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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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微元法的计算可能稍显复杂,但是也是可以做出来的。

如图,我们还是取一段微小时间过程Δt进行分析,这段时间内物体从A运动到D,并且转过了Δθ的夹角。由前面的知识,有

化简到这里,我们就需要一些数学近似了。一阶近似下,这里的Δθ很小,于是有sinΔθ≈Δθ,cosΔθ≈1(学过泰勒级数的同学很好理解,没学过可以用微分来推导),同时含Δθ的式子很小,与正常大小的量相加可以忽略,代入得

这里我们将Δv与Δθ建立了联系,但是我们的目标是求Δv/Δt,因此我们还需要找一下Δθ与Δt的关系。实际上,在△CDE中,可以发现

联立上述两个式子,有

这里以l和θ作为已知量,计算结果与求导法一样。
微元法这里由于要算加速度,就要算出Δv,于是这时v不能当常量。但随后计算Δθ,实际上计算的是ω,所以计算Δθ可以当做常量。


IP属地:广东67楼2019-05-12 11:33
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    上面的两个近似公式用微分推导如下:
    (学过泰勒级数的就别吐槽推导的不严谨了
    当Δθ很小时,由导数公式有

    cosΔθ=1同理可以推得,注意1-Δθ≈1.
    反正微元法都是套路,不断的套公式就行了


    IP属地:广东68楼2019-05-12 11:43
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      有人好像问到一点光学问题,所以我原来那个透镜几何光学帖子打算更新(shui)一下
      这两个星期备战小高考,没有太多时间更新


      IP属地:广东来自Android客户端69楼2019-06-01 23:15
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        上面绳船模型加速度介绍了合成分解法和微元法、求导法。一般来说,合成分解法解加速度靠矢量关系,计算量最小,但也需要清晰的思路,而且不是所有题都能用(下面我会举一道不能纯粹用合成分解法算的题目,不过这个方法的思想还是有用的)


        IP属地:广东来自Android客户端70楼2019-06-01 23:23
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          在给出下面的题目之前,我们先讲讲一个数学知识:微分(导数)与近似计算。
          数学上我们知道,函数的导数可以用于求某一点处的瞬时变化率,而瞬时变化率dy/dx与平均变化率Δy/Δx在Δx较小时是近似相等的,利用这个我们就可以近似计算。

          利用这两个式子我们可以进行近似计算。这种计算常见于微元法,上面的sin和cos的近似式,就是从这里推导出来的。
          从这个关系式,我们也可以看出微元法和微积分的关系,不过做题时,我们经常把常见的微元公式记下来,直接使用,然后利用简单的微元公式导出其他微元。


          IP属地:广东71楼2019-06-01 23:45
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            还要注意,微元法最终结果含有a+bx(a,b是普通量,x是小量)时,可以a+bx≈a,但最终结果是ax时不能≈0


            IP属地:广东来自Android客户端74楼2019-06-02 11:26
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              我们再来看看这题,不过,这次我们求的是物体的加速度。

              前面35-42楼已经给出了速度关系:v=(v0)/(1+cosα)。这个关系将在求加速度时用到。
              仿照67楼,可以用微元法求出物体的加速度。

              我们依然画一个这样的图,不过这里的速度关系变了。
              注意还是有上面的问题,计算Δv时,v不可以当做常量;计算Δθ时,v可以当做常量。
              物体由A到D时,角度从θ到θ+Δθ,由此可以计算Δv:

              这里用的是微元近似公式求出Δv,当然,这里Δv很明显是关于θ的函数,我们可以用求导来计算近似值:

              和上面的结果是一致的。但是我见过的多数竞赛书都用前者,三角展开再小量近似的方法,而不是直接求导。相比之下,求导公式熟练时后者可以更快得出答案。
              Δθ的求法和前面的题类似:

              代入前面的式子就得到

              做多了你就会发现,微元法基本都是套路


              IP属地:广东75楼2019-06-02 11:47
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                @limbo137 写了这么多,我还是申个精吧(厚颜无耻)


                IP属地:广东来自Android客户端76楼2019-06-02 11:56
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                  为了介绍接下来的求导法,我们先介绍一下二阶导符号d²y/dx²的意义,这将能推导出二阶导数换元法。
                  一阶导数的符号dy/dx表示两个微小量(微分)dy和dx的商,因此也叫微商。
                  而二阶导就是对一阶导求导,也就是说

                  上面的表达式比较繁琐,含有2个括号。数学家(应该是莱布尼兹首创?)把d(dy)记做d²y,叫做对y的二阶微分,同时把(dx)²简写为dx²,这样上式写为

                  从上式可以看出,y’’具有和[y/x²]相同的量纲。而若我们要换元,比如令u=g(x),那么

                  这就是二阶导数的换元公式。


                  IP属地:广东78楼2019-06-02 12:25
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                    楼主在否,我高考都完事了,你还没更


                    IP属地:天津来自Android客户端79楼2019-06-11 19:02
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                      嗯,高中物理必学的东西,题都一样


                      来自Android客户端80楼2019-07-11 21:50
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                        鸽得有点久,我还是继续更贴吧
                        看了上面的东西,我们也知道求导法肯定和二阶导数的换元(复合函数的二阶导数)有关系了


                        IP属地:广东来自Android客户端81楼2019-07-18 13:08
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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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