应用微元法处理非匀变速运动的探讨
2018-10-21黄鼎三
科学导报·学术 2018年40期

摘要:微元法是物理中常用的一种思想方法,能够帮助我们解决物理中瞬时速度、瞬时加速度及非匀变速运动等问题。本文主要从具体例题中探讨应用微元法处理非匀变速运动。
关键词:非匀变速运动;微元法
一、例如用微元法解决小球运动问题
例题1.质量为m的小球从地面以初速度竖直向上运动,运动过程中受到的空气阻力与小球的速率成正比例关系,球的运动速率随时间的变化规律如下图,t1时刻到达最高点,然后落回地面,落地时的速率记作v1,落地前小球做匀速运动,求球上升的最大高度是多少。
应用微元法解决这类问题,如上图,先在球上升的任意时刻取作t,并设这时的速度为vt,加速度即为at,根据牛顿第二定律 在t中选取一个极短的时间Δt,即一个时间微元,设在Δt内的速度变化为Δv,因为这个时间微元是无限小的,所以根据加速度定义可得结合以上两式可得
经过变形可得,又因为,换元可得
,对整个运动过程进行求和可得,;由于小球落地前做匀速运动,所以最终可得小球上升的高度为
在物理的电磁感应问题中,我们经常遇到非匀变速运动过程中求位移、电量或能量等问题,此时运用微元法有利于我们更加快速的解决这个问题。
例题2方形闭合线圈质量为m,边长为L,电阻是R,在场强是B的水平匀强磁场上方由静止下落,高度为h,这个过程中线圈始终竖直并且与磁场方向垂直,cd边保持水平。现已知线圈进入磁场后做加速运动,并且当线圈一半进入磁场是开始做匀速运动,这时的重力加速度为g(不计空气阻力)。……
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