题目
一个人自原点出发,25s内向东走30m,又10s内向南走10m,再15s内向正西北走18m。求在这50s内,(1) 平均速度的大小和方向;(2) 平均速率的大小。
一个人自原点出发,25s内向东走30m,又10s内向南走10m,再15s内向正西北走18m。求在这50s内,
(1) 平均速度的大小和方向;
(2) 平均速率的大小。
题目解答
答案
解:建立如图坐标系。
(1) 50s内人的位移为


平均速度的大小为 
与x轴的夹角为 
(2) 50s内人走的路程为s = 30 + 10 + 18 = 58 (m),
所以平均速率为
解析
步骤 1:计算位移
首先,我们需要计算出在50秒内人的总位移。根据题目,人先向东走了30米,然后向南走了10米,最后向正西北走了18米。正西北方向意味着向西和向北各走了一半的距离,即18米的cos45°和sin45°分量。因此,位移可以表示为:
$\Delta \overrightarrow {r}=\overrightarrow {OA}+\overrightarrow {AB}+\overrightarrow {BC}$
$=30\overrightarrow {i}-10\overrightarrow {j}+18\cos {45}^{\circ }(-i+j)$
$=30\overrightarrow {i}-10\overrightarrow {j}+18\cdot \dfrac {\sqrt {2}}{2}(-i+j)$
$=30\overrightarrow {i}-10\overrightarrow {j}-9\sqrt {2}\overrightarrow {i}+9\sqrt {2}\overrightarrow {j}$
$=(30-9\sqrt {2})\overrightarrow {i}+(-10+9\sqrt {2})\overrightarrow {j}$
步骤 2:计算平均速度
平均速度是总位移除以总时间。总时间为50秒,总位移为$(30-9\sqrt {2})\overrightarrow {i}+(-10+9\sqrt {2})\overrightarrow {j}$。因此,平均速度的大小为:
$\overline {v}_{1}=\dfrac {\Delta \overline {x}}{\Delta t}=\dfrac {\sqrt {{(30-9\sqrt {2})}^{2}+{(-10+9\sqrt {2})}^{2}}}{50}$
步骤 3:计算平均速率
平均速率是总路程除以总时间。总路程为30米+10米+18米=58米,总时间为50秒。因此,平均速率为:
$\overline {v}=\dfrac {s}{\Delta t}=\dfrac {58}{50}$
首先,我们需要计算出在50秒内人的总位移。根据题目,人先向东走了30米,然后向南走了10米,最后向正西北走了18米。正西北方向意味着向西和向北各走了一半的距离,即18米的cos45°和sin45°分量。因此,位移可以表示为:
$\Delta \overrightarrow {r}=\overrightarrow {OA}+\overrightarrow {AB}+\overrightarrow {BC}$
$=30\overrightarrow {i}-10\overrightarrow {j}+18\cos {45}^{\circ }(-i+j)$
$=30\overrightarrow {i}-10\overrightarrow {j}+18\cdot \dfrac {\sqrt {2}}{2}(-i+j)$
$=30\overrightarrow {i}-10\overrightarrow {j}-9\sqrt {2}\overrightarrow {i}+9\sqrt {2}\overrightarrow {j}$
$=(30-9\sqrt {2})\overrightarrow {i}+(-10+9\sqrt {2})\overrightarrow {j}$
步骤 2:计算平均速度
平均速度是总位移除以总时间。总时间为50秒,总位移为$(30-9\sqrt {2})\overrightarrow {i}+(-10+9\sqrt {2})\overrightarrow {j}$。因此,平均速度的大小为:
$\overline {v}_{1}=\dfrac {\Delta \overline {x}}{\Delta t}=\dfrac {\sqrt {{(30-9\sqrt {2})}^{2}+{(-10+9\sqrt {2})}^{2}}}{50}$
步骤 3:计算平均速率
平均速率是总路程除以总时间。总路程为30米+10米+18米=58米,总时间为50秒。因此,平均速率为:
$\overline {v}=\dfrac {s}{\Delta t}=\dfrac {58}{50}$