一、逆向思維法
勻減速直線的逆向運動是勻加速直線運動。
例1 汽車刹車後以2m/s2的加速度做勻減速直線運動,若其刹車前的速度為20m/s,它在刹車後,還能滑行多遠?
解析 汽車刹車後的減速運動的逆運動是初速度為零,末速為
,加速度為
勻加速直線運動,故汽車刹車後的位移
二、平均速度法
在變速直線運動中,平均速度的定義式為
在勻變速直線運動中,由于速度是均勻變化的,物體在時間t内的平均速度也等于這段時間内的初速度
與末速度
的平均值,或物體在t時間内中間時刻的瞬時速度,即
如果将這兩個推論結合起來,可以使某些問題的解決更為便捷。
例2 某市規定車輛在市區行駛的速度不能超過40km/h。有一輛車遇到情況急刹車後,經時間t=1.5s停止,量得路面刹車痕迹為S=9m,問這輛車是否違章?
解析 将汽車的運動視為勻減速直線運動。刹車前汽車的速度為
,且
,由此有
解得
可判定該車違章。
例3 一輛汽車在筆直的公路上做勻速直線運動,該公路旁每隔15m安置一個路标,如圖1所示。汽車經過A、B兩相鄰路标用了
,通過B、C路标用了
,求汽車通過A、B、C三個路标時的速度。
圖1
解析 汽車做勻變速直線運動,由平均速度的定義式,汽車通過AB段和BC段的平均速度分别為
AB段的平均速度
等于從A點起
末的瞬間速度,BC段的平均速度
等于從A點起
末的瞬時速度,故汽車的加速
設汽車通過A、B、C的速度分别為
由速度公式有
代入數據,計算得
三、比值法
對于初速度為零的勻加速直線運動,利用勻變速運動的基本公式可推出以下幾個
結論:
1. 連續相等時間末的瞬時速度之比
2. ts,2ts,3ts……nts内的位移之比
3. 連續相等時間内的位移之比
4. 連續相等位移所用的時間之比
在處理初速度為零的勻加速直線運動時,首先考慮用以上的幾個比值關系求解,可以省去很多繁瑣的推導或運算。
例4 運行着的汽車制動後勻減速滑行,經3.5停止。試問它在制動開始後的1s内、2s内、3s内通過的位移之比為多少?
解析 如圖2所示,汽車從起點O起制動,1s末到A,2s末到B,3s末到C,停在D。這個運動的逆過程可看成是初速度為零的勻加速直線運動,如圖3所示。将3.5s等分為長度均為0.5s的7個時間間隔,那麼,逆過程從D起的連續7個0.5s内的位移之比為1:3:5:7:9:11:13。故圖3中
。小汽車從0起1s内、2s内、3s内通過的位移即圖2中的
,所以
24:40:48=3:5:6
四、逐差法
運用基本規律可以推出:勻變速直線運動的物體(設加速度為a)在連續相等時間間隔T裡的位移之差△S=
例5 一個做勻加速直線運動的質點,在連續相等的兩個時間間隔内,通過的位移分别為24m和64m,每一個時間間隔為4s,求質點的初速度和加速度。
解析 題目中出現了相等的時間間隔,應優先考慮用△S=
求解。依題設△S=
由此可得質點的加速度
再根據
代入前一段位移
的取值解得
五、圖象法
運動學中常用的兩種圖象為S-t圖象和v-t圖象。在理解圖象物理意義的基礎上,用圖象分析解決有關問題尤其是往返運動問題、證明題、定性分析等顯示出獨特的優越性,解題既直觀又方便。
例6 汽車由甲地從靜止出發,沿平直公路駛向乙地。汽車先以加速度
做勻加速運動,然後做勻速運動,最後以加速度
做勻減速運動,到乙地恰好停止。已知甲、乙兩地相距為S,求汽車從甲地到乙地的最短時間t和運行過程中的最大速度
解析 由題意作出汽車做勻速運動時間長短不同的
圖象,如圖4所示。不同的圖線與橫軸所圍成的面積都等于甲、乙兩地的距離S。由圖可見汽車勻速運動的時間越長,從甲地到乙地所用的時間就越長,所以汽車先加速運動,後減速運動,中間無勻速運動時,行駛的時間最短。設汽車勻加速運動的時間為
,則勻減速運動的時間為
。則有
解得
圖4
由圖4中三角形面積的物理意義有
由此解得
,
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