拓展:由该问题的解题过程可以看出,利用平均速度来解题比较方便、简捷。请思考:本题有无其它解题方法,如有,请验证答案。
例3:升降机以速度v=4.9m/s匀速竖直上升,升降机内的天花板上有一个螺丝帽突然松脱,脱离天花板。已知升降机天花板到其地板的高度为h=14.7m。求螺丝帽落到升降机地板所需时间。
解析:解法一:以地面为参照物求解
(1)上升过程:螺丝帽脱离升降机后以v=4.9m/s初速度竖直向上运动
上升到最高点时间:t1=-v/(-g)=4.9/9.8=0.5s
上升到最高点的位移:h1=(0-v2)/(-2g)=(0-4.92)/(-2×9.8)=1.225m
螺丝帽的运动过程如图2-4-3所示,由图中位移约束关系得:
h1+h=h2+v(t1+t2) 即v2/2g+h=gt22/2+v(t1+t2)
v2/2g+h=gt22/2+v(v/g+t2) 代入数据化简得:t22+t2-2.75=0
解得:t2=1.23 s
因此,螺丝帽落到升降机地板所需时间t=t1+t2 =1.73s
解法二:以升降机为参照物求解
我们以升降机为参考系,即在升降机内观察螺丝帽的运动,因为升降机做匀速直线运动,所以相对于升降机而言,螺丝帽的下落加速度仍然是重力加速度。显然,螺丝帽相对于升降机的运动是自由落体运动,相对位移大小即升降机天花板到其地板的高度。由自由落体运动的规律可得
h=gt2/2
t=1.73s
拓展:参考系选择不同,不仅物体的运动形式不同,求解时所用的物理规律也可能不同。选择适当的参考系,往往可以使问题的求解过程得到简化。