题目
14.一质点沿x轴运动,其加速度为 =4t(SI), 已知 t=0 时,质点位于 _(0)=10m 处,初-|||-速度 _(0)=0 试求其位置和时间的关系式。

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查变加速直线运动中,通过积分法由加速度求解位置与时间关系的能力。
解题核心思路:
- 加速度与速度的关系:加速度是速度对时间的导数,因此速度是加速度对时间的积分。
- 速度与位置的关系:速度是位置对时间的导数,因此位置是速度对时间的积分。
破题关键点:
- 两次积分:先对加速度积分求速度,再对速度积分求位置。
- 初始条件的应用:利用初速度和初始位置确定积分常数。
步骤1:求速度表达式
已知加速度 $a = 4t$,根据加速度与速度的关系:
$a = \frac{\mathrm{d}v}{\mathrm{d}t} \implies v(t) = \int a \, \mathrm{d}t = \int 4t \, \mathrm{d}t = 2t^2 + C$
代入初始条件 $t=0$ 时 $v_0=0$,得 $C=0$,因此:
$v(t) = 2t^2$
步骤2:求位置表达式
根据速度与位置的关系:
$v = \frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t} \implies x(t) = \int v \, \mathrm{d}t = \int 2t^2 \, \mathrm{d}t = \frac{2}{3}t^3 + D$
代入初始条件 $t=0$ 时 $x_0=10$,得 $D=10$,因此:
$x(t) = \frac{2}{3}t^3 + 10$