分析 根据加速度的定义可知,在直线运动中v-t曲线的斜率为加速度的大小(图中AB、CD 段斜率为定值,即匀变速直线运动；而线段BC 的斜率为0,加速度为零,即匀速直线运动)．加速度为恒量,在a-t 图上是平行于t 轴的直
线,由v-t 图中求出各段的斜率,即可作出a-t 图线．又由速度的定义可知,x-t 曲线的斜率为速度的大小．因此,匀速直线运动所对应的x -t 图应是一直线,而匀变速直线运动所对应的x–t 图为t 的二次曲线．根据各段时间内的运动方程x＝x(t),求出不同时刻t 的位置x,采用描数据点的方法,可作出x-t 图．
解 将曲线分为AB、BC、CD 三个过程,它们对应的加速度值分别为
aAB?vB?vA?20m?s?2 (匀加速直线运动)
tB?tAaBC?0 (匀速直线运动)
aCD?vD?vC??10m?s?2 (匀减速直线运动)
tD?tC根据上述结果即可作出质点的a-t 图［图(B)］．
在匀变速直线运动中,有
1x?x?v0t?t2
2由此,可计算在0～2ｓ和4～6ｓ时间间隔内各时刻的位置分别为
用描数据点的作图方法,由表中数据可作0～2ｓ和4～6ｓ时间内的x -t 图．在2～4ｓ时间内, 质点是作v?20m?s的匀速直线运动, 其x -t 图是斜率k＝20的一段直线［图(c)］．
1 -8 已知质点的运动方程为r?2ti?(2?t)j,式中r 的单位为m,t 的单位为ｓ．求：
(1) 质点的运动轨迹；
(2) t ＝0 及t ＝2ｓ时,质点的位矢；
(3) 由t ＝0 到t ＝2ｓ内质点的位移Δr 和径向增量Δr；
*
2?1(4) 2 ｓ 内质点所走过的路程s．
分析 质点的轨迹方程为y ＝f(x),可由运动方程的两个分量式x(t)和y(t)中消去t 即可得到．对于r、Δr、Δr、Δs 来说,物理含义不同,可根据其定义计算．其中对s的求解用到积分方法,先在轨迹上任取一段微元ds,则
ds?(dx)2?(dy)2,最后用s??ds积分求ｓ．
解 (1) 由x(t)和y(t)中消去t 后得质点轨迹方程为
1y?2?x2
4这是一个抛物线方程,轨迹如图(a)所示．
(2) 将t ＝0ｓ和t ＝2ｓ分别代入运动方程,可得相应位矢分别为
r0?2j , r2?4i?2j
图(a)中的P、Q 两点,即为t ＝0ｓ和t ＝2ｓ时质点所在位置． (3) 由位移表达式,得
Δr?r2?r1?(x2?x0)i?(y2?y0)j?4i?2j
其中位移大小Δr?(Δx)2?(Δy)2?5.66m
2222x2?y2?x0?y0?2.47m
而径向增量Δr?Δr?r2?r0?*(4) 如图(B)所示,所求Δs 即为图中PQ段长度,先在其间任意处取AB 微元ds,则ds?内路程为
1(dx)2?(dy)2,由轨道方程可得dy??xdx,代入ds,则2ｓ
2s??ds??PQ404?x2dx?5.91m
1 -9 质点的运动方程为
x??10t?30t2 y?15t?20t2
式中x,y 的单位为m,t 的单位为ｓ．
试求：(1) 初速度的大小和方向；(2) 加速度的大小和方向． 分析 由运动方程的分量式可分别求出速度、加速度的分量,再由运动
合成算出速度和加速度的大小和方向．
解 (1) 速度的分量式为
vx?dx??10?60t dtdyvy??15?40t
dt22当t ＝0 时, vox ＝-10 m·ｓ-1 , voy ＝15 m·ｓ-1 ,则初速度大小为
v0?v0x?v0y?18.0m?s?1
设vo与x 轴的夹角为α,则
tanα?v0yv0x3??
2α＝123°41′
(2) 加速度的分量式为
ax?dvdvx?60m?s?2 , ay?y??40m?s?2
dtdt则加速度的大小为
a?ax?ay?72.1m?s?2
设a 与x 轴的夹角为β,则
22tanβ?ay2?? ax3β＝-33°41′(或326°19′)
1 -10 一升降机以加速度1.22 m·ｓ-2上升,当上升速度为2.44 m·ｓ-1时,有一螺丝自升降机的天花板上松脱,天花板与升降机的底面相距2.74 m．计算：(1)螺丝从天花板落到底面所需要的时间；(2)螺丝相对升降机外固定柱子的下降距离．
分析 在升降机与螺丝之间有相对运动的情况下,一种处理方法是取地面为参考系,分别讨论升降机竖直向上的匀加速度运动和初速不为零的螺丝的自由落体运动,列出这两种运动在同一坐标系中的运动方程y1 ＝y1(t)和y2 ＝y2(t),并考虑它们相遇,即位矢相同这一条件,问题即可解；另一种方法是取升降机(或螺丝)为参考系,这时,螺丝(或升降机)相对它作匀加速运动,但是,此
加速度应该是相对加速度．升降机厢的高度就是螺丝(或升降机)运动的路程．
解1 (1) 以地面为参考系,取如图所示的坐标系,升降机与螺丝的运动方程分别为
1y1?v0t?at2
21y2?h?v0t?gt2
2当螺丝落至底面时,有y1 ＝y2 ,即
11v0t?at2?h?v0t?gt2
22t?2h?0.705s g?a (2) 螺丝相对升降机外固定柱子下降的距离为
1d?h?y2??v0t?gt2?0.716m
2解2 (1)以升降机为参考系,此时,螺丝相对它的加速度大小a′＝g ＋a,螺丝落至底面时,有
10?h?(g?a)t2
2t?2h?0.705s g?a(2) 由于升降机在t 时间内上升的高度为
1h??v0t?at2
2则 d?h?h??0.716m