§01-2.匀变速直线运动


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一般性的匀变速运动中间时刻的位置与运行中点位置间的距离公式$\frac{1}{8}aT^2$(四种方法,代数法、中间时刻和中点速度公式、图像割补以及等分苹果$\frac{1}{2}a(\frac{T}{2})^2$)

p36纸带法绘制v-t图像。
导数和积分的问题可以结合到a v s 上。
p44光电门的应用。
光电门测加速度误差分析。测量值大于真实值
$a=\frac{(\frac{d}{\Delta t_1})^2+(\frac{d}{\Delta t_2})^2}{2L}$
频闪摄影

相对速度比速度合成更生活化。

a accelerationの頭文字


(公式增加动能变为一半(前后两个过程合外力的功一样)和动量变为一半(前后合外力的冲量一样))
(孙浚豪整理)运动学公式整理:

·基本公式:
$\bar{v} =\frac{x}{t} $
$v=\lim_{\Delta t \to 0} \frac{\Delta x}{\Delta t} $
$v={x}’ \left ( t \right ) $
$a=\lim_{\Delta t \to 0} \frac{\Delta v}{\Delta t} $
$a={v}’ \left ( t \right ) ={x}” \left ( t \right ) $
$v=v_{0}+at$
$x=v_{0}\cdot t+\frac{1}{2} at^{2}$
$x=v_{t}\cdot t-\frac{1}{2}at^{2} $
$x=\bar{v}\cdot t=\frac{v_{0}+v_{t}}{2} t$
$v_{t}^{2}-v_{0}^{2}=2ax$
$\bar{v}=v_{\frac{t}{2}} $
$\bar{v}=\frac{v_{0}+v_{t}}{2} $
$v_{\frac{x}{2}}=\sqrt{\frac{v_{0}^{2}+v_{t}^{2}}{2} } $
两个连续时间间隔T的位移差:$\Delta x=aT^{2} $
第n个T与第m个T的位移差:
$x_{n}-x_{m}=\left ( n-m \right )aT^{2} $

·初速度为0的匀加速直线运动:
前T时间内中间时刻位置与中间位移的距离:$d=\frac{1}{8}aT^{2} $
$T,2T,3T\dots \,nT$ 时间末物体瞬时速度之比:
$v_{1T}:v_{2T}:v_{3T}: \cdots :v_{nT}=1:2:3:\cdots :n$
$T,2T,3T\dots \,nT$ 时间内物体平均速度之比:
$\bar{v}_{1T}:\bar{v}_{2T}:\bar{v}_{3T}:\cdots :\bar{v}_{nT}=1:2:3:\cdots :n$
$T,2T,3T\dots \,nT$ 时间内物体位移之比:
$x_{1T}:x_{2T}:x_{3T}: \cdots :x_{nT}=1:4:9:\cdots :n^{2}$
物体通过$x,2x,3x\dots \,nx$ 位移末瞬时速度之比:
$v_{1x}:v_{2x}:v_{3x}: \cdots :v_{nx}=1:\sqrt{2} :\sqrt{3}:\cdots :\sqrt{n}$
物体通过$x,2x,3x\dots \,nx$ 位移所需时间之比:
$t_{1x}:t_{2x}:t_{3x}: \cdots :t_{nx}=1:\sqrt{2} :\sqrt{3}:\cdots :\sqrt{n}$
物体通过$x,2x,3x\dots \,nx$ 位移过程平均速度之比:
$\bar{v}_{1x}:\bar{v}_{2x}:\bar{v}_{3x}: \cdots :\bar{v}_{nx}=1:\sqrt{2} :\sqrt{3}:\cdots :\sqrt{n}$
物体经过连续相等时间内位移之比:
$x_{T_{1}}:x_{T_{2}}:x_{T_{3}}: \cdots :x_{T_{n}}=1:3:5:\cdots :\left ( 2n-1\right )$
物体通过连续相等位移所需时间之比:
$t_{x_{1}}:t_{x_{2}}:t_{x_{3}}:\cdots:t_{x_{n}}=1:(\sqrt{2}-1):(\sqrt{3}-\sqrt{2}):\cdots :(\sqrt{n}-\sqrt{n-1}) $
静止开始,物体通过连续相等位移平均速度之比:
$1:\sqrt{2}+1:\sqrt{3}+\sqrt{2}…\sqrt{n}+\sqrt{n-1}$
$x_n=v_0T-\frac{1}{2}aT^2+naT^2$

$v(t)=\sqrt{v_0^2+2ax(t)}+v_0$

$x(t)=\frac{v(t)-v_0}{2}t+v_0t+x_0$(从梯形面积的角度考虑)
另,为了更好理解$\Delta x=aT^2$,特别进行了表格训练(匀变速运动)…

[?]一道运动学题目的多种解法

《§01-2.匀变速直线运动》有26条评论

  1. 逐差法如果碰到奇数段如何处理?舍小或 增中间.
    刘代表对碰球相遇问题有个很好的 解释

    对杂耍仍球的模型,图像是个不错的 方式

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  2. “你家住在15楼,你在中午睡觉的时候,听到一直有水滴砸在14楼的雨棚上,这时你的睡意全无,心想,是谁家的空调水管没放好,你从床上爬起来,发誓要找出这个人是几楼的,你打开手机测了一下每一滴水经过你家窗户的时间是0.1s,你家窗户高2m,重力加速度取10m/s2,请找出是几楼的空调水管没放好,不要算错了,否则会导致邻里矛盾哦。”
    设定高度
    设定时间
    设定速度
    以及可以巧用$$x_n-x_1=(n-1)gT^2$$

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  3. Gemini给出
    高考物理运动学部分要求在保证准确性的前提下追求答题速度。熟练掌握并能直接推导、应用的“二级结论”,是提升解题速度的利器。
    ## 一、 匀变速直线运动的核心比例(初速度为零)
    对于 $v_0 = 0$ 的匀加速直线运动(或反向看作 $v_t = 0$ 的匀减速直线运动):
    * **结论 1:等时间间隔的位移比**
    连续相等时间 $T$ 内的位移之比为连续奇数比:
    $x_1 : x_2 : x_3 : \dots : x_n = 1 : 3 : 5 : \dots : (2n-1)$
    * **结论 2:等时间间隔的末速度比**
    $1T$ 末、$2T$ 末、$3T$ 末 $\dots$ $nT$ 末的瞬时速度之比:
    $v_1 : v_2 : v_3 : \dots : v_n = 1 : 2 : 3 : \dots : n$

    * **结论 3:等位移间隔的时间比**
    通过连续相等的位移 $x$ 所用时间之比:
    $t_1 : t_2 : t_3 : \dots : t_n = 1 : (\sqrt{2}-1) : (\sqrt{3}-\sqrt{2}) : \dots : (\sqrt{n}-\sqrt{n-1})$
    * **结论 4:等位移间隔的末速度比**
    通过连续相等的位移 $x$ 末的瞬时速度之比:
    $v_1 : v_2 : v_3 : \dots : v_n = 1 : \sqrt{2} : \sqrt{3} : \dots : \sqrt{n}$

    ## 二、 平均速度与特殊位置速度
    * **结论 5:任意匀变速直线运动的平均速度**
    一段时间内,平均速度等于初末速度的算术平均值,也等于**中间时刻**的瞬时速度:
    $\bar{v} = v_{\frac{t}{2}} = \frac{v_0 + v_t}{2}$
    * **结论 6:中间位置的瞬时速度**
    一段位移 $x$ 的**正中间位置**的瞬时速度(方均根速度):
    $v_{\frac{x}{2}} = \sqrt{\frac{v_0^2 + v_t^2}{2}}$
    * **结论 7:中间时刻与中间位置速度的大小关系**
    无论是匀加速还是匀减速直线运动,中间位置的速度永远大于中间时刻的速度:
    $v_{\frac{x}{2}} > v_{\frac{t}{2}} \quad (\text{仅当 } v_0 = v_t \text{ 时等号成立})$

    ## 三、 纸带与多过程问题(多用于实验与大题)

    * **结论 8:逐差法核心公式**
    连续相等时间 $T$ 内的位移差为恒量(打点计时器求加速度的根本):
    $\Delta x = x_n – x_{n-1} = aT^2$
    若不连续则有:$x_m – x_n = (m-n)aT^2$。
    * **结论 9:刹车问题的隐蔽陷阱(死时间)**
    刹车到停止的总时间 $t_{\text{stop}} = \frac{v_0}{a}$。若题目问 $t > t_{\text{stop}}$ 时的位移,**切勿直接代入公式**,此时位移已恒定:
    $x_{\text{max}} = \frac{v_0^2}{2a}$

    * **结论 10:多阶段运动(双阶段模型)**
    物体从静止开始先以 $a_1$ 匀加速,再以 $a_2$ 匀减速到静止,总时间为 $t$,总位移为 $x$,则最大速度 $v_m$ 满足:
    $v_m = \frac{a_1 a_2}{a_1 + a_2}t \quad \text{且} \quad x = \frac{1}{2}v_m t$

    * **结论 11:双阶段运动的时间与位移分配**
    承接结论 10,加速段与减速段的时间和位移分配与加速度成反比:
    $\frac{t_1}{t_2} = \frac{x_1}{x_2} = \frac{a_2}{a_1}$

    ## 四、 平抛运动的几何与动态特征

    * **结论 12:速度偏向角与位移偏向角的关系**
    平抛运动中,某时刻速度与水平方向夹角为 $\theta$,位移与水平方向夹角为 $\alpha$,则:
    $\tan\theta = 2\tan\alpha$

    * **结论 13:速度反向延长线过中点**
    平抛运动中,任意时刻速度方向的反向延长线,必然水平切分其此时总水平位移的**正中点**(即 $x_{\text{延长线交点}} = \frac{1}{2}x$)。

    * **结论 14:平抛速度变化量的方向**
    任意相等时间 $\Delta t$ 内,速度的变化量 $\Delta v = g\Delta t$,方向**始终竖直向下**。

    * **结论 15:斜面平抛的对角线相遇**
    若物体从倾角为 $\theta$ 的斜面顶端平抛并落回斜面上,其落体时间仅与初速度和斜面倾角有关:
    $t = \frac{2v_0\tan\theta}{g}$

    * **结论 16:垂直撞击斜面的条件**
    若物体平抛并垂直撞击到倾角为 $\theta$ 的斜面上,则落地时的速度方向与水平夹角为 $90^\circ – \theta$,满足:
    $\tan(90^\circ – \theta) = \frac{gt}{v_0} \implies \cot\theta = \frac{gt}{v_0}$
    ## 五、 圆周运动与追及相遇模型

    * **结论 17:追及相遇的临界条件(极值点)**
    两物体在同一直线上运动,它们**距离最近、最远或恰好不相撞**的临界条件是:**两物体速度相等**(即 $v_1 = v_2$)。

    * **结论 18:皮带传动与同轴转动模型**
    * **同轴转动**:各点角速度相等($\omega_1 = \omega_2$),线速度与半径成正比($v \propto r$)。
    * **皮带/齿轮传动(无相对滑动)**:边缘各点线速度大小相等($v_1 = v_2$),角速度与半径成反比($\omega \propto \frac{1}{r}$)。

    * **结论 19:竖直圆周运动(绳/内轨道模型)的最高点临界**
    能过最高点的最小速度(临界速度):
    $v_{\text{min}} = \sqrt{gR}$
    此时弹力(或绳子拉力)$F_N = 0$。

    * **结论 20:竖直圆周运动(杆/管模型)的最高点临界**
    由于杆和管能支撑物体,能过最高点的最小速度:
    $v_{\text{min}} = 0$
    * 当 $v = \sqrt{gR}$ 时,杆对物体无作用力。
    * 当 $v > \sqrt{gR}$ 时,杆对物体施加**拉力(向下的力)**。
    * 当 $v < \sqrt{gR}$ 时,杆对物体施加**支持力(向上的力)**。 ### 💡 高考应试建议: 1. **小题直接用,大题写步骤**:在选择题中,这些结论可以帮你秒杀答案;但在计算题中,切记**不要**直接写“由二级结论得...”,而是要用最基本的公式(如 $v=v_0+at$ 或 $x=\frac{1}{2}at^2$)作为前置推导,把二级结论作为你心中检查结果的底牌。 2. **结合 $v-t$ 图象**:大部分直线运动的二级结论(如比例、双阶段运动)在 $v-t$ 图象上都能转化为几何面积或斜率关系,结合图象记忆更不易出错。

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  4. 4班温8童鞋提供一道运动学小题目
    第一眼很简单,再想挺麻烦,细看,前两段位移比1:4,必然匀加,$a_1=1$,而最后两秒和最初两秒对称,两端加速度也同,然后根据总位移总时间求解···

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