一个质点沿直线运动,在经过定点 OO 后的 tt 秒时,它相对于 OO 的位移为 ss 米。质点的速度 v ms−1v\ \mathrm{ms}^{-1} 满足 v=6cos⁡4tv = 6\cos 4t。

  1. ((a))

    指出质点的初速度。

  2. ((b))

    求当质点的加速度等于 8 ms−28\ \mathrm{ms}^{-2} 时,tt 的第一个值。

  3. ((c))

    求当 t=4t = 4 时,质点相对于 OO 的位移。

  4. ((d))

    求质点在前 3π8\frac{3\pi}{8} 秒内运动的总路程。

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((a))

1. Substitute $t = 0$ into the velocity equation to find the initial velocity

When t=0t = 0,
v=6cos⁡(4×0)v = 6\cos(4 \times 0)
v=6cos⁡0v = 6\cos 0
v=6(1)=6v = 6(1) = 6

答案

6 ms−16\ \mathrm{ms}^{-1}

10((b))

1. Find the expression for acceleration by differentiating velocity

a=dvdta = \frac{dv}{dt}
a=ddt(6cos⁡4t)=6(−4sin⁡4t)=−24sin⁡4ta = \frac{d}{dt}(6\cos 4t) = 6(-4\sin 4t) = -24\sin 4t

2. Set up the equation for acceleration and find the reference angle

−24sin⁡4t=8-24\sin 4t = 8
sin⁡4t=−13\sin 4t = -\frac{1}{3}
Basic angle, α=sin⁡−1(13)≈0.3398 rad\text{Basic angle, } \alpha = \sin^{-1}\left(\frac{1}{3}\right) \approx 0.3398 \text{ rad}

3. Solve for the first positive value of $t$

Since sin⁡4t\sin 4t is negative, 4t4t must be in the 3rd or 4th quadrant. The first positive value occurs in the 3rd quadrant:
4t=π+0.3398≈3.48144t = \pi + 0.3398 \approx 3.4814
t=3.48144≈0.87035t = \frac{3.4814}{4} \approx 0.87035
t≈0.870 (to 3 s.f.)t \approx 0.870 \text{ (to 3 s.f.)}

答案

0.8700.870

10((c))

1. Integrate the velocity function to find the general expression for displacement.

s=∫v dts = \int v \, dt
s=∫6cos⁡4t dts = \int 6\cos 4t \, dt
s=64sin⁡4t+cs = \frac{6}{4}\sin 4t + c
s=1.5sin⁡4t+cs = 1.5\sin 4t + c

2. Use the initial condition to find the constant of integration.

Since the particle passes through OO at t=0t = 0, s=0s = 0 when t=0t = 0.
0=1.5sin⁡(0)+c0 = 1.5\sin(0) + c
c=0c = 0
s=1.5sin⁡4ts = 1.5\sin 4t

3. Substitute $t = 4$ to find the displacement.

When t=4t = 4,
s=1.5sin⁡(4×4)s = 1.5\sin(4 \times 4)
s=1.5sin⁡16s = 1.5\sin 16
s≈−0.43185s \approx -0.43185
s≈−0.432 m (to 3 s.f.)s \approx -0.432\ \text{m (to 3 s.f.)}

答案

−0.432 m-0.432\ \text{m}

10((d))

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

s=∫v dt=∫6cos⁡4t dts = \int v \, dt = \int 6\cos 4t \, dt
s=64sin⁡4t+c=32sin⁡4t+cs = \frac{6}{4}\sin 4t + c = \frac{3}{2}\sin 4t + c
Since s=0s = 0 when t=0t = 0,
0=32sin⁡(0)+c  ⟹  c=00 = \frac{3}{2}\sin(0) + c \implies c = 0
s=32sin⁡4ts = \frac{3}{2}\sin 4t

2. Find the times when the particle is instantaneously at rest within the given interval.

Set v=0v = 0:
6cos⁡4t=06\cos 4t = 0
cos⁡4t=0\cos 4t = 0
4t=π2,3π24t = \frac{\pi}{2}, \frac{3\pi}{2}
t=π8,3π8t = \frac{\pi}{8}, \frac{3\pi}{8}

3. Calculate the displacement at the critical times.

At t=0t = 0, s=0s = 0
At t=π8t = \frac{\pi}{8}, s=32sin⁡(4×π8)=32sin⁡(π2)=32s = \frac{3}{2}\sin\left(4 \times \frac{\pi}{8}\right) = \frac{3}{2}\sin\left(\frac{\pi}{2}\right) = \frac{3}{2}
At t=3π8t = \frac{3\pi}{8}, s=32sin⁡(4×3π8)=32sin⁡(3π2)=−32s = \frac{3}{2}\sin\left(4 \times \frac{3\pi}{8}\right) = \frac{3}{2}\sin\left(\frac{3\pi}{2}\right) = -\frac{3}{2}

4. Calculate the total distance travelled.

Distance from t=0t=0 to t=π8t=\frac{\pi}{8}:
d1=∣32−0∣=1.5d_1 = \left| \frac{3}{2} - 0 \right| = 1.5
Distance from t=π8t=\frac{\pi}{8} to t=3π8t=\frac{3\pi}{8}:
d2=∣−32−32∣=∣−3∣=3d_2 = \left| -\frac{3}{2} - \frac{3}{2} \right| = |-3| = 3
Total distance =1.5+3=4.5 m= 1.5 + 3 = 4.5\text{ m}

答案

4.5 m4.5\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…