第1章 运动的描述单元测评
时间:90分钟 分值:100分
一、选择题(1~6为单选每小题3分,7~10为多选每小题4分,共34分)
1.下列几种情况,不可能发生的是( )
A.位移和加速度反向
B.速度和加速度反向
C.加速度不变,速度在变
D.速度不变,加速度在变
2.如图所示,A物体从地球的赤道正上方h处由静止释放,经过时间t1落到地面上,B物体从北极正上方h高处由静止释放,经过时间t2落到地面上,不计空气阻力,且h远小于地球表面半径,A、B释放后均做自由落体运动,则t1、t2的大小关系为( )
A.t1=t2 B.t1>t2
C.t13.一质点做直线运动的v-t关系图像如图所示,则该质点的x-t关系图像可大致表示为下列四选项中的( )
4.甲和乙两个物体在同一直线上运动,它们的v-t图像分别如图中的a和b所示,下列说法正确的是( )
A.在t1时刻它们的运动方向相同
B.在t2时刻甲与乙相遇
C.甲的加速度比乙的加速度大
D.在0~t2时间内,甲比乙的位移大
5.火车沿平直轨道以20 m/s的速度向前运动,司机发现正前方50 m处有一列火车正以8 m/s的速度沿同一方向行驶,为避免相撞,司机立即刹车,刹车的加速度大小至少应是( )
A.1 m/s2 B.2 m/s2
C.0.5 m/s2 D.1.44 m/s2
6.动车把动力装置分散安装在每节车厢上,使其既具有牵引动力,又可以载客.而动车组就是几节自带动力的车辆(动车)加几节不带动力的车辆(也叫拖车)编成一组,若动车组在匀加速运动过程中,通过第一个60 m所用时间是10 s.通过第二个60 m所用时间是6 s,则( )
A.动车组的加速度为0.5 m/s2,接下来的6 s内的位移为78 m
B.动车组的加速度为1 m/s2,接下来的6 s内的位移为78 m
C.动车组的加速度为0.5 m/s2,接下来的6 s内的位移为96 m
D.动车组的加速度为1 m/s2,接下来的6 s内的位移为96 m
7.某人站在高20 m的平台边缘,以20 m/s的初速度竖直上抛一石子,则抛出后石子距抛出点15 m处的时间可能有(不计空气阻力,g取10 m/s2)( )
A.1 s B.3 s
C.(-2) s D.(+2) s
8.两辆游戏赛车a、b在两条平行的直车道上行驶,t=0时两车都在同一计时线处,此时比赛开始.它们在四次比赛中的v-t图如下所示.哪些图对应的比赛中,有一辆赛车追上了另一辆( )
9.我国“蛟龙号”深潜器经过多次试验,终于在2012年6月24日以7 020 m深度创下世界最新纪录(国外最深不超过6 500 m),预示着可以征服全球99.8%的海底世界.假设在某次实验时,深潜器内的显示屏上显示出了从水面开始下潜到最后返回水面,10 min内全过程的深度曲线(图甲)和速度图像(图乙).则下列说法正确的有( )
A.甲图中h3代表本次最大深度,应为360 m
B.全过程中最大加速度是0.025 m/s2
C.4 min~6 min时间内“蛟龙号”在水面上
D.上升阶段“蛟龙号”的平均速度为1.5 m/s
10.如图所示,光滑斜面AE被分成四个相等的部分,一物体从A点由静止释放,它沿斜面向下做匀加速运动,依次通过B、C、D点,最后到达底端E点.下列说法中正确的是( )
A.物体到达各点的速率vB?vC?vD?vE=1???2
B.物体到达各点所经历的时间tE=2tB=tC=tD
C.物体从A点到E点的平均速度=vB
D.物体通过每一部分时,其速度增量Δv=vB-vA=vC-vB=vD-vC=vE-vD
二、实验题(11题4分,12题12分,共16分)
11.某同学在探究“小车速度随时间变化规律”的实验时,设计的实验方案中选用了打点计时器,利用穿过打点计时器的纸带来记录小车的运动.实验后,该同学选择了一条较为理想的纸带,测量数据后,通过计算得到了小车运动过程中各计时时刻的速度如表格所示.
位置编号 0 1 2 3 4 5
时间:t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
速度:v/(m·s-1) 0.42 0.67 0.92 1.16 1.42 1.67
(1)分析表中数据,在误差允许的范围内,小车做匀加速直线运动.
(2)由于此次实验的原始纸带没有保存,另一同学想估算小车从位置0到位置5的位移,其估算方法如下:x=(0.42×0.1+0.67×0.1+0.92×0.1+1.16×0.1+1.42×0.1) m,那么,该同学得到的位移小于(填“大于”“等于”或“小于”)实际位移.为了使估算的位移尽可能接近真实值,你认为采取什么方法更合适?
12.伽利略在《两种新科学的对话》一书中,提出猜想:物体沿斜面下滑是一种匀变速直线运动,同时他还进行实验并验证了该猜想.某小组依据伽利略描述的实验方案,设计了如图甲所示的装置,探究物体沿斜面下滑是否做匀变速直线运动.实验操作步骤如下:
①让滑块从离挡板某一距离s处由静止沿某一倾角为θ的斜面下滑,并同时打开装置中的阀门,使水箱中的水流到量筒中;
②当滑块碰到挡板的同时关闭阀门(假设水流均匀稳定);
③记录下量筒收集的水量V;
④改变滑块起始位置离挡板的距离s,重复以上操作;
⑤测得的数据见表格.
次数 1 2 3 4 5 6
s/m 4.5 3.9 3.0 2.1 1.5 0.9
V/mL 90 84 62 52 40
(1)该实验利用量筒中收集的水量来表示C.
A.水箱中水的体积 B.水从水箱中流出的速度
C.滑块下滑的时间 D.滑块下滑的位移
(2)小组同学漏填了第3组数据,实验正常,你估计这组水量V=74(72~75均对)mL(结果保留两位有效数字).
(3)下列说法中不属于该实验误差来源的是C.
A.水从水箱中流出不够均匀稳定
B.滑块开始下滑和开始流水不同步
C.选用的斜面不够光滑
D.选用了内径较大的量筒
(4)如图乙所示,伽利略在自由落体运动的研究中,其科学研究方法的核心是C.
A.把提出问题和大胆猜想结合起来
B.把提出问题和实验研究结合起来
C.把实验研究和逻辑推理结合起来
D.把实验研究和大胆猜想结合起来
三、计算题(共50分)
13.(12分)一列车由等长的车厢连接而成,车厢之间的间隙可忽略不计.一人站在站台上与第1节车厢的最前端相齐,当列车由静止开始做匀加速直线运动时开始计时,测量第1节车厢通过他的时间为2 s,则从第5节车厢开始至第16节车厢通过他的时间为多少?
14.(12分)歼-15战机是我国自行设计研制的首型舰载多用途歼击机,短距起飞能力强大.若歼-15战机正常起飞过程中加速度为a,经s距离就达到起飞速度腾空而起.现已知“辽宁”舰起飞甲板长为L(L s),且起飞过程可简化为匀加速直线运动.现有两种方法助其正常起飞,方法一:在航空母舰静止的情况下,用弹射系统给飞机以一定的初速度;方法二:起飞前先让航空母舰沿飞机起飞方向以某一速度匀速航行.求:
(1)方法一情况下弹射系统使飞机具有的最小速度v1m;
(2)方法二情况下航空母舰的最小速度及此过程中的位移.
15.(13分)如图是一个十字路口的示意图,每条停车线到十字路中心O的距离均为20 m.一人骑电动助力车以7 m/s的速度到达停车线(图中A点)时,发现左前方道路一辆轿车正以8 m/s的速度驶来,车头已抵达停车线(图中B),设两车均沿道路中央做直线运动,助力车可视为质点,轿车长4.8 m,宽度可不计.
(1)请通过计算判断两车保持上述速度匀速运动,是否会发生相撞事故?
(2)若轿车保持上述速度匀速运动,而助力车立即做匀加速直线运动,为避免发生相撞事故,助力车的加速度至少要多大?
16.(13分)据英国《每日邮报》9月16日报道,英式触式橄榄球球员赫普顿斯托尔在伦敦成功挑战地铁速度.他从“市长官邸站”下车,在下一地铁站“景隆街站”顺利登上刚下来的同一节车厢.已知地铁列车每次停站时间(从车门打开到关闭的时间)为ta=20 s,列车加速和减速阶段的加速度均为a=1 m/s2,运行过程的最大速度为vm=72 km/h.假设列车运行过程中只做匀变速和匀速运动,两站之间的地铁轨道和地面道路都是平直的且长度相同,两站间的距离约为x=400 m,赫普顿斯托尔出站和进站共用时tb=30 s.问:
(1)他在地面道路上奔跑的平均速度至少多大?
(2)郑州地铁一号线最小站间距离约为x′=1 000 m,地铁列车每次停站时间为ta′=45 s,按赫普顿斯托尔的奔跑速度,在郑州出站和进站最短共需用时tb′=60 s,列车参数和其他条件相同,试通过计算判断,若赫普顿斯托尔同样以上述平均速度在地面道路上奔跑,能否在这两个车站间挑战成功?
参考答案:
一、选择题(1~6为单选每小题3分,7~10为多选每小题4分,共34分)
1.下列几种情况,不可能发生的是( D )
A.位移和加速度反向
B.速度和加速度反向
C.加速度不变,速度在变
D.速度不变,加速度在变
解析:减速直线运动中,加速度与速度反向,与位移也反向,所有的匀变速运动,加速度不变,速度变化.速度不变,加速度一定为零,故只有D符合题意.
2.如图所示,A物体从地球的赤道正上方h处由静止释放,经过时间t1落到地面上,B物体从北极正上方h高处由静止释放,经过时间t2落到地面上,不计空气阻力,且h远小于地球表面半径,A、B释放后均做自由落体运动,则t1、t2的大小关系为( B )
A.t1=t2 B.t1>t2
C.t1解析:赤道上的重力加速度比北极的重力加速度小,由h=gt2知t1>t2.
3.一质点做直线运动的v-t关系图像如图所示,则该质点的x-t关系图像可大致表示为下列四选项中的( B )
解析:从v-t图像可知质点先做匀减速,后做反向的匀加速直线运动;反向加速过程的加速度比减速过程的加速度大.在x-t图像上曲线切线斜率表示速度,切线斜率应先减小,再增大.因此选项B正确.
4.甲和乙两个物体在同一直线上运动,它们的v-t图像分别如图中的a和b所示,下列说法正确的是( A )
A.在t1时刻它们的运动方向相同
B.在t2时刻甲与乙相遇
C.甲的加速度比乙的加速度大
D.在0~t2时间内,甲比乙的位移大
解析:在t1时刻,甲和乙速度均为正值,两物体均沿正方向运动,A正确;在t2时刻,甲、乙的速度相同,两物体的位移不相同,乙的位移比甲的位移大,由于甲、乙的出发点不确定,所以不能确定在t2时刻甲与乙是否相遇,B、D错误;b直线的斜率的绝对值比a的斜率的绝对值大,即乙的加速度比甲的加速度大,C错误.
5.火车沿平直轨道以20 m/s的速度向前运动,司机发现正前方50 m处有一列火车正以8 m/s的速度沿同一方向行驶,为避免相撞,司机立即刹车,刹车的加速度大小至少应是( D )
A.1 m/s2 B.2 m/s2
C.0.5 m/s2 D.1.44 m/s2
解析:最小的刹车加速度就是当后面火车刚好遇上前面火车时,其速度与前面火车速度一样,即8 m/s,另外注意位移差,从开始刹车到刚好碰上,后车比前车多跑50 m.由以上分析列式得,解得a=1.44 m/s2.
6.动车把动力装置分散安装在每节车厢上,使其既具有牵引动力,又可以载客.而动车组就是几节自带动力的车辆(动车)加几节不带动力的车辆(也叫拖车)编成一组,若动车组在匀加速运动过程中,通过第一个60 m所用时间是10 s.通过第二个60 m所用时间是6 s,则( A )
A.动车组的加速度为0.5 m/s2,接下来的6 s内的位移为78 m
B.动车组的加速度为1 m/s2,接下来的6 s内的位移为78 m
C.动车组的加速度为0.5 m/s2,接下来的6 s内的位移为96 m
D.动车组的加速度为1 m/s2,接下来的6 s内的位移为96 m
解析:通过第一个60 m的平均速度为v1,可以替代中间时刻的瞬时速度,所以5 s末的速度v1=,解得v1=6 m/s,通过第二个60 m的平均速度为v2,可以代替中间时刻的瞬时速度,所以13 s末的速度v2=,解得v2=10 m/s.由v2=v1+at得a=0.5 m/s2,由再接下来的6 s和前面的6 s是连续相等的时间,则有Δx=aT2即x-60 m=aT2,解得x=78 m.
7.某人站在高20 m的平台边缘,以20 m/s的初速度竖直上抛一石子,则抛出后石子距抛出点15 m处的时间可能有(不计空气阻力,g取10 m/s2)( ABD )
A.1 s B.3 s
C.(-2) s D.(+2) s
解析:物体做竖直上抛运动,小石子运动到离抛出点15 m处,15 m可能在抛出点之上,也可能在抛出点之下,规定竖直向上为正方向,则h=15 m或h=-15 m,分别代入h=v0t-gt2解得时间为1 s、3 s(h=15 m)和(2+) s(h=-15 m).
8.两辆游戏赛车a、b在两条平行的直车道上行驶,t=0时两车都在同一计时线处,此时比赛开始.它们在四次比赛中的v-t图如下所示.哪些图对应的比赛中,有一辆赛车追上了另一辆( AC )
解析:由v-t图像的特点可知,图线与t轴所围“面积”的大小,即为物体位移的大小.观察四个图像,只有A、C选项中,a、b所围“面积”的大小有相等的时刻,故选项A、C正确.
9.我国“蛟龙号”深潜器经过多次试验,终于在2012年6月24日以7 020 m深度创下世界最新纪录(国外最深不超过6 500 m),预示着可以征服全球99.8%的海底世界.假设在某次实验时,深潜器内的显示屏上显示出了从水面开始下潜到最后返回水面,10 min内全过程的深度曲线(图甲)和速度图像(图乙).则下列说法正确的有( AD )
A.甲图中h3代表本次最大深度,应为360 m
B.全过程中最大加速度是0.025 m/s2
C.4 min~6 min时间内“蛟龙号”在水面上
D.上升阶段“蛟龙号”的平均速度为1.5 m/s
解析:h3代表本次最大深度,h3=×(4+2)×60×2.0 m=360 m,A对;0~1 min时间内加速度最大,am= m/s2= m/s2≈0.033 m/s2,选项B错误;4 min~6 min时间内“蛟龙号”在最大深度处,选项C错误;上升阶段平均速度==1.5 m/s,选项D正确.
10.如图所示,光滑斜面AE被分成四个相等的部分,一物体从A点由静止释放,它沿斜面向下做匀加速运动,依次通过B、C、D点,最后到达底端E点.下列说法中正确的是( ABC )
A.物体到达各点的速率vB?vC?vD?vE=1???2
B.物体到达各点所经历的时间tE=2tB=tC=tD
C.物体从A点到E点的平均速度=vB
D.物体通过每一部分时,其速度增量Δv=vB-vA=vC-vB=vD-vC=vE-vD
解析:设AB=BC=CD=DE=x,加速度为a,则物体从A点由静止运动到E点时各段位移的时间之比为tAB?tBC?tDE=1?(-1)?(-)?(-),设tAB=t,则tAC=t, tAD=t, tAE=2t,则由v=at可得vB?vC?vD?vE=1???2,故选项A正确;由于tB=t, tC=t, tD=t,tE=2t,所以tE=2tB=tC=tD,故选项B正确;由于vB为AE的中间时刻的速度,故vB=,所以C正确;又由于vB=at, vC=at, vD=at, vE=2at,所以vB-vA=at, vC-vB=at-at, vD-vC=at-at, vE-vD=2at-at,所以选项D错误.
二、实验题(11题4分,12题12分,共16分)
11.某同学在探究“小车速度随时间变化规律”的实验时,设计的实验方案中选用了打点计时器,利用穿过打点计时器的纸带来记录小车的运动.实验后,该同学选择了一条较为理想的纸带,测量数据后,通过计算得到了小车运动过程中各计时时刻的速度如表格所示.
位置编号 0 1 2 3 4 5
时间:t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
速度:v/(m·s-1) 0.42 0.67 0.92 1.16 1.42 1.67
(1)分析表中数据,在误差允许的范围内,小车做匀加速直线运动.
(2)由于此次实验的原始纸带没有保存,另一同学想估算小车从位置0到位置5的位移,其估算方法如下:x=(0.42×0.1+0.67×0.1+0.92×0.1+1.16×0.1+1.42×0.1) m,那么,该同学得到的位移小于(填“大于”“等于”或“小于”)实际位移.为了使估算的位移尽可能接近真实值,你认为采取什么方法更合适?
答案:可以先计算相邻两位置之间的平均速度,再得到位移(或作出小车运动的v-t图像,利用速度图像下的面积求得小车的位移)
解析:(1)由表中数据可见,每经过0.1 s,速度大约增加0.25 m/s,在误差允许的范围内,小车做匀加速直线运动.(2)因为小车是不断加速的,而该同学把第一个0.1 s内的运动看成是以最小速度做匀速运动,同样,其他时间段内也是这样运算的,这样算出的位移比实际位移小.可以把时间分割得再细小一些,也可以利用平均速度来求位移,也可以用v-t图像与坐标轴围成部分的面积求位移.
12.伽利略在《两种新科学的对话》一书中,提出猜想:物体沿斜面下滑是一种匀变速直线运动,同时他还进行实验并验证了该猜想.某小组依据伽利略描述的实验方案,设计了如图甲所示的装置,探究物体沿斜面下滑是否做匀变速直线运动.实验操作步骤如下:
①让滑块从离挡板某一距离s处由静止沿某一倾角为θ的斜面下滑,并同时打开装置中的阀门,使水箱中的水流到量筒中;
②当滑块碰到挡板的同时关闭阀门(假设水流均匀稳定);
③记录下量筒收集的水量V;
④改变滑块起始位置离挡板的距离s,重复以上操作;
⑤测得的数据见表格.
次数 1 2 3 4 5 6
s/m 4.5 3.9 3.0 2.1 1.5 0.9
V/mL 90 84 62 52 40
(1)该实验利用量筒中收集的水量来表示C.
A.水箱中水的体积 B.水从水箱中流出的速度
C.滑块下滑的时间 D.滑块下滑的位移
(2)小组同学漏填了第3组数据,实验正常,你估计这组水量V=74(72~75均对)mL(结果保留两位有效数字).
(3)下列说法中不属于该实验误差来源的是C.
A.水从水箱中流出不够均匀稳定
B.滑块开始下滑和开始流水不同步
C.选用的斜面不够光滑
D.选用了内径较大的量筒
(4)如图乙所示,伽利略在自由落体运动的研究中,其科学研究方法的核心是C.
A.把提出问题和大胆猜想结合起来
B.把提出问题和实验研究结合起来
C.把实验研究和逻辑推理结合起来
D.把实验研究和大胆猜想结合起来
解析:(1)对初速度为零的匀变速运动,其位移与时间的二次方成正比,由于水是均匀稳定地流出,量筒中水的体积与时间成正比,所以量筒中收集的水量可以间接地表示时间,故选C.
(2)该运动是匀变速直线运动,位移与时间的二次方成正比,即位移与水的体积的二次方成正比,小组同学漏填了第3组数据,实验正常,由位移与体积关系s∝V2可知,这组水量V=74 mL.
(3)本实验误差的主要来源有:水从水箱中流出不够稳定,距离测量的不准确,滑块开始下滑和开始流水不同步,选用了内径较大的量筒.故选C.
(4)本实验有机地将实验研究和逻辑推理结合在一起进行分析,从而得出了最终的结论,故C正确.
三、计算题(共50分)
13.(12分)一列车由等长的车厢连接而成,车厢之间的间隙可忽略不计.一人站在站台上与第1节车厢的最前端相齐,当列车由静止开始做匀加速直线运动时开始计时,测量第1节车厢通过他的时间为2 s,则从第5节车厢开始至第16节车厢通过他的时间为多少?
答案:4 s
解析:人相对于列车做初速度为零的匀加速直线运动.由位移公式可知,在第1节车厢通过他时有x1=at,可得列车加速度a=.由x4=at和x16=at可求得前4节、前16节车厢通过他的时间分别为t4=, t16=.
则从第5节至第16节车厢通过他的时间为
t=t16-t4=4t1-2t1=2t1=2×2 s=4 s.
14.(12分)歼-15战机是我国自行设计研制的首型舰载多用途歼击机,短距起飞能力强大.若歼-15战机正常起飞过程中加速度为a,经s距离就达到起飞速度腾空而起.现已知“辽宁”舰起飞甲板长为L(L s),且起飞过程可简化为匀加速直线运动.现有两种方法助其正常起飞,方法一:在航空母舰静止的情况下,用弹射系统给飞机以一定的初速度;方法二:起飞前先让航空母舰沿飞机起飞方向以某一速度匀速航行.求:
(1)方法一情况下弹射系统使飞机具有的最小速度v1m;
(2)方法二情况下航空母舰的最小速度及此过程中的位移.
答案:(1) (2)- 2-L
解析:(1)设飞机起飞速度为v,则有v2=2as.
v2-v=2aL.
联立解得v1m=.
(2)设第二种方法中起飞过程经历时间为t,则t=
飞机位移x1=,航空母舰位移x2=v2m·t,
位移关系:x1-x2=L,
联立解得:v2m=-,x2=2(-L).
15.(13分)如图是一个十字路口的示意图,每条停车线到十字路中心O的距离均为20 m.一人骑电动助力车以7 m/s的速度到达停车线(图中A点)时,发现左前方道路一辆轿车正以8 m/s的速度驶来,车头已抵达停车线(图中B),设两车均沿道路中央做直线运动,助力车可视为质点,轿车长4.8 m,宽度可不计.
(1)请通过计算判断两车保持上述速度匀速运动,是否会发生相撞事故?
(2)若轿车保持上述速度匀速运动,而助力车立即做匀加速直线运动,为避免发生相撞事故,助力车的加速度至少要多大?
答案:(1)是 (2)0.8 m/s2
解析:(1)轿车车头到达O点的时间为t1== s=2.5 s,轿车通过O点的时间为:Δt== s=0.6 s,助力车到达O点的时间为:t2== s≈2.9 s.因为t1(2)助力车到达O点的时间小于t1=2.5 s,可避免交通事故发生,设助力车的最小加速度为am,则:
x1=v2t1+amt,解得am=0.8 m/s2.
16.(13分)据英国《每日邮报》9月16日报道,英式触式橄榄球球员赫普顿斯托尔在伦敦成功挑战地铁速度.他从“市长官邸站”下车,在下一地铁站“景隆街站”顺利登上刚下来的同一节车厢.已知地铁列车每次停站时间(从车门打开到关闭的时间)为ta=20 s,列车加速和减速阶段的加速度均为a=1 m/s2,运行过程的最大速度为vm=72 km/h.假设列车运行过程中只做匀变速和匀速运动,两站之间的地铁轨道和地面道路都是平直的且长度相同,两站间的距离约为x=400 m,赫普顿斯托尔出站和进站共用时tb=30 s.问:
(1)他在地面道路上奔跑的平均速度至少多大?
(2)郑州地铁一号线最小站间距离约为x′=1 000 m,地铁列车每次停站时间为ta′=45 s,按赫普顿斯托尔的奔跑速度,在郑州出站和进站最短共需用时tb′=60 s,列车参数和其他条件相同,试通过计算判断,若赫普顿斯托尔同样以上述平均速度在地面道路上奔跑,能否在这两个车站间挑战成功?
答案:(1)8 m/s (2)不能挑战成功
解析:(1)列车从静止加速至最大速度过程,所用时间为
t1== s=20 s.
运动位移为x1== m=200 m.
故列车加速至最大速度后立即做减速运动,列车在两站间运动总时间为t车=2t1=2×20 s=40 s.
赫普顿斯托尔在地面道路奔跑的最长时间为
t=2ta+2t1-tb=2×20 s+2×20 s-30 s=50 s.
最小平均速度为v== m/s=8 m/s.
(2)列车在郑州地铁这两站间运动总时间为
t车′=2t1+=2×20 s+ s=70 s.
赫普顿斯托尔在地面道路奔跑的时间为
t′=2ta′+t车′-tb′=2×45 s+70 s-60 s=100 s.
赫普顿斯托尔的平均速度为v′== m/s=10 m/s.
因v′>v,故不能挑战成功.
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