题目
沿直线运动的物体,其速度大小与时间成反比,则其加速度的大小与速度大小的关系是( )A. 与速度大小成正比B. 与速度大小平方成正比C. 与速度大小成反比D. 与速度大小平方成反比
沿直线运动的物体,其速度大小与时间成反比,则其加速度的大小与速度大小的关系是( )
A. 与速度大小成正比
B. 与速度大小平方成正比
C. 与速度大小成反比
D. 与速度大小平方成反比
题目解答
答案
B. 与速度大小平方成正比
解析
考查要点:本题主要考查速度与时间的反比例关系下,加速度与速度之间的关系推导,涉及导数的基本应用和比例关系的转换。
解题核心思路:
- 建立速度与时间的关系式:根据题意,速度大小与时间成反比,即$v = \frac{k}{t}$($k$为常数)。
- 求导得到加速度:加速度$a = \frac{dv}{dt}$,通过求导可得$a$与$t$的关系。
- 消去时间变量:将时间$t$用速度$v$表示,代入加速度表达式,最终得到$a$与$v$的关系。
破题关键点:
- 正确处理反比例关系:明确速度与时间的反比例关系,写出表达式。
- 导数运算:对速度关于时间求导得到加速度。
- 变量替换:通过$v = \frac{k}{t}$消去时间$t$,将$a$表示为$v$的函数。
步骤1:建立速度与时间的关系
根据题意,速度大小$v$与时间$t$成反比,可写为:
$v = \frac{k}{t} \quad (k \text{为常数})$
步骤2:求导得到加速度
加速度$a$是速度对时间的导数:
$a = \frac{dv}{dt} = \frac{d}{dt} \left( \frac{k}{t} \right) = -\frac{k}{t^2}$
由于题目问的是加速度的大小,故取绝对值:
$|a| = \frac{k}{t^2}$
步骤3:消去时间变量$t$
由$v = \frac{k}{t}$可得:
$t = \frac{k}{v}$
将$t$代入加速度表达式:
$|a| = \frac{k}{\left( \frac{k}{v} \right)^2} = \frac{k \cdot v^2}{k^2} = \frac{v^2}{k}$
由此可知,加速度的大小与速度的平方成正比。