题目
一质点在力F=3m(3-2t)(SI)作用下,从静止(t=0)开始作直线运动,式中m为质点的质量,t为时间,则当t为2s时,质点速度为A. 10m/sB. 20m/sC. 6m/sD. 15m/s
一质点在力F=3m(3-2t)(SI)作用下,从静止(t=0)开始作直线运动,式中m为质点的质量,t为时间,则当t为2s时,质点速度为
A. 10m/s
B. 20m/s
C. 6m/s
D. 15m/s
题目解答
答案
C. 6m/s
解析
考查要点:本题主要考查变力作用下质点运动的处理方法,涉及牛顿第二定律、加速度与速度的关系,以及积分运算的应用。
解题核心思路:
- 利用牛顿第二定律将力的表达式转化为加速度表达式;
- 通过积分加速度得到速度,并结合初始条件确定积分常数;
- 代入时间t=2s计算最终速度。
破题关键点:
- 正确处理变力与加速度的关系,注意单位一致性;
- 积分运算的准确性,尤其是多项式函数的积分规则;
- 初始条件的应用(t=0时速度为0)。
步骤1:求加速度表达式
根据牛顿第二定律 $F = ma$,可得加速度:
$a = \frac{F}{m} = \frac{3m(3-2t)}{m} = 3(3-2t) \, \text{m/s}^2$
步骤2:积分加速度求速度
速度是加速度对时间的积分:
$v(t) = \int a(t) \, dt = \int 3(3-2t) \, dt$
展开积分:
$\begin{aligned}v(t) &= 3 \int 3 \, dt - 3 \int 2t \, dt \\&= 3 \cdot 3t - 3 \cdot t^2 + C \\&= 9t - 3t^2 + C\end{aligned}$
初始条件:当 $t=0$ 时,$v=0$,代入得 $C=0$,因此:
$v(t) = 9t - 3t^2$
步骤3:代入时间t=2s
$v(2) = 9 \cdot 2 - 3 \cdot (2)^2 = 18 - 12 = 6 \, \text{m/s}$