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·ek(t)=(12g2)t2=>这也是一个关于t的二次函数,图像是一条开口向上的抛物线。
从0开始,非线性地增加,增加得越来越快!
·e(t)=gh=>常数,一条水平直线。
“非线性地变化……”
凌凡捕捉到了关键。
这意味着能量的转化不是均匀的!
他再次在脑海中“拍电影”
:小球刚开始下落时(t很小),速度慢,动能小,但高度很高,势能很大。
此时,重力做的功主要用来增加动能,但因为速度慢,单位时间内下落高度小,所以势能减小的慢,动能增加的也慢。
随着下落,速度越来越大。
即使时间间隔相同,后面阶段下落的高度也远大于前面阶段。
因此,后面阶段势能减少得更快,动能增加得也更快!
这完全体现在了二次函数的图像上!
ep-t曲线是向下弯曲的(减小变快),ek-t曲线是向上弯曲的(增加变快)!
如果只是简单地认为“动能增加、势能减少”
,很容易下意识地画出两条直线(线性变化),那就大错特错了!
“原来如此……”
凌凡心中豁然开朗。
过程分析,不仅要知其然(增减性),更要知其所以然(变化速率、非线性关系),并能用图像精确表征。
郑老师开始提问同学上去画图。
果然,好几个同学在黑板上画出了直线变化的ek-t和ep-t图,引来了下面善意的笑声。
郑老师没有批评,而是耐心地引导他们从公式出发,思考函数关系。
凌凡更加确信,依赖直觉和模糊印象是学习物理的大忌。
“还有更深入的吗?”
郑老师似乎意犹未尽,继续追问,“如果我们考虑动能和势能的比值ekep随时间如何变化呢?”
这个问题超出了课本要求,同学们都愣住了。
凌凡却来了兴致,立刻进行过程分析:ekep=[12g2t2][g(h-12gt2)]=[gt2][2h-gt2]这个比值随时间t如何变化?他快速思考。
随着t增加,分子增大,分母减小,比值肯定增大。
但具体规律呢?他注意到当t2=hg,即下落一半高度时,分母2h-gt2=2h-g(hg)=h,分子gt2=g(hg)=h,所以ekep=1!
动能和势能相等!
,!
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