最新人教版选修2-2高中数学第一章 导数及其应用1.7.1定积分在几何中的应用同步习题及答案

庖丁巧解牛知识·巧学一、定积分在几何中的应用定积分可以用来计算曲边梯形的面积,某些曲面面积可以表示成几个曲边梯形面积的和或差的形式,因此也可以用定积分来计算.知识拓展 求面积的解题步骤:①画出图形; ②确定图形范围,定出积分的上、下限;③确定被积函数,注意分清被积函数的上、下位置; ④写出平面图形面积的定积分表达式;⑤运用微积分基本公式计算定积分,求出平面图形的面积. 二、定积分在物理中的应用 1.变速直线运动的路程物体做变速直线运动经过的路程s,等于其速度函数v=v(t)〔v(t)≥0〕在时间区间［a,b ］上的定积分,即s=⎰badt t v )(.方法点拨 变速直线运动的速度函数往往是分段函数.所以求积分时要利用定积分的性质将其分成几段积分的和. 2.变力做功如果力是变力F(x)(F 是x 的函数),那么,物体沿着与F 相同的方向从x=a 移动到x=b 时,力F 做的功W=⎰badx x F )(.深化升华 只有当物体沿着与F 相同的方向从x=a 移动到x=b 时,力F 做的功才是W=⎰badx x F )(.当方向不同时,算法不同.问题·探究问题1 被积函数f(x)在区间［a,b ］上恒为正值时(如图1-7-2),定积分⎰badx x f )(表示什么呢?图1-7-2思路:本题考查定积分的几何意义,可以利用定积分来表示曲边梯形的面积. 探究:表示曲边梯形AMNB 的面积. 问题2 计算下列定积分:⎰⎰⎰ππππ2020sin ,sin ,sin xdx xdx xdx ,由计算结果你能发现什么结论?思路:利用微积分基本定理,计算曲边梯形的面积,从中发现结论. 探究:因为(-cosx)′=sinx, 所以⎰πsin xdx =(-cosx)π0=(-cosπ)-(-cos0)=2;⎰ππ2sin xdx =(-cosx)π20=(-cos2π)-(-cosπ)=-2;⎰π20sin xdx =(-cosx)π20=(-cos2π)-(-cos0)=0.由以上结果可以发现,定积分的值可能取正值,可能取负值,也可能取0.(1)当对应的曲边梯形位于x 轴上方时,定积分的值取正值,且等于曲边梯形的面积;(2)当对应的曲边梯形位于x 轴下方时,定积分的值取负值,且等于曲边梯形的面积的相反数; (3)当位于x 轴上方的曲边梯形面积等于位于x 轴下方的曲边梯形面积时,定积分的值为0. 典题·热题例1如图1-7-3,求直线y=2x+3与抛物线y=x 2所围成的图形的面积.图1-7-3思路分析:从图形可以看出,所求图形的面积可以转化为一个梯形与一个曲边梯形面积的差,进而可以用定积分求出面积.为了确定被积函数和积分的上,下限,我们需要求出两条曲线交点的横坐标.解:由方程组⎩⎨⎧=+=2,32xy x y 2可得x 1=-1,x 2=3. 故所求图形的面积为S=33231)3()32(31331231231=-+=-+----⎰⎰x x x dx x dx x . 深化升华 求平面图形面积的一般步骤是: ①画图,并将图形分割成若干曲边梯形;②对每个曲边梯形确定其存在的范围,从而确定积分上限和下限; ③确定被积函数;④求出各曲边梯形的面积和,即各积分的绝对值之和. 拓展延伸 求由曲线y 2=x 和y=x 2所围成图形的面积.解:如图1-7-4,为了确定图形的范围,先求出这两条曲线的交点的横坐标.由⎪⎩⎪⎨⎧==22,xy x y 得出交点的横坐标为x=0及x=1.图1-7-4所以所求图形的面积为S=313132)3132(103231021=-=-=-⎰⎰x x dx x dx x . 例2求椭圆⎩⎨⎧==tb y t a x sin ,cos (0≤t≤2π)的面积.思路分析:椭圆是中心对称图形,故只需算出第一象限内的面积,再乘以4就是椭圆的面积. 解:如图1-7-5所示,椭圆在第一象限的面积图1-7-5P=4)22sin (2sin )sin (sin )cos (sin 022020220abt t ab tdt ab dt t a t b t a td b ydx aπππππ=-==-∙==⎰⎰⎰⎰所以S=4P=πab.例3一辆汽车的速度—时间曲线图如图1-7-6所示,求此汽车在这1 min 内行驶的路程.图1-7-6思路分析:由速度—时间曲线图可写出速度函数的表达式,进而运用公式可求得路程s. 解:由速度—时间曲线易知,v(t)=⎪⎩⎪⎨⎧∈+-∈∈].0640[,905.1]4010[,30]101[,3，；，，；，t t t t t 由变速直线运动的路程公式可得s=dt t dt tdt ⎰⎰⎰+-++6040401010)905.1(303604024010100)9043(3023t t t +-++==1 350(m).答:此汽车在这1 min 内行驶的路程是1 350 m. 方法归纳 ①由定积分的几何意义知,⎰badt t v )(表示由曲线v=v(t),直线t=a,t=b 及v=0围成图形的面积.故有以下解法:由定积分的几何意义知,此汽车在这1 min 行驶的路程s 等于梯形OABC 的面积, 即s=S 梯形OABC =230)6030(⨯+=1 350(m).②变速直线运动的路程:物体做变速直线运动经过的路程s,等于其速度函数v=v(t)〔v(t)≥0〕在时间区间［a,b ］上的定积分,即s=⎰badt t v )(.拓展延伸 某技术监督局对一家颗粒输送仪生产厂进行产品质量检测时,发现该厂生产的颗粒输送仪,其运动规律属于变速直线运动,且速度v(单位:m/s)与时间t(单位:s)满足函数关系:v(t)=⎪⎩⎪⎨⎧≤≤≤≤+≤≤.6020,140,2010,604,100,2t t t t t 某公司拟购买一台颗粒输送仪,要求1 min 行驶的路程超过7673 m,问该厂生产的颗粒输送仪能否被列入拟挑选的对象之一?思路分析:必须首先利用定积分将这家生产厂生产的颗粒输送仪1 min 行驶的路程计算出来,再与7 673作比较得出结论.解:由变速直线运动的路程公式有s=x t t t t dt dt t dt t 6020201021003602020101002140)602(31140)604(+++=+++⎰⎰⎰=7 13331(m)<7 673(m).答:不可以列入.例4一物体在力F(x)=2 004x+1(单位:N)的作用下,沿与力F 相同的方向,从x=1处运动到x=2处,求力F 做的功. 思路分析:力F 做的功就是⎰21)(dx x F解:W=⎰+21)12004(dx x =(1 002x 2+x)21=3 007(J).答:力F 所做的功为3 007 J.深化升华 应用问题最后要还原到题目中去用文字作答.例5设有一长为25 cm 的弹簧,若加以100 N 的力,则弹簧伸长到30 cm,求使弹簧伸长到40 cm 所做的功.思路分析:因为弹簧的力是一个变力,所以不能用常规方法解,要用定积分去求解. 解:设x 表示弹簧伸长的厘米数,F(x)表示加在弹簧上的力,则F(x)=kx. 依题意,使弹簧伸长5 cm,需要的力是100 N, 即100=5k,k=20,于是F(x)=20x. 现在需计算由x=0到x=15所做的功:W=1502151020x xdx =⎰2 250(N·cm).深化升华 本题考的是求变力所做的功:一物体在力F 的作用下,沿着与力F 相同的方向移动了s,则F 所做的功为W=Fs.如果力是变力F(x),由定积分的定义,物体沿与F 相同的方向从x=a 移到x=b 时,则力F 所做的功是W=⎰badx x F )(.例6列车以72 km/h 的速度行驶,当制动时列车获得加速度a=-0.4 m/s 2,问列车应在进站前多长时间以及离车站多远处开始制动?思路分析:因列车停在车站时,速度为0,故应先求速度的表达式,之后令v=0,求出t,再据v 和t 应用定积分计算出路程.解:已知列车的速度v 0=72 km/h=20 m/s,列车制动时获得的加速度a=-0.4 m/s 2.设列车由开始制动到经过t 秒后的速度为v,则v=v 0+⎰tadt 0=20-⎰tdt 04.0=20-0.4t.令v=0得t=50(s).设列车由开始制动到停止所走过的路程为s, 则有s=⎰⎰-=5050)4.020(t vdt dt=500(m).答:列车应在到站前50 s,离车站500 m处开始制动.。

1.7.2 定积分在物理中的应用明目标、知重点1．能利用定积分解决物理中的变速直线运动的路程、变力做功问题．2．通过定积分在物理中的应用，学会用数学工具解决物理问题，进一步体会定积分的价值．变速直 线运动 做变速直线运动的物体所经过的路程s ，等于其速度函数v ＝v (t )(v (t )≥0)在时间区间a ，b ]上的定积分，即ʃba v (t )d t .变力 做功 如果物体在变力F (x )的作用下做直线运动，并且物体沿着与F (x )相同的方向从x ＝a 移动到x ＝b (a <b )，那么变力F (x )所做的功为ʃba F (x )d x .探究点一 变速直线运动的路程思考 变速直线运动的路程和位移相同吗？答 不同．路程是标量，位移是矢量，路程和位移是两个不同的概念：(1)当v (t )≥0时，求某一时间段内的路程和位移均用21t t ⎰v (t )d t 求解；(2)当v (t )<0时，求某一时间段内的位移用21t t ⎰v (t )d t 求解，这一时段的路程是位移的相反数，即路程为－21t t ⎰v (t )d t .例1 一辆汽车的速度－时间曲线如图所示．求汽车在这1 min 行驶的路程．解 由速度－时间曲线可知：v (t )＝⎩⎪⎨⎪⎧3t ， 0≤t ≤10，30， 10≤t ≤40，－1.5t ＋90， 40≤t ≤60.因此汽车在这1 min 行驶的路程是：s ＝ʃ1003t d t ＋ʃ401030d t ＋ʃ6040(－1.5t ＋90)d t＝32t 2|100＋30t |4010＋(－34t 2＋90t )|6040 ＝1 350 (m)．答 汽车在这1 min 行驶的路程是1 350 m.反思与感悟 (1)用定积分解决变速直线运动的位移和路程问题时，将物理问题转化为数学问题是关键．(2)路程是位移的绝对值之和，因此在求路程时，要先判断速度在区间内是否恒正，若符号不定，应求出使速度恒正或恒负的区间，然后分别计算，否则会出现计算失误．跟踪训练1 一质点在直线上从时刻t ＝0(s)开始以速度v (t )＝t 2－4t ＋3(m/s)运动．求： (1)在时刻t ＝4时，该点的位置； (2)在时刻t ＝4时，该点运动的路程． 解 (1)由ʃ4(t 2－4t ＋3)d t ＝(t 33－2t 2＋3t )|4＝43知， 在时刻t ＝4时，该质点离出发点43m.(2)由v (t )＝t 2－4t ＋3>0， 得t ∈(0,1)∪(3,4)．这说明t ∈(1,3)时质点运动方向与t ∈(0,1)∪(3,4)时运动方向相反． 故s ＝ʃ40|t 2－4t ＋3|d t＝ʃ10(t 2－4t ＋3)d t ＋ʃ31(4t －t 2－3)d t ＋ʃ43(t 2－4t ＋3)d t ＝4. 即在时刻t ＝4时，该质点运动的路程为4 m. 探究点二 变力做功问题思考 恒力F 沿与F 相同的方向移动了s ，力F 做的功为W ＝Fs ，那么变力做功问题怎样解决呢？答 与求曲边梯形的面积一样，物体在变力F (x )作用下运动，沿与F 相同的方向从x ＝a 到x ＝b (a <b )，可以利用定积分得到W ＝ʃba F (x )d x .例2 如图所示，一物体沿斜面在拉力F 的作用下由A 经B 、C 运动到D ，其中AB ＝50 m ，BC ＝40 m ，CD ＝30 m ，变力F ＝⎩⎪⎨⎪⎧14x ＋5 (0≤x ≤90)20 (90<x ≤120)(单位：N)，在AB 段运动时F 与运动方向成30°角，在BC 段运动时F 与运动方向成45°角，在CD 段运动时F 与运动方向相同，求物体由A 运动到D 所做的功．(3≈1.732，2≈1.414，精确到1 J)解 在AB 段运动时F 在运动方向上的分力F 1＝F cos 30°，在BC 段运动时F 在运动方向上的分力F 2＝F cos 45°. 由变力做功公式得：W ＝ʃ500⎝ ⎛⎭⎪⎫14x ＋5cos 30°d x ＋ʃ9050⎝ ⎛⎭⎪⎫14x ＋5cos 45°d x ＋600＝38⎝ ⎛⎭⎪⎫12x 2＋20x |500＋28⎝ ⎛⎭⎪⎫12x 2＋20x |9050＋600 ＝1 12543＋4502＋600≈1 723 (J). 所以物体由A 运动到D 变力F 所做的功为1 723 J. 反思与感悟 解决变力做功注意以下两个方面：(1)首先要将变力用其方向上的位移表示出来，这是关键的一步． (2)根据变力做功的公式将其转化为求定积分的问题．跟踪训练2 设有一长25 cm 的弹簧，若加以100 N 的力，则弹簧伸长到30 cm ，求使弹簧由25 cm 伸长到40 cm 所做的功．解 设x 表示弹簧伸长的厘米，F (x )表示加在弹簧上的力， 设F (x )＝kx ，依题意得x ＝5时F (x )＝100， ∴k ＝20， ∴F (x )＝20x .∴弹簧由25 cm 伸长到40 cm 即x ＝0到x ＝15所做的功W ＝ʃ15020x d x ＝10x 2|150＝2 250(N·cm)＝22.5(J)．答 使弹簧由25 cm 伸长到40 cm 所做的功为22.5 J.1．从空中自由下落的物体，在第一秒时刻恰经过电视塔顶，在第二秒时刻物体落地，已知自由落体的运动速度为v ＝gt (g 为常数)，则电视塔高为( ) A.52g B.72g C.32g D ．2g答案 C解析 h ＝ʃ21gt d t ＝12gt 2|21＝32g .2．一列车沿直线轨道前进，刹车后列车速度v (t )＝27－0.9t ，则列车刹车后前进多少米才能停车( ) A ．405 B ．540 C ．810 D ．945答案 A解析 停车时v (t )＝0，由27－0.9t ＝0， 得t ＝30，∴s ＝ʃ300v (t )d t ＝ʃ300(27－0.9t )d t ＝(27t －0.45t 2)|300＝405.3．一个弹簧压缩x cm 可产生4x N 的力，把它从自然长度压缩到比自然长度短5 cm ，求弹簧克服弹力所做的功．解 设F (x )＝kx ，因为弹簧压缩x cm 可产生4x N 的力， ∴k ＝4.∴弹簧克服弹力所做的功为W ＝4ʃ50x d x ＝4×(12x 2)|50＝50(N·cm)＝0.5(J)．呈重点、现规律]1．已知变速运动方程，求在某段时间内物体运动的位移或者经过的路程，就是求速度方程的定积分．解这类问题需注意三点：(1)分清运动过程中的变化情况；(2)如果速度方程是分段函数，那么要用分段的定积分表示；(3)明确是求位移还是求路程，求位移可以正负抵消，求路程不能正负抵消．2．利用定积分求变力做功问题，关键是求出变力与位移之间的函数关系，确定好积分区间．求变力做功时，要注意单位，F (x )单位：N ，x 单位：m.一、基础过关1．一物体沿直线以v ＝2t ＋1 (t 的单位：s ，v 的单位：m/s)的速度运动，则该物体在1～2 s 间行进的路程为( ) A ．1 m B ．2 m C ．3 m D ．4 m答案 D解析 s ＝ʃ21(2t ＋1)d t ＝(t 2＋t )|21＝4(m)．2．一物体从A 处向B 处运动，速度为1.4t m/s(t 为运动的时间)，到B 处时的速度为35 m/s ，则AB 间的距离为( ) A ．120 m B ．437.5 m C ．360 m D ．480 m答案 B解析 从A 处到B 处所用时间为25 s. 所以|AB |＝ʃ2501.4t d t ＝0.7t 2|250＝437.5 (m)．3．以初速度40 m/s 竖直向上抛一物体，t s 时速度v ＝40－10t 2，则此物体达到最高时的高度为( ) A.1603m B.803 m C.403 m D.203m 答案 A解析 v ＝0时物体达到最高， 此时40－10t 2＝0，则t ＝2 s. 又∵v 0＝40 m/s ，∴t 0＝0 s. ∴h ＝ʃ20(40－10t 2)d t ＝(40t －103t 3)|20 ＝1603(m)． 4．如果1 N 的力使弹簧伸长1 cm ，在弹性限度内，为了将弹簧拉长10 cm ，拉力所做的功为( ) A ．0.5 J B ．1 J C ．50 J D ．100 J答案 A解析 由于弹簧所受的拉力F (x )与伸长量x 成正比，依题意，得F (x )＝x ，为了将弹簧拉长10 cm ，拉力所做的功为W ＝ʃ100F (x )d x ＝ʃ100x d x ＝12x 2|100＝50 (N ·cm)＝0.5 (J)．5．一物体在力F (x )＝⎩⎪⎨⎪⎧10 (0≤x ≤2)3x ＋4 (x >2)(单位：N)的作用下沿与F (x )相同的方向，从x＝0处运动到x ＝4(单位：m)处，则力F (x )做的功为( ) A ．44 J B ．46 J C ．48 J D ．50 J答案 B解析 W ＝ʃ40F (x )d x ＝ʃ2010d x ＋ʃ42(3x ＋4)d x ＝10x |20＋(32x 2＋4x )|42＝46(J)．6．做直线运动的质点在任意位置x 处，所受的力F (x )＝1＋e x，则质点沿着与F (x )相同的方向，从点x 1＝0处运动到点x 2＝1处，力F (x )所做的功是( ) A ．1＋e B ．e C.1e D ．e －1答案 B解析 W ＝ʃ10F (x )d x ＝ʃ10(1＋e x )d x ＝(x ＋e x )|10 ＝(1＋e)－1＝e. 二、能力提升7．若1 N 的力能使弹簧伸长2 cm ，则使弹簧伸长12 cm 时克服弹力所做的功为________． 答案 0.36 J解析 弹簧的伸长与所受到的拉力成正比，设F ＝kx ，求得k ＝50，∴F (x )＝50x . ∴W ＝ʃ0.12050x d x ＝25x 2|0.12＝0.36 (J)． 8．汽车以每小时32 km 的速度行驶，到某处需要减速停车，设汽车以加速度a ＝－1.8 m/s 2刹车，则从开始刹车到停车，汽车所走的路程约为________．(保留小数点后两位) 答案 21.95 m解析 t ＝0时，v 0＝32 km/h ＝32×1 0003 600m/s ＝809 m/s.刹车后减速行驶，v (t )＝v 0＋at ＝809－1.8 t ．停止时，v (t )＝0，则809－1.8 t ＝0，得t ＝40081 s ，所以汽车所走的路程s ＝40080⎰v (t )d t ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫809t －12t 2×1.8|40080≈21.95(m)．9．把一个带＋q 电量的点电荷放在r 轴上坐标原点处，形成一个电场，已知在该电场中，距离坐标原点为r 处的单位电荷受到的电场力由公式F ＝k qr2(其中k 为常数)确定．在该电场中，一个单位正电荷在电场力的作用下，沿着r 轴的方向从r ＝a 处移动到r ＝b (a <b )处，则电场力对它所作的功为________． 答案 k q a －k q b解析 W ＝ʃba k q r 2d r ＝－k q r|ba ＝k q a －k q b.10.如图所示，将一弹簧从平衡位置拉到离平衡位置l m 处，则克服弹簧力所做的功为________．答案 12kl 2J解析 在弹性限度内，拉伸(压缩)弹簧所需的力与弹簧拉伸(压缩)的长度成正比，即F (x )＝kx ，其中k 为比例系数．由变力做功公式得W ＝ʃl 0kx d x ＝12kx 2|l 0＝12kl 2(J)．11．一物体按规律x ＝bt 3作直线运动，其中x 为时间t 内通过的距离，媒质的阻力正比于速度的平方，试求物体由x ＝0运动到x ＝a 时，阻力所做的功．解 物体的速度v ＝x ′(t )＝(bt 3)′＝3bt 2，媒质的阻力F 阻＝kv 2＝k ·(3bt 2)2＝9kb 2t 4(其中k 为比例常数，k >0)．当x ＝0时，t ＝0；当x ＝a 时，t ＝(a b )13.所以阻力所做的功为W 阻＝ʃa0F 阻d x ＝13()0a b ⎰kv 2·v d t＝13()0ab ⎰9kb 2t 4·3bt 2d t ＝13()0a b ⎰27kb 3t 6d t＝277kb 3t 7|13()0a b ＝277k 23b ·73a . 故物体由x ＝0运动到x ＝a 时，阻力所做的功为277k 23b ·73a .12．物体A 以速度v A ＝3t 2＋1(米/秒)在一直线上运动，同时物体B 也以速度v B ＝10t (米/秒)在同一直线上与物体A 同方向运动，问多长时间物体A 比B 多运动5米，此时，物体A ，B 运动的距离各是多少？解 依题意知物体A ，B 均作变速直线运动，所以可借助变速直线运动的路程公式求解． 设a 秒后物体A 比B 多运动5米，则A 从开始到a 秒末所走的路程为s A ＝ʃa 0v A d t ＝ʃa 0(3t 2＋1)d t ＝a 3＋a ；B 从开始到a 秒末所走的路程为s B ＝ʃa 0v B d t ＝ʃa 010t d t ＝5a 2.由题意得s A ＝s B ＋5，即a 3＋a ＝5a 2＋5，得a ＝5.此时s A ＝53＋5＝130(米)，s B ＝5×52＝125(米)．故5秒后物体A 比B 多运动5米，此时，物体A ，B 运动的距离分别是130米和125米． 三、探究与拓展13．有一动点P 沿x 轴运动，在时间t 时的速度为v (t )＝8t －2t 2(速度的正方向与x 轴正方向一致)．求(1)P 从原点出发，当t ＝6时，求点P 离开原点的路程和位移； (2)P 从原点出发，经过时间t 后又返回原点时的t 值． 解 (1)由v (t )＝8t －2t 2≥0得0≤t ≤4， 即当0≤t ≤4时，P 点向x 轴正方向运动， 当t >4时，P 点向x 轴负方向运动． 故t ＝6时，点P 离开原点的路程s 1＝ʃ40(8t －2t 2)d t －ʃ64(8t －2t 2)d t＝(4t 2－23t 3)|40－(4t 2－23t 3)|64＝1283.当t ＝6时，点P 的位移为ʃ60(8t －2t 2)d t ＝(4t 2－23t 3)|60＝0.(2)依题意知ʃt0(8t －2t 2)d t ＝0， 即4t 2－23t 3＝0，解得t ＝0或t ＝6，t ＝0对应于P 点刚开始从原点出发的情况，t ＝6是所求的值．所以，t ＝6.。

人教a 版数学高二高二选修2-2习题_第一章_导数及其应用_1.7.2定积分在物理中的应用 有答案1.7 定积分的简单应用 1.7.2 定积分在物理中的应用A 级 基础巩固一、选择题1．一物体在力F (x )＝4x －1(单位：N)的作用下，沿着与力F 相同的方向，从x ＝1处运动到x ＝3处(单位：m)，则力F 所做的功是( )A ．8 JB ．10 JC ．12 JD ．14 J解析：W ＝∫31(4x －1)d x ＝(2x 2－x )|31＝14(J)．答案：D2．以初速40 m/s 竖直向上抛一物体，t s 时刻的速度v ＝40－10t 2，则此物体达到最高时的高度为( )A.1603 mB.803 mC.403m D.203m 解析：由v ＝40－10t 2＝0得t 2＝4，t ＝2.所以h ＝∫20(40－10t 2)d t ＝⎝⎛⎭⎪⎫40t －103t 3|20＝80－803＝1603(m)．答案：A3．一物体沿直线以v ＝1＋t m/s 的速度运动，该物体运动开始后10 s 内所经过的路程是( )A.13(1123－1)(m) B.13(1023－1)(m) C.13(1132－1)(m) D.13(1032－1)(m)解析：s ＝∫1001＋t d t ＝23(1＋t )32|100＝13(1132－1)(m)．答案：C4．质点做直线运动，其速度v (t )＝t 2－2t ＋1(单位：m/s)，则它在第2秒内所走的路程为( )A.23(m) B.13(m) C.14(m) D.12(m) 解析：由于v (t )＝t 2－2t ＋1≥0，因此它在第2秒内所走的路程为s ＝∫21v (t )d t＝∫21(t 2－2t ＋1)d t ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫13t 3－t 2＋t |21＝13(m)．答案：B5．一辆汽车在高速公路上行驶，由于遇到紧急情况而刹车，以速度v (t )＝7－3t ＋251＋t(t 的单位：s ，v 的单位：m/s)行驶至停止，在此期间汽车继续行驶的距离(单位：m)是( )A ．1＋25ln 5B ．8＋25ln 113C ．4＋25ln 5D ．4＋50ln 2解析：令7－3t ＋251＋t ＝0，解得t ＝－83(舍去)或t ＝4.则∫4⎝ ⎛⎭⎪⎫7－3t ＋251＋t d t ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤7t －32t 2＋25ln （1＋t ）|40＝ 4＋25ln 5. 答案：C 二、填空题6．将一弹簧压缩2厘米，需要8牛顿的力，将它从自然长度压缩10厘米，做的功为________．解析：设力F (x )＝kx ，由题意：8＝k ·0.02，所以k ＝400，所以F (x )＝400 x .所以W ＝∫0.10400x d x ＝200x 2|0.10＝2(J)．答案：2J7．已知质点的速度v ＝10t ，则从t ＝t 1到t ＝t 2质点的平均速度为________．解析：由s ＝10t d t ＝5t2＝5(t 22－t 21)，得平均速度为v －＝s t 2－t 1＝5(t 2＋t 1)．答案：5(t 2＋t 1)8．有一动点P 沿x 轴运动，在时间t 时的速度为v (t )＝8t －2t 2(速度的正方向与x 轴正方向一致)．则点P 从原点出发，当t ＝6时，点P 离开原点的路程和位移分别是________，________．解析：由v (t )＝8t －2t 2≥0，得0≤t ≤4，即当0≤t ≤4时，P 点向x 轴正方向运动，当t ＞4时，P 点向x 轴负方向运动．故t ＝6时，点P 离开原点的路程为s ＝∫40(8t－2t 2)d t －∫64(8t －2t 2)d t ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫4t 2－23t 3|40－⎝⎛⎭⎪⎫4t 2－23t 3|64＝1283.当t ＝6时，点P 的位移为s ＝∫60(8t －2t 2)d t ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫4t 2－23t 3|60＝0.答案：1283 0三、解答题9．在底面积为S 的圆柱形容器中盛有一定量的气体，在等温条件下，由于气体的膨胀，把容器中的一个活塞(面积为S )从点a 处推到b 处，计算在移动过程中，气体压力所做的功．解：力F 对物体所做的功为W ＝F ·s ，由物理学知识易得压强p 与体积V 的乘积是常数k ，即PV ＝k ，又因为V ＝x ·s (x 指活塞与底的距离)，所以p ＝k V ＝kxS.所以作用在活塞上的力F ＝p ·S ＝kx ·s·s ＝k x.所以气体压力所做的功为W ＝∫ba kx d x ＝k ln x |b a ＝k ln b a.10．一物体做变速直线运动，其v －t 曲线如图所示，求该物体在t ＝12 s 到t ＝6 s之间的运动路程．解：由题意，得v (t )＝⎩⎨⎧2t ，0≤t ≤1，2，1≤t ≤3，13t ＋1，3≤t ≤6，所以该物体在t ＝12s 到t ＝6 s 之间的运动路程为s ＝v (t )d t ＝2t d t ＋∫312d t ＋∫63⎝ ⎛⎭⎪⎫13t ＋1d t ＝t 2＋2t |31＋⎝ ⎛⎭⎪⎫16t 2＋t |63＝494(m)． B 级 能力提升1．若力F 和物体移动方向相同，而且与物体位置x 有如下关系：F (x )＝⎩⎨⎧|x |，x ≤0，x 2＋1，x ＞0，那么力F 使物体从x ＝－1点运动到x ＝1点所做的功为( ) A ．2 J B.136 J C.116J D ．3 J解析：∫1－1F (x )d x ＝∫0－1|x |d x ＋∫10(x 2＋1)d x ＝∫0－1(－x )d x ＋∫10(x 2＋1)d x －12x 2|0－1＋⎝ ⎛⎭⎪⎫13x 3＋x |10＝116.答案：C2．一物体在变力F (x )＝5－x 2(力单位：N ，位移单位：m)作用下，沿与F (x )成30°方向做直线运动，则由x ＝1运动到x ＝2时F (x )做的功为( )A. 3 JB.233JC.433J D ．2 3 J解析：W ＝∫21F (x )cos 30°d x ＝32∫21(5－x 2)d x ＝ 32⎝ ⎛⎭⎪⎫5x －13x 3|21＝32⎝ ⎛⎭⎪⎫5－73＝433(J)．答案：C3．物体A 以速度v ＝3t 2＋1在一直线上运动，在此直线上与物体A 出发的同时，物体B 在物体A 是正前方5 m 以v ＝10 t 的速度与A 同向运动，问两物体何时相遇？相遇时物体A 所走过的路程是多少(时间单位：s 速度单位：m/s)?解：设A 追上B 时，所用的时间为t 0， 依题意有s A ＝s B ＋5，即(3t 2＋1)d t ＝10t d t ＋5，所以t 30＋t 0＝5t 20＋5，即t 0(t 20＋1)＝5(t 20＋1)，得t 0＝5，所以s A ＝53＋5＝130.所以，两物体5 s 时相遇，相遇时物体A 所走过的路程是130 m.。