题目
一运动质点在某瞬时位于位矢 r(x,y) 的端点处,对其速度的大小有四种意见,即(1) dfrac(dr)(dt);(2) dfrac(d|r|)(dt);(3) dfrac(ds)(dt);(4) sqrt((dfrac(dx){dt))^2+(dfrac(dy)(dt))^2}。下述判断正确的是( )A. 只有(3)(4)正确B. 只有(2)正确C. 只有(2)(3)正确D. 只有(1)(2)正确
一运动质点在某瞬时位于位矢 $r(x,y)$ 的端点处,对其速度的大小有四种意见,即(1) $\dfrac{dr}{dt}$;(2) $\dfrac{d|r|}{dt}$;(3) $\dfrac{ds}{dt}$;(4) $\sqrt{\left(\dfrac{dx}{dt}\right)^2+\left(\dfrac{dy}{dt}\right)^2}$。下述判断正确的是( )
A. 只有(3)(4)正确
B. 只有(2)正确
C. 只有(2)(3)正确
D. 只有(1)(2)正确
题目解答
答案
A. 只有(3)(4)正确
解析
本题考查质点速度大小(速率)的概念及相关物理量的区别。解题的关键在于理解位矢、位矢大小、路程等物理量的含义,以及它们对时间的变化率与速度大小的关系。
对各选项的分析
- 分析选项(1) $\frac{dr}{dt}$:
- 位矢 $\vec{r}$ 是一个矢量,它既有大小又有方向。$\frac{d\vec{r}}{dt}$ 表示位矢 $\vec{r}$ 对时间的变化率,根据速度的定义,速度是位矢对时间的一阶导数,所以 $\frac{d\vec{r}}{dt}$ 是速度矢量,而不是速度的大小(速率)。例如,当质点做曲线运动时,位矢的变化不仅包括大小的变化,还包括方向的变化,$\frac{d\vec{r}}{dt}$ 包含了这两个方面的信息,是一个矢量,故选项(1)错误。
- 分析选项(2) $\frac{d|\vec{r}|}{dt}$:
- $|\vec{r}|$ 表示位矢 $\vec{r}$ 的大小,也就是质点到坐标原点的距离。$\frac{d|\vec{r}|}{dt}$ 表示质点到原点距离的变化率,它只反映了质点沿径向的运动情况,即径向速度。而质点的实际运动可能是在平面内的曲线运动,除了径向运动外,还有切向运动,所以 $\frac{d|\vec{r}|}{dt}$ 不能表示质点的总速度大小,故选项(2)错误。
- 分析选项(3) $\frac{ds}{dt}$:
- $s$ 表示质点运动的路程,路程是质点运动轨迹的长度。根据速率的定义,速率是路程对时间的变化率,即 $\frac{ds}{dt}$,它准确地描述了质点运动的快慢,也就是速度的大小,故选项(3)正确。
- 分析选项(4) $\sqrt{\left(\frac{dx}{dt}\right)^2+\left(\frac{dy}{dt}\right)^2}$:
- 已知位矢 $\vec{r}=x\vec{i} + y\vec{j}$(其中 $\vec{i}$ 和 $\vec{j}$ 分别是 $x$ 轴和 $y$ 轴的单位矢量),对其求导可得速度矢量 $\vec{v}=\frac{d\vec{r}}{dt}=\frac{dx}{dt}\vec{i}+\frac{dy}{dt}\vec{j}$。
- 根据矢量模长的计算公式,速度矢量 $\vec{v}$ 的大小(即速率)为 $|\vec{v}|=\sqrt{v_x^2 + v_y^2}$,其中 $v_x=\frac{dx}{dt}$,$v_y=\frac{dy}{dt}$,所以 $|\vec{v}|=\sqrt{\left(\frac{dx}{dt}\right)^2+\left(\frac{dy}{dt}\right)^2}$,它直接表示了速度的大小,故选项(4)正确。