一个质点沿直线运动,在离开固定点 OO 后 tt 秒时,其速度 v m s−1v\text{ m s}^{-1} 由 v=t2−2kt−6kv = t^2 - 2kt - 6k 给出,其中 kk 为常数。
质点的最小速度发生在 t=2t = 2 时。

  1. (i)

    证明 k=2k = 2。

  2. (ii)

    求质点位移关于 tt 的表达式。由此证明,质点在运动过程中只会返回 OO 点一次。

  3. (iii)

    求质点在前 7 秒内运动的总路程。

  4. (9)
    1. (ii)

      csc⁡(P−Q)\csc(P - Q),

    2. (iii)

      sin⁡P2\sin \frac{P}{2}。

先不看答案,让 AI 诊断你卡在哪里?

它不会直接告诉你答案,而是问你卡在哪一步看看 AI 是怎么陪你一步步弄懂这道题的

完整解法

10(i)

1. Differentiate the velocity function with respect to $t$ to find the acceleration.

v=t2−2kt−6kv = t^2 - 2kt - 6k
dvdt=2t−2k\frac{dv}{dt} = 2t - 2k

2. Use the condition for minimum velocity to solve for $k$.

For minimum velocity, dvdt=0\frac{dv}{dt} = 0.
Given this occurs when t=2t = 2:
2(2)−2k=02(2) - 2k = 0
4−2k=04 - 2k = 0
2k=42k = 4
k=2 (shown)k = 2 \text{ (shown)}

答案

Shown that k=2k = 2.

10(ii)

1. Substitute $k=2$ into the velocity equation and integrate to find displacement $s$.

Given k=2k = 2, v=t2−4t−12v = t^2 - 4t - 12.
s=∫v dts = \int v \, dt
s=∫(t2−4t−12) dts = \int (t^2 - 4t - 12) \, dt
s=t33−2t2−12t+Cs = \frac{t^3}{3} - 2t^2 - 12t + C

2. Find the constant of integration using the initial condition.

When t=0t = 0, the particle is at OO, so s=0s = 0.
0=033−2(0)2−12(0)+C  ⟹  C=00 = \frac{0^3}{3} - 2(0)^2 - 12(0) + C \implies C = 0
s=13t3−2t2−12ts = \frac{1}{3}t^3 - 2t^2 - 12t

3. Set $s = 0$ to find when the particle returns to $O$.

13t3−2t2−12t=0\frac{1}{3}t^3 - 2t^2 - 12t = 0
t(t2−6t−36)=0t(t^2 - 6t - 36) = 0
t=0t = 0 (at start) or t2−6t−36=0t^2 - 6t - 36 = 0

4. Solve the quadratic equation to show there is only one positive root.

For t2−6t−36=0t^2 - 6t - 36 = 0:
t=−(−6)±(−6)2−4(1)(−36)2(1)t = \frac{-(-6) \pm \sqrt{(-6)^2 - 4(1)(-36)}}{2(1)}
t=6±36+1442t = \frac{6 \pm \sqrt{36 + 144}}{2}
t=6±1802=3±35t = \frac{6 \pm \sqrt{180}}{2} = 3 \pm 3\sqrt{5}
Since t≥0t \ge 0, t=3+35t = 3 + 3\sqrt{5} (approx 9.719.71 s).
The other root t=3−35<0t = 3 - 3\sqrt{5} < 0 is rejected.
Since there is only one valid positive value for tt, the particle returns to OO only once.

答案

s=13t3−2t2−12ts = \frac{1}{3}t^3 - 2t^2 - 12t

The particle returns to OO only once because there is only one positive root for tt when s=0s = 0.

10(iii)

1. Find the time when the particle is instantaneously at rest

From (i), k=2k = 2, so v=t2−4t−12v = t^2 - 4t - 12.
Set v=0v = 0 to find when the particle changes direction:
t2−4t−12=0t^2 - 4t - 12 = 0
(t−6)(t+2)=0(t - 6)(t + 2) = 0
Since t≥0t \ge 0, t=6t = 6.

2. Calculate the displacement at $t = 0$, $t = 6$, and $t = 7$

From (ii), the displacement is s=t33−2t2−12ts = \frac{t^3}{3} - 2t^2 - 12t.
At t=0t = 0, s=0s = 0.
At t=6t = 6, s=633−2(6)2−12(6)=72−72−72=−72 ms = \frac{6^3}{3} - 2(6)^2 - 12(6) = 72 - 72 - 72 = -72\text{ m}.
At t=7t = 7, s=733−2(7)2−12(7)=3433−98−84=−6723 ms = \frac{7^3}{3} - 2(7)^2 - 12(7) = \frac{343}{3} - 98 - 84 = -67\frac{2}{3}\text{ m}.

3. Calculate the total distance travelled

Total distance =∣s(6)−s(0)∣+∣s(7)−s(6)∣= |s(6) - s(0)| + |s(7) - s(6)|
=∣−72−0∣+∣−6723−(−72)∣= |-72 - 0| + \left|-67\frac{2}{3} - (-72)\right|
=72+413= 72 + 4\frac{1}{3}
=7613 m= 76\frac{1}{3}\text{ m}

答案

7613 m76\frac{1}{3}\text{ m}

AI 分析,可能出错

用 AI 批改,圈出写错的那一步,并自动将你的薄弱点存入错题本,形成你的错因库。

同一知识点的其他题

  1. 1一只鸟停在离地面 20 米高的垂直电线杆顶部 TT 处,从地面上的一点 OO 仰望 TT 处鸟的仰角为 45∘45^\circ。这只鸟用了一秒钟的时间,以恒定速度水平飞行,从 TT 飞到远离 OO 的点 BB,整个飞行过程中保持离…
  2. 2一质点从点 OO 由静止出发并沿直线运动,其速度 vv m/s 由 v=24t−6t2v = 24t - 6t^2 给出,其中 tt 是其运动开始后的时间(以秒为单位)。 求质点瞬时静止时的 tt 值。 质点何时会返回其起点? 判断质点在 2 秒…
  3. 3一名驾驶员以恒定速度 V m/s 行驶,经过一个固定点 X 并看到前方车辆很少。他踩下油门,随后他的速度 v m/s 由 v=60et/6v = 60e^{t/6} 给出,其中 tt 是通过 X 后的时间(以秒为单位)。当他通过点 Y 时,他的速度已…
  4. 4一个质点 P 在距离定点 O 处 3 m 的位移处开始沿直线运动,初始速度为 8 m/s。质点在运动 tt 秒后的速度 vv m/s 由 v=5cos⁡t+2sin⁡t+cv = 5\cos t + 2\sin t + c 给出。 求 cc 的值。 求质点的初始速…
  5. 5一个质点 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。 证明…