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回复:【高中&竞赛】运动学-sun的关联运动小讲堂

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讲这道题的求导法之前,我们先穿插一下3楼题目的另一种求导法。
在16楼我直接对勾股定理式s²+h²=l²作了隐函数求导,得出了结论。但并不是所有的函数都容易隐函数求导,求导后也不一定容易解出ds/dt和dl/dt的关系。
这里介绍一下3楼题目的求导法的分离参数法。
由勾股定理式s²+h²=l²得:


IP属地:广东来自Android客户端82楼2019-07-18 13:22
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    35楼的题目也可以用求导法来做。
    注意绳收缩的速度是d(l+s)/dt,我们先设x=l+s,这样绳收缩的速度可以写作dx/dt,然后消掉l(代入l=x-s),得到s和x的关系。



    IP属地:广东来自Android客户端83楼2019-07-18 14:01
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      用前面两道题讲了另一种求导法,现在分离参数(分离变量)求导法应该比较好理解了
      就是把变量各自放在等号两边,然后求导,一般还让左边是待求的变量,这个过程可以看做隐函数的显化。
      这种方法的缺点就是不是所有隐函数都可以显化,比如ln(x+y)=x+y你就难以分离出x或y的式子


      IP属地:广东来自Android客户端84楼2019-07-18 14:06
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        而我们现在要求35楼(或75楼)的东西的加速度,上面又已经得到速度(位移一阶导),直接再求一次导,不就是加速度了了吗


        IP属地:广东来自Android客户端85楼2019-07-18 14:11
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          刚刚临时补充的东西又发现点不严谨的地方
          因为这里s和l都是减小的,ds/dt和dl/dt都是负数,所以速度应该写成负的s一点和负的l一点...
          不过不影响计算结果


          IP属地:广东来自Android客户端86楼2019-07-18 14:25
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            83楼那么算我有点想复杂了,虽然那样也可以算,但计算量大了点。这里用计算量小一点的方法算速度关系,同时算一下加速度关系。
            把l写为s的函数:l=√(s²+h²)
            那么绳自由端的速度是

            (这里两行出结果,而上面我算了好久才算出来
            而我们要求加速度a,也就是求出|d²s/dt²|,绳自由端又是匀速运动的,再对上面以s和h为变量和常量的式子求导,注意到绳自由端无加速度,也就是d(v0)/dt=0,有:

            这里求导不要算太快,可以检查一下量纲,左边求导的单位应该是加速度单位m/s²。先用乘积求导法则展开,对s一点求导得s两点,然后加上后面那串带根式的分式对t求导,也就等于分式对s求导再乘上s对t求导(s一点),一起写到前面就写成s一点的平方。对那个分式求导则用商求导法则,继续计算得:

            在这里我没有过多的展现计算过程。这个计算实际上就是求导化简,计算量不是很大(你们可以试试拿83楼的方法算加速度),仔细算下去是可以得到结果的。


            IP属地:广东87楼2019-07-19 18:56
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              所以83楼和87楼的比较也提醒我们,分离参数要选择恰当地来分离,有时候两种分离方法的计算量是不一样的


              IP属地:广东来自Android客户端88楼2019-07-19 18:59
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                最近看有人问到这题……回答了一下,顺带补充过来吧
                前面的方法弄懂了这题可以当做非常简单的小练习
                如图所示,物体B用一根不可伸长的绳子绕过滑轮与A相连,小车A向右以速度v匀速运动,同时拖着物体B向上运动。在某一个瞬间,A与滑轮间的绳长为l,绳子与水平方向夹角为θ,求物体B的速度和加速度.


                IP属地:广东93楼2021-05-09 09:10
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                  建议先自己思考一下哦,下面放出答案


                  IP属地:广东来自Android客户端94楼2021-05-09 09:13
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                    直接用暴力而容易的求导法(两种方法均可).
                    像之前,依然设s为A到滑轮的水平距离,h为滑轮高度.
                    注意第一张图中的v₀就是题干中的v.



                    IP属地:广东来自Android客户端95楼2021-05-09 09:16
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                      观察了其中第二种解法,我们直接写出了函数式,直接求导了. 下面是一道思考题:
                      若A并非匀速或匀加速运动,但在这个瞬间,A的瞬时速度为v,瞬时加速度为0,还有上面第二张图的函数法吗?以上加速度表达式仍然成立吗?
                      思考一下,条件修改之后,函数发生了什么变化,应该如何解答


                      IP属地:广东来自Android客户端96楼2021-05-09 09:20
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                        合成分解法的话要注意,这里A是没有加速度的,因此向心加速度必须和绳子的收缩加速度(也就是B的加速度)相互抵消.


                        IP属地:广东97楼2021-05-09 09:36
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