题目
已知质点的运动方程为r=2ti+(19-2t2)j,式中r以m计,t以s计,试求:(1)轨道方程;-|||-(2) t=2 秒时质点的位置、速度以及加速度;-|||-(3)什么时候位矢恰好与速度矢量垂直?
已知质点的运动方程为r=2ti+(19-2t2)j,式中r以m计,t以s计,试求:

题目解答
答案



解析
本题考查质点运动方程相关知识,解题思路如下:
- 求轨道方程:通过消去参数 $t$ 来得到 $x$ 和 $y$ 的关系式。
- 求 $t = 2$ 秒时质点的位置、速度以及加速度:
- 位置:将 $t = 2$ 代入运动方程 $r$ 中。
- 速度:对运动方程 $r$ 求导得到速度方程 $v$,再将 $t = 2$ 代入速度方程 $v$ 中。
- 加速度:对速度方程 $v$ 求导得到加速度方程 $a$,再将 $t = 2$ 代入加速度方程 $a$ 中。
- 求位矢恰好与速度矢量垂直的时间:根据向量垂直的性质,两向量点积为 $0$,即 $r\cdot v = 0$,解这个方程得到 $t$ 的值。
下面进行详细计算:
- 求轨道方程:
已知 $x = 2t$,则 $t=\frac{x}{2}$。
又已知 $y = 19 - 2t^{2}$,将 $t=\frac{x}{2}$ 代入 $y = 19 - 2t^{2}$ 中,可得:
$y = 19 - 2\times(\frac{x}{2})^{2}=19 - \frac{1}{2}x^{2}$。
2.. 求 $t = 2$ 秒时质点的位置、速度以及加速度:- 位置:
将 $t = 2$ 代入运动方程 $r = 2t\vec{i}+(19 - 2t^{2})vec{j}$ 中,可得:
$r = 2\times2vec{i}+(19 - 2\times2^{2})vec{j}=4vec{i}+11vec{j}$($m$)。 - 速度:
对运动方程 $r = 2tvec{i}+(19 - 2t^{2)vec{j}$ 求导,根据求导公式 $(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$,可得速度方程 $v=\frac{dvec{r}}{dt}=2vec{i}-4tvec{j}$。
将 $t = 2$ 代入速度方程 $v$ 中,可得:
$v = 2vec{i}-4\times2vec{j}=2vec{i}-8vec{j}$(\m\cdot s^{-1}))。 - 加速度:
对速度方程 $v = 2vec{i}-4tvec{j}$ 求导,可得加速度方程 $a=\frac{dvec{v}}{dt}=-4vec{j}$(\m\cdot s^{-2}))。
- 位置:
- 求位矢恰好与速度矢量垂直的时间:
已知 $r = 2tvec{i}+(19 - 2t^{2})vec{j}$,$v = = 2vec{i}-4tvec{j}$,则 $r\cdot v=[2tvec{i}+(19 - 2t^{2})vec{j}]\cdot(2vec{i}-4tvec{j})$
$=4t-4t(19 - 2t^{2}=4t(2t^{2}-18)=8t(t + 3)(t - 3)=0$。
解方程 $8t(t + 3)(t - 3)=0$,可得 $t_1 = 0$ s),$t_2 = 3) s$。