一个质点 PP 沿直线运动,在通过定点 OO 后的 tt 秒时,其速度 vv m/s 由 v=3t2+kt+18v = 3t^2 + kt + 18 给出,其中 kk 为常数。当 t=1t = 1 时,质点的加速度为 −9-9 m/s2^2。

  1. (i)

    证明 k=−15k = -15。

  2. (ii)

    求质点 PP 瞬时静止时 tt 的值。

  3. (iii)

    求质点 PP 在通过点 OO 后的前 3 秒内所走过的总路程。

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完整解法

8(i)

1. Find the expression for acceleration by differentiating velocity with respect to time.

a=dvdt=ddt(3t2+kt+18)=6t+ka = \frac{dv}{dt} = \frac{d}{dt}(3t^2 + kt + 18) = 6t + k

2. Substitute the given values of $t$ and $a$ to solve for $k$.

When t=1t = 1, a=−9a = -9:
6(1)+k=−96(1) + k = -9
k=−9−6k = -9 - 6
k=−15k = -15 (shown)

答案

Shown that k=−15k = -15.

8(ii)

1. Set velocity to zero and substitute the value of $k$

For the particle to be instantaneously at rest, v=0v = 0.
Substitute k=−15k = -15 from part (i):
3t2−15t+18=03t^2 - 15t + 18 = 0

2. Solve the quadratic equation for $t$

Divide by 3:
t2−5t+6=0t^2 - 5t + 6 = 0
(t−2)(t−3)=0(t - 2)(t - 3) = 0
t=2 or t=3t = 2 \text{ or } t = 3

答案

t=2t = 2 or t=3t = 3

8(iii)

1. Find the expression for displacement $s$ in terms of $t$

s=∫v dt=∫(3t2−15t+18) dts = \int v \, dt = \int (3t^2 - 15t + 18) \, dt
s=t3−152t2+18t+cs = t^3 - \frac{15}{2}t^2 + 18t + c
Since s=0s = 0 when t=0t = 0, c=0c = 0.
s=t3−152t2+18ts = t^3 - \frac{15}{2}t^2 + 18t

2. Calculate the displacement at the turning point $t = 2$

From part (ii), the particle is at rest at t=2t = 2 and t=3t = 3.
When t=2t = 2,
s=(2)3−152(2)2+18(2)s = (2)^3 - \frac{15}{2}(2)^2 + 18(2)
s=8−30+36=14s = 8 - 30 + 36 = 14

3. Calculate the displacement at $t = 3$

When t=3t = 3,
s=(3)3−152(3)2+18(3)s = (3)^3 - \frac{15}{2}(3)^2 + 18(3)
s=27−67.5+54=13.5s = 27 - 67.5 + 54 = 13.5

4. Calculate the total distance travelled

Distance travelled in first 2 seconds = ∣14−0∣=14|14 - 0| = 14 m
Distance travelled from t=2t = 2 to t=3t = 3 = ∣13.5−14∣=0.5|13.5 - 14| = 0.5 m
Total distance = 14+0.5=14.514 + 0.5 = 14.5 m

答案

14.514.5 m

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