瞬时速度

平均速度告诉我们在给定的时间间隔内物体移动得有多快,但它并没有告诉我们物体在某一特定瞬间移动得有多快。瞬时速度通过定义特定时刻的运动速率解决了这个问题。

> 瞬时速度给出了物体在给定时间间隔内特定时刻的速度。它的国际单位制(SI)单位也是 m/s。此外,瞬时速度的大小就是瞬时速率。它与瞬时速度具有相同的值,但缺乏方向。

  • 对于做匀速运动的物体,其瞬时速度和平均速度总是相等的。
  • 位移-时间图 (x-t 图) 上任意一点 切线的斜率,给出了瞬时速度。

> 为了确定特定物体在任何给定时间的瞬时速度,我们使用瞬时速度公式。如下所示:

>

> \boxed{Instantaneous\ Velocity=\lim_{\Delta t\rightarrow 0}\frac{\Delta x}{\Delta t}=\frac{dx}{dt}}

>

> 其中,

>

> – Δt = 极短的时间间隔,

> – x = 位移,

> – t = 时间。

!420047003时间 t1 时的瞬时速度和时间 t1 与 t2 之间的平均速度

已解例题:

问题 1:简要解释瞬时速度公式的概念。

> 瞬时速度定义为位置在极短时间间隔内的变化率。除了没有方向之外,瞬时速度与瞬时速率相当。因此,瞬时速度被定义为运动物体在某一时间点的速度。

>

> 指示汽车每小时速度的速度计指针是变化的。这种变化以及汽车在给定持续时间内的方向,就是瞬时速度所指的内容。

问题 2: 已知函数 x = 9t^2 + t + 7,给定物体沿直线运动时间 (t) = 3s。计算当前的瞬时速度。

> 瞬时 速度 = \frac{dx}{dt}

>

> 瞬时 速度 = \frac{d(9t^2 + t + 7)}{dt}

>

> ∴ 瞬时速度 = 18t + 1

>

> t = 3s ⇢ (已知)

>

> V(t) = 18t + 1

>

> ∴ V(3) = 18(3) + 1

>

> ∴ V(3) = 55 m/s

问题 3:当给定粒子的位置为 x(t) = 6t + 0.1t^2 m 且 t= 3.8s 时,计算瞬时速度。

> 瞬时 速度= \frac{dx}{dt}

>

> 瞬时 速度 = \frac{d(6t + 0.1t^2)}{dt}

>

> ∴ 瞬时速度 = 0.2t + 6

>

> t = 3.8s, V(t) = 0.2t + 6 = 0.2(3.8) + 6

>

> ∴ V(3.8) = 6.76 m/s

问题 4:S(t) = 2t^3 + 9t 是沿直线路径运动的子弹的运动方程,它在飞行 15 秒后撞击。计算 8 秒时间框架内的瞬时速度。

> 瞬时 速度 = \frac{dx}{dt}

>

> 瞬时 速度 = \frac{d(2t^3 + 9t)}{dt}

>

> ∴ 瞬时 速度 = \frac{d(6t^2 + 9)}{dt}

>

> t = 8s ⇢ (已知)

>

> S(t) = 6t2 + 9

>

> ∴ S(8) = 6(8)2 + 9

>

> ∴ S(8) = 393 m/s

问题 5:x(t) = 8t + 3t^2 m 计算物体的位置。计算 4s 和 6s 之间的平均速度以及 t = 2.0s 时的瞬时速度。

> 瞬时 速度 = \frac{dx}{dt}

>

> 瞬时 速度 = \frac{d(8t + 3t^2)}{dt}

>

> ∴ 瞬时 速度 = \frac{d(8 + 6t)}{dt}

>

> t = 2.0s ⇢ (已知)

>

> V(t) = 8 + 6t = 8 + 6(2.0)

>

> ∴ V(2.0) = 20 m/s

>

> 我们计算 4s 和 6s 之间的平均速度的 x(4s) 和 x(6s) 值:

>

> ∴ X(4) = 8(4) + 3(4)2 = 32 + 48 = 80 m

>

> ∴ X(6) = 8(6) + 3(6)2 = 48 + 108 = 156 m

>

> 最终平均速度,

>

> V = 156 – 3.5 × 0 – 4

>

> ∴ V = 152 m/s

未解问题

Q1. 物体的位移由以下公式给出: x(t) = t^3 – 6t^2 + 9t

求瞬时速度变为零的时间点。

Q2. 一个粒子沿 x 轴运动,其位置由下式给出

x(t) = t^3 – 6t^2 + 9t

(a) 求瞬时速度的时间函数。

(b) 确定粒子沿负方向运动的时间间隔。

(c) 求在 t =0 到 t=4 sec 之间行进的总距离。

Q3. 断言 (A): 即使加速度非零,瞬时速度也可以为零。
理由 (R): 加速度取决于速度的变化率,而不是速度的值。

(a) A 和 R 都是真的,R 是 A 的正确解释

(b) A 和 R 都是真的,但 R 不是 A 的正确解释

(c) A 为真但 R 为假

(d) A 为假但 R 为真

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