【吧务勿手滑】【高中物理运动学】av关系的定性判断与定量计算
物理吧
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level 8
魔方熊 楼主
请不要误会……
a是加速度,v是速度
【简介】由于二者的关系涉及微分和积分,直接判断非常复杂,笔者对此有所研究,贴出来与吧友分享。(申请精品)
【适用人群】高中物理基础相对较好的同学。
【提示】其中可能出现微分方程。
【本帖讨论的主要模型】
(1)曲线运动的轨迹形状
(2)和速度成正比的阻力问题,如导体棒、某些题中的空气阻力。
(3)机车恒定功率启动问题。
【说明】本帖大致一晚上更新完,若回帖较多,可点“只看楼主”
2014年08月21日 12点08分 1
level 8
魔方熊 楼主
1、非直线的av关系
(1)a始终和v垂直
物体作圆周运动。
实例:洛伦兹力提供向心力
(2)曲线运动的某时刻
如下图所示:
对于某时的速度(对应轨迹的切线),按照速度方向和与速度垂直方向分出4个维度,如图所示,若加速度a的终点落在左侧,则为减速运动,在右侧为加速运动。在上侧轨迹向上弯,在下侧,轨迹向下弯。
(3)恒定的a导致的速度变化问题
如图所示:
(利用正负功也可判断)
由图可得:
假设a的大小方向都恒定,若在某一时刻,av成一角度,在之后v的变化情况:
◆a—v同向时,v始终增大。
◆a—v成锐角时,v始终增大。
◆a—v成直角时,v始终增大。
◆a—v成钝角时,v先减小后增大。
◆a—v反向时,v减小至0后增大。
2014年08月21日 12点08分 2
level 8
魔方熊 楼主
2、直线的av关系
(1)【定性】处理直线的av关系的一般思路[注1]
◆判断a和v的方向是否相同
◆由此导出v是增大还是减小
◆由av关系,结合a的方向导出a是增大还是减小
◆若a在减小,有朝一日[注2]a会为0,之后方向改变则回到第一步继续分析,若进入平衡状态,则保持平衡状态。
注1:这个也可以类似的处理其他微分量和被微分量之间的关系,也可以推广至a—v—x的关系(如弹簧问题)的分析。
注2:下面会说关于达到平衡所需要时间的问题,这里暂时用不那么严谨的“有朝一日”代替。
(2)【定量】处理直线的av关系的一般思路
◆在不涉及时间的问题中,只需要把已知量和av建立联系是不难求解的
◆由约束关系得到a与v的表达式
◆将a写成dv/dt,解微分方程可得v-t关系式。
注:高中物理和高中数学不讲微分方程,读者若无法理解可以跳过这一段,后面在使用时只需要看看结论即可。
2014年08月21日 13点08分 3
level 8
魔方熊 楼主
3、和速度成正比的阻力问题
(2)合外力为阻力,有初速度
即ma=-kv,规定速度方向为正方向
【定性分析】
◆初态:
v正方向,a反方向,v减少;
◆一开始:
v减少,a减小。
◆最终:
v=0,a=0,物体停下来
◆结论:物体作加速度减小的减速运动。
【定量计算】
①求v—t关系
(展示过程,若不知道微分方程的同学可以跳过)
图像:
同样的,也有和上例类似的结论,这里不做赘述
②v-x关系
利用最终停下来,可以求得最大位移。
2014年08月21日 14点08分 7
level 8
魔方熊 楼主
4、汽车恒定功率启动问题
即ma=F-f,P=Fv,假设牵引力F为正方向
【定性分析】
◆初态:
一开始速度为0,加速度等于F/m,速度一开始向正方向增加。
◆一开始:
速度向正方向,加速度正方向,所以速度增加;
速度增加,又ma=P/v-f,所以a在减小;
◆最终:
a=0,v不变,最终进入平衡状态。
◆结论:物体作加速度减小的加速运动,直至平衡状态速度保持不变。
【定量计算】
图像:
由于函数过于复杂,求v关于t的函数难求,仅仅画出t关于v的函数。
2014年08月21日 14点08分 8
level 8
魔方熊 楼主
5、总结
◆定性分析的一般思路:
先判断av方向是否相同,再看v如何变化,再通过av关系判断a的变化,如果在减小,最终会达到平衡状态或反方向运动。
◆定量分析带来的结论:
不能对不平衡状态到平衡状态列动能定理或动量定理方程。
【由于才学疏浅,时间仓促,多有纰漏,还望指正】
————————————结束————————————
2014年08月21日 14点08分 9
level 13
好东西。。。不过。。可惜两个月前已经有人发过了。。。。。唔。。。好像是科普季的第三名。。
2014年08月21日 14点08分 10
[乖]
2014年08月21日 14点08分
真的吗?我想拜读一下……
2014年08月21日 15点08分
回复 魔方熊 : 好吧确实有点类似,但是我这个不是科普,是针对高考的啊……
2014年08月21日 15点08分
level 10
[滑稽]精彩的资源[花心]
2014年08月21日 15点08分 11
level 12

2014年08月21日 15点08分 12
level 14
顶顶
2014年08月21日 15点08分 13
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