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第一章 导数及其应用
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1.7.2 定积分在物理中的应用
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破
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1.通过具体实例了解定积分在物理中的应用.
2.会求变速直线运动的路程、位移和变力做功问题.
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从空中自由下落的物体,在第一秒时刻恰经过电视塔顶,
在第二秒时刻物体落地,已知自由落体的运动速度为v=gt(g为
常数),
[问题] 你能求出电视塔的高度吗?
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做变速直线运动的物体所经过的路程s,等于其速度函数v
=v(t)(v(t)≥0)在时间区间[a,b]上的定积分,即s=_______.
变速直线运动的路程
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变力作功
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利用定积分求变速直线运动的路程与求变力所做功的区别
利用定积分求变速直线运动的路程,其积分变量是时间,
被积函数是速度对时间的函数;
利用定积分求变力所做的功,其积分变量是位移,被积函
数是力对位移的函数.
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2.做直线运动的质点在任意位置x处,所受的力F(x)=1+
ex,则质点沿着与F(x)相同的方向,从点x1=0处运动到点x2=1
处,力F(x)所做的功是( )
A.1+e B.e
C. D.e-1
答案: B
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3.如果用1 N的力能拉长弹簧1 cm,那么为了将弹簧拉长
6 cm需作功________J.
答案: 0.18
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4.一动点P从原点出发,沿x轴运动,其速度v(t)=2-t(速
度的正方向与x轴的正方向一致),求t=3时,动点P离开原点的
路程.
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• 合作探究 课堂互
动
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求变速直线运动的路程、位移
有一动点P沿x轴运动,在时间t的速度为v(t)=8t
-2t2(速度的正方向与x轴正方向一致).求:
(1)P从原点出发,当t=3时,离开原点的路程;
(2)当t=5时,P点的位置;
(3)从t=0到t=5时,点P经过的路程;
(4)P从原点出发,经过时间t后又返回原点时的t值.
[思路点拨] 首先要确定的是所要求的是路程还是位移,
然后用相应的方法求解.
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用定积分求变速直线运动的路程:
(1)把物理问题转化为数学问题是关键:积分变量是时间,
被积函数是速度对时间的函数,积分区间是运动的起止时间
点.
(2)路程是位移的绝对值之和,在求路程时,要注意先判断
速度在时间段内是否恒正,否则,要分段求解.
特别提醒:忽视速度的正负判断,是导致此类问题出错的
主要原因.
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1.A,B两站相距7.2 km,一辆电车从A站开往B站,电车
开出t s后到达途中C点,这一段速度为1.2t(m/s),到C点速度达
24 m/s,从C点到B站前的D点以等速行驶,从D点开始刹车,
速度为(24-1.2t) m/s,在B站恰好停车.试求:
(1)A,C间的距离;
(2)B,D间的距离;
(3)电车从A站到B站所需的时间.
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变力作功
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[思路点拨] 物体由A到B,再由B到C,再由C到D运动,
物体运动的方向与力F的方向一致吗?若不一致,那在其运动
方向上的力如何表示?
解析: 在AB段运动时F在运动方向上的分力F1=Fcos
30°.在BC段运动时F在运动方向上的分力F2=Fcos 45°.
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2.设有一长25 cm的弹簧,若加以100 N的力,则弹簧伸
长到30 cm,又已知弹簧伸长所需要的拉力与弹簧的伸长量成
正比,求使弹簧由25 cm伸长到40 cm所做的功.
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◎有一动点P,在时间t时的速度为v(t)=8t-2t2.求t=0到t
=5时,点P经过的路程.
【错因】 t=0到t=5时,点P经过的路程与点P的位置不
同.当t>4时,点P向x轴负方向运动.
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