题目
如图所示,飞机着陆时为尽快停止采用降落伞制动.刚着陆即 t=0 时速度为v0-|||-且坐标为 x=0 假设其加速度为 _(x)=-(b{v)_(x)}^2 ,b= 常量.求飞机速度随时间的变化vx(t).

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查变加速度运动中微分方程的建立与求解,涉及可分离变量的微分方程解法。
解题核心思路:
- 建立微分方程:根据加速度定义 $a_x = \dfrac{dv_x}{dt}$,结合题目给出的加速度表达式 $a_x = -b v_x^2$,得到微分方程 $\dfrac{dv_x}{dt} = -b v_x^2$。
- 分离变量积分:将变量分离后分别对 $v_x$ 和 $t$ 积分,得到速度与时间的关系式。
- 应用初始条件:利用 $t=0$ 时 $v_x = v_0$ 确定积分常数,最终得到速度随时间的变化表达式。
破题关键点:
- 正确分离变量,将微分方程转化为可积分的形式。
- 注意积分常数的确定,代入初始条件时需仔细计算。
步骤1:建立微分方程
根据加速度定义和题目条件,有:
$\frac{dv_x}{dt} = -b v_x^2$
步骤2:分离变量并积分
将方程改写为:
$\frac{dv_x}{v_x^2} = -b dt$
对两边分别积分:
$\int \frac{1}{v_x^2} dv_x = -b \int dt$
计算得:
$-\frac{1}{v_x} = -b t + C$
整理为:
$\frac{1}{v_x} = b t + C$
步骤3:应用初始条件确定常数
当 $t=0$ 时,$v_x = v_0$,代入得:
$\frac{1}{v_0} = C$
因此方程变为:
$\frac{1}{v_x} = b t + \frac{1}{v_0}$
步骤4:求解速度表达式
取倒数得:
$v_x = \frac{1}{b t + \frac{1}{v_0}} = \frac{v_0}{1 + b v_0 t}$