匀变速直线运动公式也适用于匀变速曲线运动?

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本文转自“恩谱谈物理”公众号

一、匀变速运动的定义

加速度保持不变的运动,叫做匀变速运动,有匀变速直线运动和匀变速曲线运动两类,抛体运动(物体仅受重力作用)、类抛体运动(物体受到恒力作用)就是匀变速运动。

例如,平抛物体的运动就是匀变速曲线运动:

二、问题的提出

初速度为v0、加速度为a的匀变速直线运动基本公式如下:

      我们知道,平抛物体的速度和位移公式,与匀变速直线运动的速度、位移公式形式是一样的:

那么,是不是匀变速直线运动剩下的三个公式也适用于平抛运动呢?或者说,匀变速直线运动公式只要加上矢量符号,按矢量运算法则进行相关运算,就可以推广到匀变速曲线运动呢?

三、问题的证明

1、匀变速运动的速度-时间公式

由加速度定义可以直接得到适用于所有匀变速运动的速度公式:

2、匀变速运动的位移-时间公式

初速度为v0、加速度为a的匀变速运动,可以分解为沿初速度v0方向的匀速直线运动和沿加速度a方向的初速度为零的匀加速直线运动:

由此,可以推导得出适用于所有匀变速运动的位移公式:

3、匀变速运动的平均速度公式

由平均速度定义和匀变速运动位移公式,可得匀变速运动的平均速度公式:

比如,平抛运动的中间时刻的瞬时速度就等于初速度、末速度矢量和的一半:

4、匀变速运动的速度-位移公式

​      由匀变速运动的速度公式和平均速度公式,有

若速度和速度相乘的法则是点乘(数量积),则有

前式变形时,若对速度相乘采用点乘,则也应对加速度和位移相乘采用点乘,即:

比如,平抛物体的末速度、初速度之间满足上述公式:

这和动能定理或机械能守恒定律计算结果可以相互印证。

5、匀变速运动的逐差公式

这个公式的推导,只需要匀变速运动的位移公式即可:

比如,平抛运动中相邻相等时间间隔内位移之差满足上述公式:

四、结论的应用

      【例1】本题收录于陈恩谱老师《物理原来可以这样学》一书

      【例2】2022年全国甲卷

[解析]如下图


高中物理知识点总结