度减速为,我们可以用逆向思维把刹车看成倒放的从零加速运动,把这些比例式倒过来用即可。
例1:(多选)滑块以某一初速度从斜面底端O上滑到最高点D,用频闪仪记录的上滑过程如图所示,则( )
解析:
用逆向思维倒过来看,这个物体是从D静止释放的匀加速直线运动,满足等时间规律,速度比为,A正确;每段的位移比为:,D正确。
故选A、D。
A.滑块在B点的速度大小为在C点的两倍 |
B.滑块在A点的速度大小为在C点的两倍 |
C.AB和CD的距离之比为3∶1 |
D.AB和CD的距离之比为5∶1 |
例2:(多选)如图所示,用极薄的塑料膜片制成三个完全相同的水球紧挨在一起水平排列,子弹可视为在水球中沿水平方向做匀变速直线运动,恰好能穿出第三个水球,则可以判定(忽略薄塑料膜片对子弹的作用)( )
解析:
我们可以将子弹的运动看成是从3反向静止加速至1,由等位移规律,子弹在每个水球中的时间比为:,B对A错。传入每个水球的速度比为,D对C错。
故选B、D。
A.子弹在每个水球中运动的时间之比 |
B.子弹在每个水球中运动的时间之比 |
C.子弹在穿入每个水球时的速度之比 |
D.子弹在穿入每个水球时的速度之比 |
3、逆用规律判断物体运动时间和位置
等时间间隔内,做初速度为零匀变速直线运动物体的每段位移之比满足1:3:5:7……反过来说,若初速度为零做匀加速直线运动的物体每段位移比满足1:3:5……,则每段位移所用的时间T相等。
例1:如图所示,1~5是某平直道路上间距均为25m的路灯,轿车从第1个路灯由静止开始启动,经过20s正好到达第5个路灯。若将轿车视为质点,轿车做匀加速直线运动,则轿车过第2个路灯时的速度大小是( )
解析:
第1个路灯和第2个路灯的距离与第2个路灯和第5个路灯的距离之比为1:3,则汽车通过和通过所用的时间相同,通过第二个路灯的时刻恰为整段运动的中间时刻,,故选A。
A. | B. | C. | D. |
初速度为零的匀变速直线运动符合以上比例式,反过来说,符合这些比例式的匀变速直线运动初速度为0,不符合则初速度不为0。利用比例式我们可以判断物体初始点的位置。
例2:小球从竖直砖墙某位置由静止释放,用频闪照相机在同一底片上多次曝光,得到了图中1、2、3、4、5所示的位置。已知连续两次曝光的时间间隔均为T,每块砖的厚度均为d,试判断1点是否为释放点。
解析:
从图中可以看出每相邻两段的位移差都成立,可以判断物体是做匀变速直线运动。但是各段位移之比为,不满足,可见1点并不是释放点。
若释放点不知道,我们可以结合其他规律求解。
例3:某同学研究匀变速直线运动时,用一架照相机对正在下落的小球(可视为质点)进行拍摄,小球在空中的照片如图所示,1、2、3分别为连续相等时间间隔拍摄到的影像,每块砖的厚度均为d,且不计砖块之间的间隙,小球从静止开始下落,下落过程为匀加速直线运动。则小球开始下落点距影像2的距离为( )
解析:
,不满足,1点不是释放点。
设拍摄时间间隔为。两段位移差.
得 ①
2为1、3的中间时刻,由中间时刻速度等于平均速度推论: ②
释放点的速度为0,则释放点到2的距离满足:,
代入①、②解得:。
选A。
A.2.55d | B.2.45d | C.2.35d | D.2.25d |