高中數(shù)學(xué) 第一章 導(dǎo)數(shù)及其應(yīng)用 1.7 定積分的簡(jiǎn)單應(yīng)用 1.7.2 定積分在物理中的應(yīng)用課件 新人教A版選修2-2

1、1.7.2 定積分在物理中的應(yīng)用類型一類型一 求變速直線運(yùn)動(dòng)的路程求變速直線運(yùn)動(dòng)的路程【典例典例1 1】(1)(1)物體物體A A的運(yùn)動(dòng)速度的運(yùn)動(dòng)速度v v與時(shí)間與時(shí)間t t之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為v=2t-1(vv=2t-1(v的單位是的單位是m/sm/s，t t的單位是的單位是s)s)，物體，物體B B的運(yùn)動(dòng)速的運(yùn)動(dòng)速度度v v與時(shí)間與時(shí)間t t之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為v=1+8tv=1+8t，兩個(gè)物體在相距為，兩個(gè)物體在相距為405 m405 m的同一直線上同時(shí)相向運(yùn)動(dòng)，則它們相遇時(shí)，的同一直線上同時(shí)相向運(yùn)動(dòng)，則它們相遇時(shí)，A A物體的運(yùn)動(dòng)路程為物體的運(yùn)動(dòng)路程為_._.(2)(2017(

2、2)(2017漳州高二檢測(cè)漳州高二檢測(cè)) )有一動(dòng)點(diǎn)有一動(dòng)點(diǎn)P P沿沿x x軸運(yùn)動(dòng)，在時(shí)軸運(yùn)動(dòng)，在時(shí)間間t t時(shí)的速度為時(shí)的速度為v(t)=8t-2tv(t)=8t-2t2 2( (速度的正方向與速度的正方向與x x軸正方軸正方向一致向一致).).求：點(diǎn)求：點(diǎn)P P從原點(diǎn)出發(fā)，當(dāng)從原點(diǎn)出發(fā)，當(dāng)t=6t=6時(shí)，點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)P P離開原點(diǎn)離開原點(diǎn)的路程和位移的路程和位移. .【解題指南解題指南】(1)(1)本題是一個(gè)相遇問題，兩個(gè)物體運(yùn)動(dòng)本題是一個(gè)相遇問題，兩個(gè)物體運(yùn)動(dòng)的總路程是知道的，我們只需要對(duì)時(shí)間的總路程是知道的，我們只需要對(duì)時(shí)間t t進(jìn)行積分，相進(jìn)行積分，相加列方程求解出時(shí)間，即可求出加列方程

3、求解出時(shí)間，即可求出A A物體的運(yùn)動(dòng)路程物體的運(yùn)動(dòng)路程. .【解析解析】(1)(1)依題意依題意 (2t-1)dt+ (1+8t)dt=405(2t-1)dt+ (1+8t)dt=405，即即(t(t2 2-t) +(t+4t-t) +(t+4t2 2) =5t) =5t2 2=405=405，解得解得t=9t=9，所以所以A A物體的運(yùn)動(dòng)路程為物體的運(yùn)動(dòng)路程為(t(t2 2-t) =72(m).-t) =72(m).答案答案: :72 m72 mt0t0t0|t0|90|(2)(2)由由v(t)=8t-2tv(t)=8t-2t2 200，得，得0t40t4，即當(dāng)即當(dāng)0t40t4時(shí)，時(shí)，P P

4、點(diǎn)向點(diǎn)向x x軸正方向運(yùn)動(dòng)，軸正方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)當(dāng)t4t4時(shí)，時(shí)，P P點(diǎn)向點(diǎn)向x x軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng). .故故t=6t=6時(shí)，點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)P P離開原點(diǎn)的路程為離開原點(diǎn)的路程為當(dāng)當(dāng)t=6t=6時(shí)，點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)P P的位移為的位移為462210423423604s8t 2t dt8t 2t dt22128(4tt )(4tt ).333622360028t 2t dt(4tt )0.3【延伸探究延伸探究】1.1.在本例在本例(2)(2)題設(shè)條件不變的情況下，求題設(shè)條件不變的情況下，求P P從原點(diǎn)出發(fā)，從原點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過時(shí)間經(jīng)過時(shí)間t t后又返回原點(diǎn)時(shí)的后又返回原點(diǎn)時(shí)的t t值值. .【解析解析】依題

5、意依題意 (8t-2t (8t-2t2 2)dt=0)dt=0，即即4t4t2 2- t- t3 3=0=0，解得解得t=0t=0或或t=6t=6，t=0t=0對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于P P點(diǎn)剛開始從原點(diǎn)出發(fā)的情況，點(diǎn)剛開始從原點(diǎn)出發(fā)的情況，t=6t=6是所求的是所求的值值. .t0232.2.若將本例若將本例(2)(2)中條件中條件“v(t)=8t-2tv(t)=8t-2t2 2”改為改為“v(t)=4-v(t)=4-t t2 2”其他條件不變其他條件不變，結(jié)果如何？，結(jié)果如何？【解析解析】由由v(t)=4-tv(t)=4-t2 20,0,得得0t2,0t2,當(dāng)當(dāng)0t20t2時(shí)，時(shí)，P P點(diǎn)向點(diǎn)向x x

6、軸正方向運(yùn)動(dòng)軸正方向運(yùn)動(dòng), ,當(dāng)當(dāng)t2t2時(shí)時(shí), ,點(diǎn)點(diǎn)P P向向x x軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng), ,當(dāng)當(dāng)t=6t=6時(shí)時(shí), ,點(diǎn)點(diǎn)P P離開原點(diǎn)的路程為離開原點(diǎn)的路程為 當(dāng)當(dāng)t=6t=6時(shí)時(shí), ,點(diǎn)點(diǎn)P P的位移為的位移為 262202323602s4 t dt4 t dt11176(4tt )(4tt )333，62360014 t dt(4tt )48.3【方法總結(jié)方法總結(jié)】變速直線運(yùn)動(dòng)的路程或位移的求法步驟變速直線運(yùn)動(dòng)的路程或位移的求法步驟(1)(1)確定所求時(shí)間段上的速度函數(shù)確定所求時(shí)間段上的速度函數(shù). .(2)(2)解不等式解不等式v(t)0, v(t)0, v(t)0確定積分區(qū)間

7、確定積分區(qū)間. .(3)(3)確定所求的是路程還是位移確定所求的是路程還是位移. .(4)(4)用定積分表示相應(yīng)的路程或位移用定積分表示相應(yīng)的路程或位移. .(5)(5)通過定積分的運(yùn)算得出結(jié)論通過定積分的運(yùn)算得出結(jié)論. .【補(bǔ)償訓(xùn)練補(bǔ)償訓(xùn)練】一輛做變速直線運(yùn)動(dòng)的汽車開始以速度一輛做變速直線運(yùn)動(dòng)的汽車開始以速度v=tv=t2 2-4t+3(m/s)-4t+3(m/s)運(yùn)動(dòng)，求：運(yùn)動(dòng)，求：(1)(1)在在t=4 st=4 s時(shí)的位置時(shí)的位置. .(2)(2)在在t=4 st=4 s時(shí)運(yùn)動(dòng)的路程時(shí)運(yùn)動(dòng)的路程. .【解析解析】(1)(1)在在t=4 st=4 s時(shí)該點(diǎn)的位移為時(shí)該點(diǎn)的位移為 即在即在

8、t=4 st=4 s時(shí)該點(diǎn)距出發(fā)點(diǎn)時(shí)該點(diǎn)距出發(fā)點(diǎn) m.m. 423240014t4t 3 dtt2t3tm .33()|43(2)(2)因?yàn)橐驗(yàn)関(t)=tv(t)=t2 2-4t+3=(t-1)(t-3),-4t+3=(t-1)(t-3),所以在區(qū)間所以在區(qū)間0,10,1及及3,43,4上，上，v(t)0v(t)0，在區(qū)間，在區(qū)間1,31,3上，上，v(t)0,v(t)0,所以在所以在t=4 st=4 s時(shí)的路程為時(shí)的路程為 134222013134222013st4t 3 dt |t4t 3 dt|t4t 3 dtt4t 3 dtt4t 3 dtt4t 3 dt4 m .類型二類型二 求變

9、力做功求變力做功【典例典例2 2】(1)(1)在底面積為在底面積為S S的圓柱形容器中盛有一定量的圓柱形容器中盛有一定量的氣體，在等溫條件下，由于氣體的膨脹，把容器中的氣體，在等溫條件下，由于氣體的膨脹，把容器中的一個(gè)活塞的一個(gè)活塞( (面積為面積為S)S)從點(diǎn)從點(diǎn)a a處推到點(diǎn)處推到點(diǎn)b b處，計(jì)算在移動(dòng)處，計(jì)算在移動(dòng)過程中，氣體壓力所做的功過程中，氣體壓力所做的功. .(2)(2)一物體以速度一物體以速度v(t)=2tv(t)=2t2 2(m/s)(m/s)做直線運(yùn)動(dòng)做直線運(yùn)動(dòng), ,媒質(zhì)的阻媒質(zhì)的阻力力F(N)F(N)與速度與速度v(m/s)v(m/s)的關(guān)系為的關(guān)系為F=0.7vF=0.

10、7v2 2, ,試求在時(shí)刻試求在時(shí)刻t=0(s)t=0(s)到到t=2(s)t=2(s)這段時(shí)間內(nèi)阻力做的功這段時(shí)間內(nèi)阻力做的功. .【解題指南解題指南】(1)(1)力力F F對(duì)物體所做的功對(duì)物體所做的功W=FW=Fs s，求出變，求出變力表達(dá)式，再進(jìn)行計(jì)算力表達(dá)式，再進(jìn)行計(jì)算. .(2)(2)先計(jì)算媒質(zhì)的阻力，再利用積分的物理意義求出在先計(jì)算媒質(zhì)的阻力，再利用積分的物理意義求出在時(shí)刻時(shí)刻t=0(s)t=0(s)到到t=2(s)t=2(s)這段時(shí)間內(nèi)阻力做的功這段時(shí)間內(nèi)阻力做的功. .【解析解析】(1)(1)由物理學(xué)知識(shí)易得，壓強(qiáng)由物理學(xué)知識(shí)易得，壓強(qiáng)p p與體積與體積V V的乘積的乘積是常數(shù)

11、是常數(shù)k k，即，即pV=k.pV=k.因?yàn)橐驗(yàn)閂=xS(xV=xS(x指活塞與底的距離指活塞與底的距離) )，所以所以所以作用在活塞上的力所以作用在活塞上的力所以所做的功所以所做的功kkp. VxSkkF pSS.xSx bbaakbWdx k ln x|kln J .xa(2)(2)媒質(zhì)的阻力為媒質(zhì)的阻力為F=0.7vF=0.7v2 2=2.8t=2.8t4 4，取一小段時(shí)間取一小段時(shí)間t,t+tt,t+t，這一小段時(shí)間內(nèi)阻力做的功為這一小段時(shí)間內(nèi)阻力做的功為W=FvtW=Fvt，所以在時(shí)刻所以在時(shí)刻t=0(s)t=0(s)到到t=2(s)t=2(s)這段時(shí)間內(nèi)阻力做的功為這段時(shí)間內(nèi)阻力做

12、的功為 22600WFvdt5.6t dt 102.4 J答答: :在時(shí)刻在時(shí)刻t=0(s)t=0(s)到到t=2(s)t=2(s)這段時(shí)間內(nèi)阻力做的功為這段時(shí)間內(nèi)阻力做的功為102.4 J.102.4 J.【方法總結(jié)方法總結(jié)】求變力做功的方法求變力做功的方法(1)(1)求變力做功，要根據(jù)物理學(xué)的實(shí)際意義，求出變力求變力做功，要根據(jù)物理學(xué)的實(shí)際意義，求出變力F F的表達(dá)式的表達(dá)式. .(2)(2)由功的物理意義知，物體在變力由功的物理意義知，物體在變力F(x)F(x)的作用下，沿的作用下，沿力力F(x)F(x)的方向做直線運(yùn)動(dòng)，使物體從的方向做直線運(yùn)動(dòng)，使物體從x=ax=a移動(dòng)到移動(dòng)到x=b(

13、ab).x=b(a0k0當(dāng)當(dāng)x=0 x=0時(shí)，時(shí)，t=0t=0；當(dāng)；當(dāng)x=ax=a時(shí)，時(shí)，t=tt=t1 1= = 又又dx=vdtdx=vdt，故阻力所做的功為，故阻力所做的功為 12a( )b，1111ttt22zu000t2 323301Wkv vdtkv dtk2bt dt 444 kb tkb t k a b(J).333【補(bǔ)償訓(xùn)練補(bǔ)償訓(xùn)練】在原點(diǎn)在原點(diǎn)O O有一個(gè)帶電量為有一個(gè)帶電量為+q+q的電荷，它所的電荷，它所產(chǎn)生的電場(chǎng)對(duì)周圍的電荷有作用力，現(xiàn)有一個(gè)單位正產(chǎn)生的電場(chǎng)對(duì)周圍的電荷有作用力，現(xiàn)有一個(gè)單位正電荷從距電荷從距O O點(diǎn)點(diǎn)a a處沿著射線方向移至距處沿著射線方向移至距O O點(diǎn)為點(diǎn)為b(ab(ab)b)的的位置，求電場(chǎng)力做的功位置，求電場(chǎng)力做的功. .【解析解析】取電荷移動(dòng)的射線方向?yàn)槿‰姾梢苿?dòng)的射線方向?yàn)閤 x軸的正方向，那么軸的正方向，那么電場(chǎng)力為電場(chǎng)力為F=kF=k (k (k為常數(shù)為常數(shù)) )這是一個(gè)變力，在這是一個(gè)變力，在x, x, x+xx+x上，顯然，上，顯然，W= W= x,x,所以所以2qx2kqx bba2akq11 1Wdx kqkqJ .xabx()|()【課堂小結(jié)課堂小結(jié)】1.1.知識(shí)總結(jié)知識(shí)總結(jié)2.2.方法總結(jié)方法總結(jié)(1)(1)做變速直線運(yùn)動(dòng)的物體