高一物理匀变速直线运动的位移与时间的关系

1.位移与面积的关系

匀变速直线运动v­t图像与时间轴所围成的“梯形面积”等于“位移”。

2.匀变速直线运动的位移与时间的关系式:x=v0t+1/2·at2。

(1)公式推导

如图为匀变速直线运动的v­t图像,其阴影部分的面积等于物体的位移。由梯形的面积公式知物体的位移:x=1/2·(v0+v)·t,再代入v=v0+at得:x=1/2·(v0+v0+at)·t,整理得x=v0t+1/2·at2

高一物理-匀变速直线运动的位移

值得注意的是

图线在时间轴上方,图线与时间轴所围的图形的面积为正值,表示的位移为正;图线在时间轴下方,图线与时间轴所围的图形的面积为负值,表示的位移为负;图线与时间轴有交叉,总位移为上、下面积的代数和。例如:如果一个物体的v­t图像如图所示,图线与t轴围成两个三角形,面积分别为x1和x2,此时x1<0,x2>0,则0~t2时间内该物体的总位移x=x1+x2=|x2|-|x1|,若x>0,位移为正,若x<0,位移为负。

高一物理-匀变速直线运动的位移

(2)公式特点

①公式x=v0t+1/2·at2是位移公式,而不是路程公式。利用该公式求的是位移,而不是路程,只有在单方向直线运动中,所求的位移大小才等于路程。

②矢量性:位移公式为矢量式,该公式中除t外各量均为矢量,注意其方向。x、a、v0必须选取统一的正方向,一般选取初速度的方向为正方向。若取初速度方向为正方向,其情况列表如下。

高一物理-匀变速直线运动的位移

③此公式只适用于匀变速直线运动,对非匀变速直线运动不适用。

(3)公式的特殊形式

①当a=0时,x=v0t(匀速直线运动)。

②当v0=0时,x=1/2·at2(由静止开始的匀加速直线运动)。

值得注意的是

(1)使用公式x=v0t+1/2·at2时,要注意v0、a、x是矢量。式中包含v0、a、x、t四个物理量,当其中三个量已知时,可求第四个未知量。

(2)应用公式x=v0t+1/2·at2解题的基本思路

①确定研究对象,并分析判断物体是否做匀变速直线运动。

②选择研究过程。

③分清已知量和待求量,找出与所选研究过程相对应的v0、a、t、x的值,特别要注意v0并不一定是物体运动的初速度,而是与研究过程相对应的初速度。

④规定正方向,判定各矢量的正、负,统一已知量的单位,然后代入公式。

⑤求解方程并说明,必要时对结果进行讨论。

特殊实例:刹车类问题的处理思路

实际交通工具刹车后,可认为是做匀减速直线运动,且运动过程不可逆,即当速度减小到零时,车辆就会停止。求解此类问题中位移的思路是:

(1)先求出它们从刹车到停止的刹车时间t刹=(0-v0)/a。

(2)比较所给时间与刹车时间的关系,确定运动时间,最后再利用运动学公式求解。若t>t刹,不能直接将所给时间t代入公式求解;若t<t刹,则在t时间内未停止运动,可直接将时间t代入公式求解。

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