一质点在平面上运动,已知其位置矢量的表示式为:vec(r) = at^2 vec(i) + bt^2 vec(j)(其中,a, b为非零常数),则该质点做【 】A 抛物线运动B 变速直线运动C 匀速直线运动D 一般曲线运动
一质点在平面上运动,已知其位置矢量的表示式为:$\vec{r} = at^2 \vec{i} + bt^2 \vec{j}$(其中,$a$, $b$为非零常数),则该质点做【 】
A 抛物线运动
B 变速直线运动
C 匀速直线运动
D 一般曲线运动
题目解答
答案
根据题目给出的质点位置矢量表达式 $\vec{r} = at^2\vec{i} + bt^2\vec{j}$,我们可以进行如下推理分析:
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确定质点的运动轨迹:
位置矢量 $\vec{r}$ 可以分解为直角坐标系中的 $x$ 轴和 $y$ 轴分量。
由 $\vec{r} = x\vec{i} + y\vec{j}$,对比已知表达式可得质点的运动方程为:
$x = at^2$
$y = bt^2$
为了得到轨迹方程,我们需要消去时间参数 $t$。由 $x = at^2$ 可得 $t^2 = \frac{x}{a}$。
将其代入 $y$ 的表达式中,得到:
$y = b\left(\frac{x}{a}\right) = \frac{b}{a}x$
由于 $a$ 和 $b$ 均为非零常数,$\frac{b}{a}$ 也是一个常数。方程 $y = \frac{b}{a}x$ 表示一条经过坐标原点的直线。因此,该质点的运动轨迹是一条直线。 -
确定质点的速度变化情况:
质点的速度矢量 $\vec{v}$ 是位置矢量 $\vec{r}$ 对时间 $t$ 的一阶导数:
$\vec{v} = \frac{d\vec{r}}{dt} = \frac{d}{dt}(at^2\vec{i} + bt^2\vec{j}) = 2at\vec{i} + 2bt\vec{j}$
速度的大小为:
$v = |\vec{v}| = \sqrt{(2at)^2 + (2bt)^2} = 2|t|\sqrt{a^2 + b^2}$
可以看出,速度的大小随时间 $t$ 的变化而变化(不是恒定值),说明质点做的是变速运动。 -
确定质点的加速度情况(进一步验证):
质点的加速度矢量 $\vec{a}$ 是速度矢量 $\vec{v}$ 对时间 $t$ 的一阶导数(或位置矢量 $\vec{r}$ 的二阶导数):
$\vec{a} = \frac{d\vec{v}}{dt} = \frac{d}{dt}(2at\vec{i} + 2bt\vec{j}) = 2a\vec{i} + 2b\vec{j}$
加速度是一个恒定的矢量(大小和方向都不随时间改变)。
结论:
综合以上分析,质点的运动轨迹是一条直线,且其速度大小随时间变化,因此该质点做的是变速直线运动。
对比选项:
A 抛物线运动 - 错误,轨迹是直线。
B 变速直线运动 - 正确。
C 匀速直线运动 - 错误,速度大小在变化。
D 一般曲线运动 - 错误,轨迹是直线。
所以,正确答案是 B。