1 7 2定積分在物理中的應用閔黨生教師版

2022-11-17 02:54:02 字數 3961 閱讀 3637

課前預習案

【學習目標】

1.掌握利用定積分求變速直線運動的路程,變力做功;

2.提高數學在物理學中的應用能力及「數形結合」的思想方法解決問題的能力;

3.感悟學科間的區別與聯絡.

【自主學習】

知識梳理(教材概念梳理出1,2……點)

1.變速直線運動物體的路程、位移與定積分的關係

如果做變速直線運動物體的速度-時間函式為v=v (t),則物體在區間[a,b]上的位移為定積分 ;物體在區間[a,b]上的路程為.

2.確立變力做功的策略

首先要確定變力與位移的函式式f(x),其次是確定變力作用下物體產生的位移,求積分區間上的定積分即可.

【拓展】如果做變速直線運動的物體的運動速度與時間的函式關係為:v=v(t),其在區間[a,b]上的運動路程可分以下三種情況求解:

(1)當t∈[a,b],v(t)≥0時,路程,此時路程與位移相等.

(2)當t∈[a,b],v(t)<0時,路程.

(3)當t∈[a,c],v(t)≥0,t∈[c,b],v(t)<0時,

路程.【知識遷移】(2-3個小題)

1.判一判(正確的打「√」,錯誤的打「×」)

(1)速度是路程與時間的函式關係的導數.(  )

(2)乙個物體在2≤t≤4時,運動速度為v(t)=t2-4t,則它在這段時間內行駛的路程為.(  )

(3)一物體在力f(x)作用下沿f(x)相同的方向從x=0運動到x=10,則該力對物體做的功為.(  )

答案:(1)√ (2)× (3)√

2.做一做(請把正確的答案寫在橫線上)

(1)一物體在變力f(x)=2x2-1作用下沿直線由x=1運動到x=3,則力f(x)所做的功等於________.

(2)一列車沿直線軌道前進,剎車後列車速度v(t)=27-0.9t,則列車從剎車到停車所前進的路程為________.

(3)做變速直線運動的物體速度是v(t)=5-t2(單位:m/s),則該物體在第1s到3s間運動的位移為________m.

【答案】

3.質點直線運動瞬時速度為v(t)=-3sint,則t1=3s至t2=5s時間內的位移是精確到0.01)

【解析】x=v(t)dt=(-3sint)dt

=3cost=3(cos5-cos3)≈3.82.

答案:3.82

課上互動研討案

【課堂檢測】(2-3小題,有客觀、主觀題)

1.設物體以速度v(t)=3t2+t(m/s)作直線運動,則它在0~4s內所走的路程為(  )

a.70mb.72mc.75md.80m

【解析】選

2.已知彈簧拉長0.02m需要98n的力,則把彈簧拉長0.1m所做的功為(  )

a.24.5 jb.23.5 jc.22.5 jd.25.0 j

【解析】選a.設f(x)=kx,k==4900.

所以f(x)=

3.已知質點的速度v=10t,則從t=t1到t=t2質點的平均速度為

【解析】依題意,質點從t=t1到t=t2的路程為

s=10tdt=5t2=5-5,

所以質點的平均速度為=5(t1+t2).

答案:5(t1+t2)

【課上互動研討】

**一:求變速直線運動的路程

例1.一質點在直線上從時刻開始以速度運動,求點在時的位置及經過的路程.

**二:求變力做功

例2.由胡克定律知,把彈簧拉長所需要的力與彈簧的伸長量成正比,現知的力能使乙個彈簧伸長,試求要把彈簧拉伸所做的功.

(注:每課時**兩個問題,不能照搬教材內容;**應該是針對本節知識中易錯、易混、易漏問題展開.)

【當堂訓練】(2-3題,有客觀、主觀題)

(使用說明:a、b類學生全完成,c類學生完成前2題)

1.物理以速度做直線運動,它在和t=3這段時間內的位移是_______.

【答案】27

2.物理以速度做直線運動,則它在和這段時間的路程為_______;則它在第2秒內所走過的路程為_______.

【答案】

3.做直線運動的質點在任意位置處,所受的力,則質點沿著與相同的方向,從點處運動到點處,力所做的功是

【答案】

解析 w=f(x)dx==(1+e)-1=e.

【小結與反饋】

1.解決變速直線運動位移和路程問題

(1)用定積分解決變速直線運動的位移和路程問題時,將物理問題轉化為數學問題是關鍵.

(2)路程是位移的絕對值之和,因此在求路程時,要先判斷速度在區間內是否恆正,若符號不定,應求出使速度恆正或恆負的區間,然後分別計算,否則會出現計算失誤.

2.解決變力作功注意以下兩個方面:

(1)首先要將變力用其方向上的位移表示出來,這是關鍵的一步.

(2)根據變力作功的公式將其轉化為求定積分的問題.

課後拓展提公升案

姓名_________小組得分

(使用說明:a類學生完成1-8,b類學生完成1-7,c類學生完成1-6)

1.如圖是乙個質點做直線運動的v—t圖象,則質點在前6 s內的位移為________.

[答案] 9m

[解析] 直線oa方程為y=x,直線ab方程為y=-x+9,故質點在前6 s內的位移為xdx+(-x+9)dx=x2|+(-x2+9x)|=6+3=9.

2.一物體以速度v=(3t2+2t)m/s做直線運動,則它在t=0s到t=3s時間段內的位移是(  )

a.31m    b.36m

c.38m    d.40m

[答案] b

[解析] s=(3t2+2t)dt=(t3+t2)=33+32=36(m),故應選b.

3.一物體在力f(x)=4x-1(單位:n)的作用下,沿著與力f相同的方向,從x=1運動到x=3處(單位:m),則力f(x)所做的功為(  )

a.8j      b.10j

c.12j    d.14j

[答案] d

[解析] 由變力做功公式有:w=(4x-1)dx=(2x2-x)=14(j),故應選d.

4.若某產品一天內的產量(單位:百件)是時間t的函式,若已知產量的變化率為a=,那麼從3小時到6小時期間內的產量為(  )

a. b.3-

c.6+3 d.6-3

[答案] d

[解析]  dt==6-3,故應選d.

5.一物體沿直線以速度v=m/s運動,該物體運動開始後10s內所經過的路程是________.

[答案]  (11-1)

[解析] s=∫dt=(1+t) =(11-1).

6.以初速度40m/s豎直向上拋一物體,ts時刻的速度v=40-10t2,求此物體達到最高時的高度.

【解析】v=0時物體達到最高,此時40-10t2=0,則t=2 s.

又∵v0=40 m/s,∴t0=0 s.∴h=(40-10t2)dt==(m).

7.有一橫截面的面積為4 cm2的水管控制往外流水,開啟水管後t秒末的流速為v(t)=6t-t2(單位:cm/s)(0≤t≤6).則t=0到t=6這段時間內流出的水量為________.

答案 144 cm3

解析由題意可得t=0到t=6這段時間內流出的水量

v=4(6t-t2)dt=4=144 (cm3).故t=0到t=6這段時間內流出的水量為144 cm3.

8.a、b兩站相距7.2 km,一輛電車從a站開往b站,電車開出t s後到達途中c點,這一段的速度為1.2t m/s,到c點的速度為24 m/s,從c點到b站前的d點以等速行駛,從d點開始剎車,經t s後,速度為(24-1.

2t) m/s,在b站恰好停車,試求:

(1)a,c間的距離;

(2)b,d間的距離.

解 (1)設a到c的時間為t1 s,則1.2 t1=24,解得t1=20,則ac=∫1.2tdt=0.6t2,

即a,c間的距離為240 m.

(2)設d到b的時間為t2 s,則24-1.2t2=0,

解得t2=20,則

bd=∫(24-1.2t)dt=(24t-0.6t2)=240(m).

即b、d間的距離為240 m.

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