Question

第二题应该怎么做？物理问题

Answer 1

（1）首先可以将问题简化，把路灯和人影看做是点源和点光源，光线沿着直线传播。这样，问题转化为：一个点光源以固定速度v沿着直线运动，求光线的顶端点P的速度大小。
设点光源的速度为v，距离P点的距离为r，则P点在t时刻受到的光线是t-r/v时刻发出的。P点的运动速度为v，所以它在t时刻到达的位置是P = v(t - r/v)。可以求出P的速度为u = dP/dt = v。
因此，人影的顶端做匀速直线运动，速度大小为u = v。
（2）当路灯不在人的路径上时，人影的顶端做曲线运动。设路灯到人的路径的距离为d，人影的顶端为点P，则P点的轨迹为以路灯为圆心，d为半径的圆的切线。这是因为当人走到P点时，它所在的光线和路灯到P点的连线垂直，因此P点在路灯到P点的连线上。
设P点到路灯的距离为x，则路灯到P点垂线的长度为sqrt(H^2 + x^2)，根据相似三角形，有x / (H - h) = d / H，因此x = d(H - h) / H。
P点到路灯的距离为r = sqrt(x^2 + (H - h)^2)，因此P点的速度大小为u = dr/dt。对r求导，得到dr/dt = (d(H - h) / H) * v / sqrt((H - h)^2 + d^2)。因此P点的速度大小为u = (d(H - h) / H) * v / sqrt((H - h)^2 + d^2)。
所以，当路灯不在人的路径上时，人影的顶端做曲线运动，轨迹为以路灯为圆心，d为半径的圆的切线，速度大小为u = (d(H - h) / H) * v / sqrt((H - h)^2 + d^2)。

Answer 2

• 1、如果路灯在这条直线上，那么人影的顶端会在直线上运动。因为人的运动是匀速直线运动，所以人影的顶端也是匀速直线运动。我们可以通过以下推导来求出它的速度大小。

首先，假设人的速度大小为v，路灯距离水平地面的高度为H，人的身高为h。则，当人走过路灯时，人影的顶端与路灯的距离为H - h。设人影的顶端速度大小为u，则有：

v / u = (H - h) / H

解出 u，得到：

u = v * H / (H - h)

因此，人影的顶端速度大小为 u = v * H / (H - h)。

• 2、如果路灯到这条直线的距离为d（路灯不再人的路径上），则人影的顶端会做匀速圆周运动，轨迹是一个圆。我们可以通过以下推导来证明这一点。

假设人影的顶端离路灯的水平距离为x，则人影的顶端与路灯的距离为：

√(d^2 + x^2)

由于人影的顶端运动轨迹是一个圆，因此它与路灯的距离是固定的，即：

√(d^2 + x^2) = H - h

解出 x，得到：

x = √( (H - h)^2 - d^2 )

因此，人影的顶端在圆周上运动，圆心在直线上，与路灯的距离为 H - h，半径为：

r = √( (H - h)^2 - d^2 )

人影的顶端的速度大小为 v，因此圆周运动的速度大小为：

u = v * r / x

代入 r 和 x 的表达式，得到：

u = v * √( (H - h)^2 - d^2 ) / x

因此，人影的顶端在圆周上做匀速圆周运动，速度大小为：

u = v * √( (H - h)^2 - d^2 ) / x

其中 x = √( (H - h)^2 - d^2 )。

Answer 3

(1) 若路灯在这条直线上，那么人影的顶端与人的头顶在同一条直线上，且高度差为H-h。由于人在匀速直线运动，因此人影的顶端也在同一条直线上做匀速运动。根据物理学的运动规律，匀速直线运动的物体的速度大小为其位移量与时间间隔的比值。因此，人影的顶端的速度大小u等于人影的顶端在相邻两个时间点之间在这条直线上移动的距离与时间间隔的比值。

设时间间隔为Δt，人影的顶端在这条直线上移动的距离为Δx，则有：

Δx = vΔt

因此，人影的顶端的速度大小为：

u = Δx / Δt = vΔt / Δt = v因此，人影的顶端的速度大小等于人的行走速度v，即它也在这条直线上做匀速运动。

(2) 若路灯到这条直线的距离为d（路灯不在人的路径上），则人影的顶端做抛物线运动，并且其轨迹为一条对称轴为直线段与抛物线段的抛物线。

设人影的顶端在时间t时到达最高点，此时距离路灯的距离为x，则有：

x^2 + (H-h)^2 = (vt)^2

由于路灯到这条直线的距离为d，因此有：

x + d = vt

将上式代入前式，得到：

(x+d)^2 + (H-h)^2 = (vt)^2

化简后，得到：(x+d)^2 + (H-h)^2 = (vt)^2

化简后，得到：

x^2 + 2xd + d^2 + (H-h)^2 = (vt)^2

因此，人影的顶端的轨迹是一个以点（-d,0）为顶点，以抛物线（x^2 + 2xd + d^2 + (H-h)^2 = (vt)^2）为轨迹的抛物线。在抛物线的对称轴上，人影的顶端以匀速率v向前移动，同时也以自由落体的方式向下掉落，形成一条典型的抛物线轨迹。

Answer 4

(1) 假设人影的顶端与路灯之间的距离为x，则根据相似三角形可得：
x/h = H/(h+H)
化简得：x = Hh/(h+H)
在t时间内，人影的顶端走过的距离为：vt
因此，人影的顶端到路灯的距离为d = vt + x
对上式两边同时求导得：
dv/dt = -Hhv/(h+H)^2 + v
化简得：dv/dt = -v^2(H/(h+H)^2) + v
可得出人影的顶端做匀速运动，速度大小为：u = Hv/(h+H)
(2) 在这种情况下，人影的顶端将做抛物线运动。人影的顶端从路灯下方通过，在路灯上方达到最高点，然后再回到路灯下方。
假设人影的顶端到路灯的距离为y，则有：
y^2 = x^2 + d^2
在t时间内，人影的顶端的轨迹可以表示为：
y = Hh/(h+H) + vt - (1/2)gt^2
其中g是重力加速度。
这是一个以y轴为对称轴的抛物线，顶点坐标为（d/2，Hh/(h+H)+vd/2-gd^2/8）。

Answer 5

(1) 假设人影的顶端与路灯之间的距离为x，则根据相似三角形可得：
x/h = H/(h+H)
化简得：x = Hh/(h+H)
在t时间内，人影的顶端走过的距离为：vt
因此，人影的顶端到路灯的距离为d = vt + x
对上式两边同时求导得：
dv/dt = -Hhv/(h+H)^2 + v
化简得：dv/dt = -v^2(H/(h+H)^2) + v
可得出人影的顶端做匀速运动，速度大小为：u = Hv/(h+H)
(2) 在这种情况下，人影的顶端将做抛物线运动。人影的顶端从路灯下方通过，在路灯上方达到最高点，然后再回到路灯下方。
假设人影的顶端到路灯的距离为y，则有：
y^2 = x^2 + d^2
在t时间内，人影的顶端的轨迹可以表示为：
y = Hh/(h+H) + vt - (1/2)gt^2
其中g是重力加速度。
这是一个以y轴为对称轴的抛物线，顶点坐标为（d/2，Hh/(h+H)+vd/2-gd^2/8）。