题目
质点沿x轴运动其加速度随时间变化的关系为a=3+2t,初始时质点的速度(v)_(0)=5mcdot (s)^-1,则t=3s时质点的速度为( )A.23m/sB.24m/sC.25m/sD.26m/s
质点沿x轴运动其加速度随时间变化的关系为$a=3+2t$,初始时质点的速度${v}_{0}=5mcdot {s}^{-1}$,则$t=3s$时质点的速度为( )
A.$23m/s$
B.$24m/s$
C.$25m/s$
D.$26m/s$
题目解答
答案

解析
本题考查加速度与速度的关系,解题思路是通过加速度随时间变化的关系,利用积分求出速度随时间的变化关系,进而求得$t = 3s$时质点的速度。
- 步骤一:根据加速度与速度的关系列出积分式
加速度$a$是速度$v$对时间$t$的导数,即$a = \frac{dv}{dt}$,变形可得$dv = a\cdot dt$。
已知加速度随时间变化的关系为$a = 3 + 2t$,那么$dv = (3 + 2t)dt$。 - 步骤二:对等式两边进行积分
对$dv = (3 + 2t)dt$两边同时积分,积分下限为初始时刻$t_0 = 0$,此时速度$v_0 = 5m/s$;积分上限为$t$时刻,此时速度为$v$。
$\int_{v_0}^{v}dv = \int_{0}^{t}(3 + 2t)dt$
根据积分运算法则$\int(3 + 2t)dt = \int 3dt + \int 2tdt = 3t + t^2 + C$($C$为常数),则有:
$v - v_0 = 3t + t^2\big|_{0}^{t} = 3t + t^2 - (3\times0 + 0^2) = 3t + t^2$ - 步骤三:求出速度$v$随时间$t$的变化关系
将$v_0 = 5m/s$代入上式,可得$v = v_0 + 3t + t^2 = 5 + 3t + t^2$。 - 步骤四:计算$t = 3s$时质点的速度
将$t = 3s$代入$v = 5 + 3t + t^2$,可得:
$v = 5 + 3\times3 + 3^2 = 5 + 9 + 9 = 23m/s$