题目
一质点的运动方程为 vec(r) = 2vec(i) + (4t^2 - 8)vec(j) (SI)。求:(1) 质点的轨迹方程,并画出轨迹曲线;(2) 质点在 t=1 (s) 到 t=2 (s) 时间内的位移;(3) 质点的速度表达式以及在 t=1 (s) 时速度的大小和方向;(4) 质点的加速度表达式以及在 t=1 (s) 时加速度的大小和方向。
一质点的运动方程为 $\vec{r} = 2\vec{i} + (4t^2 - 8)\vec{j}$ (SI)。求:
(1) 质点的轨迹方程,并画出轨迹曲线;
(2) 质点在 $t=1\ \text{s}$ 到 $t=2\ \text{s}$ 时间内的位移;
(3) 质点的速度表达式以及在 $t=1\ \text{s}$ 时速度的大小和方向;
(4) 质点的加速度表达式以及在 $t=1\ \text{s}$ 时加速度的大小和方向。
题目解答
答案
1. 根据 $ x = 2t $ 和 $ y = 4t^2 - 8 $,消去 $ t $ 得轨迹方程:
\[
y = x^2 - 8
\]
轨迹为开口向上的抛物线,顶点在 $ (0, -8) $。
2. $ t = 1 $ s 到 $ t = 2 $ s 的位移:
\[
\Delta \mathbf{r} = 2 \mathbf{i} + 12 \mathbf{j}, \quad |\Delta \mathbf{r}| = 2\sqrt{37} \, \text{m}, \quad \theta = \arctan 6
\]
3. 速度表达式:
\[
\mathbf{v} = 2 \mathbf{i} + 8t \mathbf{j}
\]
当 $ t = 1 $ s 时:
\[
v = 2\sqrt{17} \, \text{m/s}, \quad \alpha = \arctan 4
\]
4. 加速度表达式:
\[
\mathbf{a} = 8 \mathbf{j} \, \text{m/s}^2
\]
当 $ t = 1 $ s 时:
\[
a = 8 \, \text{m/s}^2, \quad \text{方向沿 } y \text{ 轴正方向}
\]