题目
已知一质点做直线运动,其加速度为a=4+3tm•s-2,开始运动时,x=5m,v=0,求该质点在t=10s时的速度和位置。
已知一质点做直线运动,其加速度为a=4+3tm•s-2,开始运动时,x=5m,v=0,求该质点在t=10s时的速度和位置。
题目解答
答案
解:根据加速度为a=4+3tm•s-2,做出加速度随时间变化图象如图所示:

加速度时间图象中面积表示速度可得:
在t=10s时的速度为:$v=\frac{1}{2}×(4+34)×10m/s=190m/s$
速度与时间关系为:$v=\frac{(4+4+3t)t}{2}=\frac{3{t}^{2}}{2}+4t$
由于$v=\frac{dx}{dt}=4t+\frac{3}{2}{t}^{2}$
所以$△x=2{t}^{2}+\frac{1}{2}{t}^{3}$
故当t=10s时,有:
$x-{x}_{0}=2{t}^{2}+\frac{1}{2}{t}^{3}{|}_{t=10}=200+500=700m$
则由于:x=705m
答:该质点在t=10s时的速度为190m/s,位置x=705m。

加速度时间图象中面积表示速度可得:
在t=10s时的速度为:$v=\frac{1}{2}×(4+34)×10m/s=190m/s$
速度与时间关系为:$v=\frac{(4+4+3t)t}{2}=\frac{3{t}^{2}}{2}+4t$
由于$v=\frac{dx}{dt}=4t+\frac{3}{2}{t}^{2}$
所以$△x=2{t}^{2}+\frac{1}{2}{t}^{3}$
故当t=10s时,有:
$x-{x}_{0}=2{t}^{2}+\frac{1}{2}{t}^{3}{|}_{t=10}=200+500=700m$
则由于:x=705m
答:该质点在t=10s时的速度为190m/s,位置x=705m。
解析
考查要点:本题主要考查变加速直线运动中,如何通过加速度函数求解速度和位置。需要掌握积分法的应用,以及初始条件的处理。
解题核心思路:
- 加速度→速度:对加速度函数$a(t)$进行积分,得到速度函数$v(t)$,并利用初始条件$v(0)=0$确定积分常数。
- 速度→位置:对速度函数$v(t)$再次积分,得到位置函数$x(t)$,利用初始条件$x(0)=5$确定积分常数。
- 代入时间:将$t=10\ \text{s}$代入速度和位置函数,得到最终结果。
破题关键点:
- 积分法:正确处理两次积分过程,注意积分常数的求解。
- 初始条件:两次积分后均需代入初始条件确定常数项。
1. 求速度函数$v(t)$
加速度函数为$a(t) = 4 + 3t\ \text{m/s}^2$,速度是加速度对时间的积分:
$v(t) = \int a(t)\ \text{d}t = \int (4 + 3t)\ \text{d}t = 4t + \frac{3}{2}t^2 + C$
代入初始条件$v(0) = 0$:
$0 = 4 \cdot 0 + \frac{3}{2} \cdot 0^2 + C \implies C = 0$
因此,速度函数为:
$v(t) = 4t + \frac{3}{2}t^2$
2. 求位置函数$x(t)$
位置是速度对时间的积分:
$x(t) = \int v(t)\ \text{d}t = \int \left(4t + \frac{3}{2}t^2\right)\ \text{d}t = 2t^2 + \frac{1}{6}t^3 + D$
代入初始条件$x(0) = 5$:
$5 = 2 \cdot 0^2 + \frac{1}{6} \cdot 0^3 + D \implies D = 5$
因此,位置函数为:
$x(t) = 2t^2 + \frac{1}{6}t^3 + 5$
3. 代入$t=10\ \text{s}$
- 速度:
$v(10) = 4 \cdot 10 + \frac{3}{2} \cdot 10^2 = 40 + 150 = 190\ \text{m/s}$ - 位置:
$x(10) = 2 \cdot 10^2 + \frac{1}{6} \cdot 10^3 + 5 = 200 + \frac{1000}{6} + 5 = 200 + 166.67 + 5 \approx 705\ \text{m}$