小学有各种和速度有关的应用题
比如以下这个,
甲乙两地相距20公里,小张一小时走2公里,小李一小时走3公里,两人同时出发,几个小时后两人相遇?
在这个问题中,假设人的走路速度是均匀的。
在现实生活中,物体的运动速度好多是随时间变化的。
有时候短时间内的速度变化还是非常重要的。
古代骑兵
典型的,强矢之末,其势不能穿鲁缟也
说的就是 箭刚射出去速度大,飞行上几十秒后,速度就降下来,没有劲道了。人们关心的就是这几十秒内的速度变化。
日常生活中,最常见的变速运动,自由落体运动
就是爬到高处,把一个物体放开,物体就往下掉,直到地面,是越掉越快。
猫一米多高,敢往下跳,超过十米,猫也不敢往下跳,猫知道高了,等到地面上时速度太快,就不安全了。
历史上,是越重的东西掉的越快,还是轻重一样的东西掉的一样快,这个速度变化和物体的轻重有关系吗? 也引起人们的好奇。
伽利略生活的年代,对应到中国,就是明朝末年。
伽利略 在比萨斜塔 上做了 著名的自由落体实验,在塔上把大小轻重不同的两个铁球同时放开,结果 轻重大小不同的两个铁球同时落地。
比萨斜塔
既然物体的运动速度是变化的,每时每刻的速度也非常重要,把这个速度称为瞬时速度。
那现在一个问题就是,如何计算瞬时速度。
比如 在高处,放开一个物体,到一秒时,往下掉了5米,两秒时,一共往下掉了19米,从一秒到两秒时,往下掉了14米。
那正好一秒时的瞬时速度该如何计算呢?
按平均速度来算,一开头到一秒,一共掉了5米 ,平均速度5米每秒。
一秒到2秒,掉了14米,平均速度是14米每秒。
这样计算瞬时速度按前算和按后算,差别比较大。
那一秒时的瞬时速度,该按前算,还是按后算。问题出在哪里?
读者一定想到了,前后一秒这个时间间隔 太大了。应该缩小时间间隔 ,来算平均速度,前后差异就小了。
比如计算,一秒前后 百分之一秒,千分之一秒,万分之一秒 。。。。。 的平均速度,前后差异应该越来越小 ,确实是这样的。
自由落体速度计算公式
现在已经知道,自由落体瞬时速度可以按上边这个公式计算。
一个方程是 距离随时间变化的方程
另一个是 计算速度随时间变化的方程。
代入时间,就可以算出瞬时速度。
反正,瞬时速度就是体现距离随时间的变化率的。
现在 把 瞬时速度 换个 更一般化的名字,导数。
就可以体现其它事物的变化率。
比如三角函数 sin x 只要角度定了,正弦值也就定了。 可以动态理解为 正弦值随着角度变化。导数就是反应这个变化率的。
假定有个物体运动距离随时间变化 的 方式,和 sin x 正弦值随角度变化的方式一样,那sin x 这个函数的 导数值,就是它的瞬时速度。
那真实运动的物体,通过导数可以计算瞬时速度。不是表示运动的函数,计算导数有什么意义? 有什么实际用处?
导数用处有更多,比如可以用来计算函数的极大极小值点。
放烟花
过大年响炮
春节响炮,炮先飞到空中,又掉下来。飞到空中有一个最高点。 到达最高点以前,炮的速度是向上的,到达最高点以后,炮的速度是向下的,那在最高点时,炮的速度由向上变为向下,速度为应该为0。 所以对上下运动的物体,最高最低点总是出现在速度为0的时间点。
把弹簧从自然状态的平衡点按住压缩以后放开,弹簧就会围绕平衡点上下振动。最高点,最低点就是速度为0的点。
弹簧
这个规律对其它函数也是对的,极大值极小值点总是 出现在导数为0的点。
二次函数,抛物线可以通过配方法计算最大值。对三次函数配方法不灵了,现在就可以用导数,计算它的极大值,极小值了。
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