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Calculus · real student question

一个质点沿直线运动,位移(单位:米)为 s = 5t³ + 3t + 8,t 的单位是秒。求 t = 5 秒时的速度和加速度。

Question

一个质点沿直线运动,其位移(单位:米)为

s=5t3+3t+8s=5t^3+3t+8

其中 tt 的单位是秒。求 (a) t=5t=5 s 时的速度,(b) t=5t=5 s 时的加速度。

Step-by-step solution

  1. 先想清每一阶导数各代表什么。 速度是位移的瞬时变化率,v=dsdtv=\frac{ds}{dt};加速度是速度的变化率,a=dvdt=d2sdt2a=\frac{dv}{dt}=\frac{d^2s}{dt^2}。这里用不上任何运动学公式——求导就能把两者都给出来。

  2. 求一次导得到速度。 逐项用幂函数求导法则,得 v(t)=15t2+3v(t)=15t^2+3。常数 88 消失了,因为位置上一个固定的偏移量不会影响质点跑得多快。

  3. 再求一次导得到加速度。 a(t)=30ta(t)=30t。它不是常数,所以这个运动不是匀加速运动。

  4. 把 t=5t=5 代进速度。 v(5)=15(5)2+3=15(25)+3=375+3=378v(5)=15(5)^2+3=15(25)+3=375+3=378 米每秒。

  5. 把 t=5t=5 代进加速度。 a(5)=30(5)=150a(5)=30(5)=150 米每二次方秒。

  6. 核对一下符号。 两个值都是正的,说明在 t=5t=5 s 时质点朝正方向运动而且还在加速,这与那个严格递增的三次函数是一致的。

Answer

v(t)=15t2+3⇒v(5)=378 m/s;a(t)=30t⇒a(5)=150 m/s2v(t)=15t^2+3\Rightarrow v(5)=378\ \text{m/s};\qquad a(t)=30t\Rightarrow a(5)=150\ \text{m/s}^2

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