物理作业帮助

物理作业:数字,以及为什么。

代入数字之前先选定模型。做运动、力和能量时,把假设、方向和单位写明确,并做一次独立核对。

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入门力学:平均速率、读图、合力和单位核对。

一架蓝色纸飞机,下方是一条轻轻打着弯的纸条

看这个想法怎么用

一张图、一段路程和一段经过的时间。

这次行程给出的是平均速率。注意总路程和经过的时间能告诉你什么,不能告诉你什么。

物理作业帮助 · 例题

一名骑车的人用 30 s 走了 150 m。平均速率是多少?

答案5 m/s

准备好的学习例子。

  1. 1

    确认各个量

    走过的路程是 150 m。所用时间是 30 s。

  2. 2

    选用定义

    平均速率 = 总路程 ÷ 所用时间。

  3. 3

    带上单位算

    150 m ÷ 30 s = 5 m/s。

  4. 4

    解释答案

    这一程里,骑车的人平均每秒走 5 米。这不能说明每一瞬间的速率。

在 Lirno 里试

问公式背后的模型。

在 Lirno 里加上题目、图和你的列式。问哪些量要紧,以及这个关系为什么适合这个情境。

从这里开始

写出体系。选定模型。带上单位。

  1. 01

    画出体系

    用简单的图画物体、方向、有关的力或路径。

  2. 02

    列出已知量

    每个数值都写上符号和单位,包括要求的量。

  3. 03

    检验这个模型

    核对假设、单位,以及结果的物理含义。

写出体系和所求的量

一道运动题、一道力的题和一道能量题,可以描述同一个物体,却需要不同的模型。先写下题目要你求什么,再列出给出的量和单位。画一下路径或力,就能看出该用哪一个关系。

做入门力学时,把已经说明的假设留在看得见的地方:质量不变、加速度不变,或阻力可以忽略。如果某个公式依赖其中一条假设,解释里就要写上它。模型不合适时,计算正确也不等于回答了这个物理问题。

区分平均速率和平均速度

平均速率是总路程除以经过的时间。平均速度是位移除以经过的时间,并且包括方向。一名跑步的人在 50 s 内向外跑 100 m 再返回 100 m,平均速率是 200/50 = 4 m/s,但平均速度是零,因为末位置等于初位置。

骑自行车的例子里,30 s 走 150 m,平均速率是 5 m/s。这些总量不能确定某一时刻的速率。如果题目要的是瞬时速率,还需要别的信息,例如在合适的图上读局部斜率。

用它的斜率之前,先读图的坐标轴

在走过的路程随时间变化的图上,斜率给出速率。从 (10 s, 20 m) 到 (30 s, 80 m) 的直线段,斜率是 (80 − 20)/(30 − 10) = 3 m/s。用两个端点之间的变化,不要用 80/30,因为这一段不是从原点开始的。

位置-时间图用的是位置,不是走过的路程;它的斜率给出速度,速度可以是负的。速度-时间图的斜率是加速度,而一段区间上带正负号的面积给出位移。竖轴上的量变了,同样往上走的一条线意思就不同。

在牛顿第二定律里使用合力

对于惯性参考系中质量不变的物体,外力的矢量和是 Fnet = ma。假设一辆 2 kg 的小车受到向右的 10 N 水平力,以及向左的 4 N 反向力。取向右为正,Fnet = 10 − 4 = 6 N,所以加速度是 6/2 = 3 m/s²,方向向右。

单独的 10 N 施加的力并不是合力。力图上要画出所选物体受到的力,以及有关的方向。竖直方向的力可能平衡,水平方向的力则不一定。计算带正负号的分量之前,先说明坐标轴怎么取。

在所说的条件下把功和能量连起来

恒力与位移平行时,功等于力乘以位移。6 N 的力沿同一方向通过 3 m,做功 18 J。如果力的方向有夹角,就要用沿位移方向的分量;恒力的一般关系是 W = Fd cos θ。

在地球表面附近,当 g 可以看作不变时,重力势能的变化可以写成 ΔU = mgΔh。把 2 kg 升高 1.5 m,取 g = 9.8 m/s²,得到 29.4 J。比较能量的数值之前,先写出高度变化和所用的模型。

换算和核对时一直带着单位

把 54 km/h 换算成 m/s,乘以 1000 m/km,再除以 3600 s/h:54 × 1000/3600 = 15 m/s。单位消去之后,就能看出这些因数为什么要按这个顺序。力除以质量得到加速度,因为 N/kg 等同于 m/s²。

独立核对所求的量、正负号、单位,以及数量级是否合理。核对单位可以发现公式用错了,但不能证明所选模型适合这个情境。如果不确定的是模型而不是运算,把你的图和已经尝试的列式带给 Lirno。

有几个力做功时,使用能量收支

一个恒定的 12 N 水平推力把箱子向右移动 3 m。一个恒定的 4 N 摩擦力阻碍运动。推力做功 +36 J,摩擦力做功 −12 J。如果只有这些力做功,净功是 +24 J,所以箱子的动能增加 24 J。

对质量为 2 kg、从静止开始的箱子,由 ΔK = ½mv² 得到 24 = ½ × 2 × v²,因此 v = √24 ≈ 4.90 m/s。用合力核对:合力是 8 N,加速度是 4 m/s²;在同样的恒力条件下,v² = 2as = 24,两者一致。如果只用推力,就会漏掉摩擦力转移的能量。

下一个小进展

让单位把计算说清楚。

物理量要有一个关系,也要有含义。写出题目给了什么,选一个合适的模型,计算时一直带着单位,不要运算完了才补上。

准备好的小练习

一辆玩具车在 6 s 内走过 18 m。求它的平均速率。关于某一时刻的速率,这些信息能告诉你什么?

给我一个提示

平均速率比较的是总路程和总的经过时间。这两个总量并不描述行程中的每一时刻。

给我看理由

平均速率是 18 m ÷ 6 s = 3 m/s。在这段时间里,车平均每秒走过 3 米。单凭这两个总量,不能确定它的瞬时速率,也不能证明它一直以不变的速率运动。

变成你自己的

把这个想法用到你自己的作业上。

路程保持 18 m,把时间加倍。用方程之前,先预测平均速率。解释这个成反比的变化,再用一组新的数值来检验同一个关系。

改成给 Lirno 的一道题 →

卡住之前先发现

三个小细节。
一次更稳的尝试。

看看这道练习实际在查方法的哪一部分。先查这三处错。

01

看着字母来挑公式

写出你要求的量,以及每个已知值表示的是什么。一个眼熟的符号,在不同情境里可以表示不同的东西。代入数值之前,先写出关系。

02

把时间或路程的单位混在一起

路程用米、时间用分钟,得到的是米每分钟。如果这道题要求米每秒,就要统一换算,并且在过程里把换算写出来。

03

说了数据并没有表明的事

平均值描述的是一段时间。它不能证明每一时刻的速率都不变。把算出来的结果,和关于运动的额外假设分开。

换一种情况试试

想法一样。
判断是新的。

打开讲解之前先自己做一遍。这些原创任务查的是方法里的另一处,所以只靠一个熟悉的答案不够。

01

读这一段,而不是图上的端点

一张走过的路程的图上,一条直线段从 4 s 时的 12 m 到 10 s 时的 42 m。求这一段时间内的速率。

对照你的理由

用每个轴上数值的变化:路程的变化 = 42 − 12 = 30 m;经过的时间 = 10 − 4 = 6 s。

斜率是 30/6 = 5 m/s。这条直线段表示这一段时间里速率不变。用 42 除以 10,用的是从图像原点量起的数值,回答的是另一段时间。

留着这条线索: 位置–时间图的斜率表示的是速度;先说出竖轴的量。

02

合力包含方向

一个 3 kg 的物体受到向右 14 N 和向左 5 N 的力。在惯性参考系中,求它的加速度。

对照你的理由

对这个质量不变的模型,取向右为正。合力是 14 − 5 = 9 N,方向向右。

用 a = Fnet/m = 9/3 = 3 m/s²,方向向右。把 14 和 5 相加,就忽略了相反的方向。力的单位是牛顿;加速度的单位是 m/s²。

留着这条线索: 合并它们的大小之前,先画出力的方向。

用一分钟看自己懂了没有一次行程在 50 s 内走了 200 m 后回到出发点。它的平均速度是多少?

看讲解

净位移是零,所以位移除以 50 s 等于零。

准备好的题 · 你的选择只留在这一页。

把问题问得更准

一句你可以
改成自己的请求。

把这段跟你的这项任务一起贴进 Lirno。写上你的尝试,并说明哪里需要帮助。

我得到的平均速率是 5 m/s。解释为什么它不一定等于行程中每一时刻的速率。

快速检查质量

核对模型、方向和单位。

  • 所选体系和假设是清楚的
  • 公式与所求的量相符
  • 数值用的单位是相容的
  • 最后一句话写出了物理含义

常见问题

关于物理的问题

平均速率可以为正,而平均速度为零吗?

可以。走完回到起点的行程,总路程可以是正的,位移是零。平均速率用路程;平均速度用同一段时间内的位移。

怎样从路程-时间图求出速率?

对于走过的路程,用相关区间上路程的变化除以时间的变化。在直线段上,这就是不变的速率。要核对坐标轴和刻度;如果是位置-时间图,斜率给出的是速度。

F = ma 里应该用哪个力?

用所选物体受到的合外力,正负号的取法要前后一致。方向相反的力必须先合成,再除以质量。

怎样把 km/h 换算成 m/s?

乘以 1000,再除以 3600,或者把数值除以 3.6。例如,54 km/h 等于 15 m/s。换算用到的单位要写出来。

检查基础

出处和延伸阅读

这一页上的例子是原创的教学练习。这些资料讲的是背后的概念。

由 Rocket Digital Limited 为 HomeworkPath 发布。 这些指南是怎么准备的 →

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