高中物理 勻變速直線運動的研究——勻變速直線運動中點位移的速度

前面講了勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度,即。
今天來講一下勻變速直線運動中點位移的瞬時速度,即。
一個物體從A 點做勻變速直線運動到B點,M為這段位移的中點,試著用AB兩點的速度表示M點的速度。

由于從A到M和從M到B的位移x 和加速度a 都是相同的, 所以利用公式計算。
有,
聯(lián)立兩式得
如果A點速度為初速度,B點速度為末速度
,M點速度為中點速度
,那么有
,這就是勻變速直線運動中點位移瞬時速度的計算公式,也是勻變速直線運動七大推論之一。
再來看一個問題,中間時刻瞬時速度和中點位移瞬時速度
的大小關(guān)系是怎樣的?
最簡單的方法是用特殊值法或者平方后作差的方法來進行比較,但這是數(shù)學的方法,來看一下物理的方法,利用v-t圖像來比較。
如圖,物體做勻加速直線運動的圖像是一條傾斜的直線,中間時刻瞬時速度很好找到,它將位移分為兩個面積不相等的部分,因為物體在加速,所以后一部分的面積大,為了找到中點位移瞬時速度,就要將梯形的中位線向右側(cè)移動,使得左右兩邊的面積一樣大,這樣就能發(fā)現(xiàn)中點位移瞬時速度大于中間時刻瞬時速度。

如果換成勻減速直線運動,中間時刻瞬時速度左右兩側(cè)的面積依然不一樣大,為了找到中點位移瞬時速度,就要將梯形中位線向左側(cè)移動,可以發(fā)現(xiàn)中點位移瞬時速度還是大于中間時刻瞬時速度。
這樣我們得出結(jié)論,在勻變速直線運動中,中點位移瞬時速度始終大于中間時刻瞬時速度。
實際在數(shù)學課中學習過幾個平均值,分別是平方平均值(均方根),算術(shù)平均值
,幾何平均值
,調(diào)和平均值
。在a>0,b>0時,有
,當且僅當a=b 時,四個平均值相等。
通過觀察能夠發(fā)現(xiàn)中間時刻瞬時速度剛好是初末速度的算術(shù)平均值,而中點位移瞬時速度是初末速度的平方平均值,根據(jù)平方平均值大于算數(shù)平均值的結(jié)論,在勻變速直線運動中有。
總結(jié)
勻變速直線運動中,中點位移瞬時速度始終大于中間時刻瞬時速度。