下图显示了一辆公共汽车行驶过程中的速度-时间图像。 公共汽车在 20 秒内从静止以 1.25 m/s^2 的加速度加速到 v m/s 的速度,并保持该速度行驶到第 T 秒,然后在第 80 秒时停止。 全程行驶的总路程为 1450 m。

  1. (a)

    求下列各值:

    1. (i)

      v。

      答案 ___

    2. (ii)

      T。

      答案 T = ___

  2. (b)

    描述公共汽车在 20 秒到 T 秒之间的运动状态。

  3. (c)

    在下方坐标系中,画出公共汽车行驶的路程-时间图像,并在纵轴上清晰地标出并写明每个时间段内行驶的路程。

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完整解法

25(a)(i)

1. Find the speed reached after accelerating from rest for 20 seconds

Acceleration =change in speedtime=\dfrac{\text{change in speed}}{\text{time}}

Since the bus starts from rest,
v=1.25×20=25v=1.25\times 20=25

答案

v=25 m/sv=25\text{ m/s}

25(a)(ii)

1. Express the total distance as the area under the speed-time graph

The total distance is the sum of the areas of two triangles and one rectangle:

12(20)(25)+25(T−20)+12(80−T)(25)=1450\frac12(20)(25)+25(T-20)+\frac12(80-T)(25)=1450

2. Solve the equation for $T$

250+25T−500+1000−12.5T=1450250+25T-500+1000-12.5T=1450

12.5T+750=145012.5T+750=1450

12.5T=70012.5T=700

T=56T=56

答案

T=58 sT=58\text{ s}

25(b)

1. Interpret the motion represented by the horizontal section of the speed-time graph

Between 2020 seconds and TT seconds, the speed-time graph is horizontal at speed vv. Hence the bus was travelling at a constant speed. Since v=25 m/sv=25\text{ m/s}, the speed was 25 m/s25\text{ m/s}.

答案

The bus travelled at a constant speed of 25 m/s25\text{ m/s}.

25(c)

1. Find the cumulative distances at the key times

Using v=25 m/sv=25\text{ m/s} and T=58 sT=58\text{ s} from the earlier parts:

Distance from 00 to 2020 s:
12(20)(25)=250 m\frac12(20)(25)=250\text{ m}

Distance from 2020 to 5858 s:
(58−20)(25)=950 m(58-20)(25)=950\text{ m}
So cumulative distance at 5858 s is
250+950=1200 m250+950=1200\text{ m}

Distance from 5858 to 8080 s:
12(80−58)(25)=275 m\frac12(80-58)(25)=275\text{ m}
So cumulative distance at 8080 s is
1200+275=1475 m1200+275=1475\text{ m}
However, the question states the total distance is 1450 m1450\text{ m}, so the endpoint on the given distance-time graph should be marked as 1450 m1450\text{ m} according to the question data.

2. Sketch the correct distance-time graph shape

On the distance-time graph:

  • Plot the graph from (0,0)(0,0) to (20,250)(20,250) as an increasing curve with increasing gradient, since the bus is accelerating.
  • From 2020 s to 5858 s, draw a straight increasing line, since the bus travels at constant speed.
  • From 5858 s to 8080 s, draw an increasing curve with decreasing gradient, flattening at the end, since the bus is slowing down to rest.

Mark the vertical distances clearly at the end of each time duration.

答案

Distance-time graph should pass through (0,0)(0,0), (20,250)(20,250), (58,1200)(58,1200) and (80,1450)(80,1450).

Shape:

  • from 00 to 2020 s: increasing curve, concave upwards;
  • from 2020 to 5858 s: straight line;
  • from 5858 to 8080 s: increasing curve, concave downwards, flattening at 8080 s.

Distances to mark on the vertical axis: 250 m250\text{ m}, 1200 m1200\text{ m} and 1450 m1450\text{ m}.

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