人教版必修1第二章 匀变速直线运动的研究 单元测试(素养提升)
一 、单选题(本大题共8小题,共48分)
1.(6分)以的速度沿平直公路行驶的汽车,遇障碍刹车后获得大小为的加速度.刹车后内,汽车走过的路程为
A. B. C. D.
2.(6分)(2022·西安高一检测)如图所示,某直升机悬停在空中投送物资,物资3s后落地(物资下落过程可看成自由落体运动),g取10m/。则直升机距地面的高度大约为( )
A. 15m B. 20m C. 35m D. 45m
3.(6分)甲、乙、丙三辆汽车以相同的速度同时经过某一路标,以后甲车一直做匀速直线运动,乙车先减速后加速,丙车先加速后减速,它们经过下一路标时的速度又相同则
A. 甲车先通过下一个路标 B. 乙车先通过下一个路标
C. 丙车先通过下一个路标 D. 三车同时通过下一个路标
4.(6分)如图所示,航空母舰上有帮助飞机起飞的弹射系统,已知某战机在跑道上加速时产生的加速度为4.5m/,战斗机滑行100m时起飞,起飞速度为50m/s,则航空母舰静止时弹射系统必须使战机具有的初速度为( )
A. 10m/s B. 20m/s C. 30m/s D. 40m/s
5.(6分)甲物体的重力是乙物体的5倍,甲从h高处、乙从2h高处同时自由下落,不计空气阻力,下列说法错误的是( )
A. 下落过程中,它们的加速度相同
B. 下落1s末,它们的速度相同
C. 各自下落1m时,它们的速度相同
D. 两物体下落过程中,同一时刻甲的速率比乙大
6.(6分)在如图所示的图中,为了推断出“梯形的面积表示位移”这一结论,采用的思想方法是
A. 模型建构 B. 控制变量 C. 无限分割与逼近 D. 类比
7.(6分)汽车关闭发动机后做匀减速直线运动,经过汽车速度由减为,在这时间内汽车前进
A. B. C. D.
8.(6分)某质点由经到做匀加速直线运动,前和后位移分别为和该质点的加速度及经点的瞬时速度分别是
A. 、 B. 、
C. 、 D. 、
二 、多选题(本大题共4小题,共24分)
9.(6分)如图所示为甲、乙两个质点做初速度为零的匀加速直线运动的位移时间图像,时,甲的速度大小为,甲、乙位移差为,则
A. 时间内,甲运动的位移大小为 B. 甲的加速度大小为
C. 时,乙的速度大小为 D. 乙的加速度大小为
10.(6分)如图所示,某同学用频闪相机拍出屋檐上某个水滴下落情况。已知第1次闪光时,水滴刚好离开屋檐,共闪光4次,每次闪光的时间很短可忽略不计,相邻两次闪光时间间隔为0.1s,重力加速度g=10m/s2,不计空气阻力。下列说法正确的是( )
A. 第1次闪光到第2次闪光,水滴下落的距离为0.25m
B. 相邻两次闪光时间间隔内的位移增量为0.1m
C. 第2次闪光时,水滴的速度大小为1m/s
D. 第3次闪光到第4次闪光水滴速度的增量大于第1次闪光到第2次闪光水滴速度的增量
11.(6分)关于做匀变速直线运动的物体,下列说法正确的是
A. 在内、内、内物体通过的位移之比是::
B. 一质点的位置坐标函数是,则它运动的初速度是,加速度是
C. 加速度方向不一定与速度方向相同,但一定与速度变化的方向相同
D. 任意两个相等时间间隔内物体的位移之差都相等
12.(6分)某物体做直线运动,位置随时间变化的关系为,下列说法正确的是
A. 物体做变速运动,加速度随时间逐渐增大 B. 时,物体的速度为零
C. 时,物体的速度为零 D. 物体的运动出现了往返
三 、实验题(本大题共1小题,共10分)
13.(10分)用图所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。
主要实验步骤如下:
安装好实验器材.接通电源后,让拖着纸带的小车沿长木板运动,重复几次,
选出一条点迹清晰的纸带,找一个合适的点当作计时起点,然后每隔相同的时间间隔选取一个计数点,如图中、、、、、……所示,
通过测量、计算可以得到在打、、、、……点时小车的速度,分别记作、、、、……
以速度为纵轴、时间为横轴建立直角坐标系,在坐标纸上描点,如图所示,
结合上述实验步骤,请你完成下列任务:
在下列仪器和器材中,还需要使用的有________和________填选项前的字母,
A.电压合适的交流电源
B.电压可调的直流电源
C.刻度尺
D.秒表
E.天平含砝码
在图中已标出计数点、、、对应的坐标点,请在该图中标出计数点对应的坐标点,并画出图像;
观察图像,可以判断小车做匀变速直线运动,其依据是________,图像斜率的物理意义是_____________;
描绘图像前,还不知道小车是否做匀变速直线运动,用平均速度表示各计数点的瞬时速度,从理论上讲,对的要求是________填“越小越好”或“与大小无关”;从实验的角度看,选取的大小与速度测量的误差________填“有关”或“无关”;
早在世纪末,伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的,当时只能靠滴水计时,为此他设计了如图所示的“斜面实验”,反复做了上百次,验证了他的猜想,请你结合匀变速直线运动的知识,分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的。
四 、填空题(本大题共1小题,共6分)
14.(6分)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系.使用的器材有:斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器.
实验步骤如下:
①如图所示,将光电门固定在斜面下端附近;将一挡光片安装在滑块上,记下挡光片前端相对于斜面的位置,令滑块从斜面上方由静止开始下滑;
②当滑块上的挡光片经过光电门时,用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间;
③用表示挡光片沿运动方向的长度如图所示,表示滑块在挡光片遮住光线的时间内的平均速度大小,求出;
④将另一挡光片换到滑块上,使滑块上的挡光片前端与①中位置相同,令滑块由静止开始下滑,重复步骤②、③;
⑤多次重复步骤④;
⑥利用实验中得到的数据作出图,如图所示.
完成下列填空:
用表示滑块下滑的加速度大小,用表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小,则与、和的关系式为__________.
由图可求得,_______,_______结果保留三位有效数字
五 、计算题(本大题共4小题,共48分)
15.(12分)汽车由静止开始在平直的公路上行驶,在0~30s内汽车的加速度随时间变化的图像如图所示。求:
(1)汽车在15s末时的速度和30s末时的速度。
(2)画出汽车在0~30s内的v-t图像。
16.(12分)一个小孩做推物块的游戏,如图所示,质量为的小物块放置在光滑水平面上,紧靠物块右端有一辆小车,小孩蹲在小车上,小孩与车的总质量为,一起静止在光滑水平面上,物块左侧紧挨着足够长的水平传送带,传送带的上表面与水平面在同一高度,传送带以速度顺时针转动。游戏时,被小孩以相对水平面的速度向左推出,一段时间后返回到传送带右端,继续向右追上小孩后又立即被小孩以相对水平面的速度向左推出,如此反复,直至追不上小孩为止。已知物块与传送带间的动摩擦因数为,重力加速度为。
求物块第一次被推出后,小孩与车的速度大小;
若传送带转动的速度,求物块被小孩第一次推出后到返回传送带右端所用的时间。
17.(12分)【典例1】国歌从响起到结束的时间是48s,国旗上升的高度是17.6m。假设国歌响起同时国旗开始向上做匀加速运动4s,然后匀速运动,最后匀减速运动4s到达旗杆顶端,速度恰好为零,此时国歌结束。求:
(1)国旗匀加速运动时的加速度大小;
(2)国旗匀速运动时的速度大小。
18.(12分)从离地的空中由静止开始自由落下一个小球,落地前最后小球的位移为,取,求:
经过多少时间小球落到地面;
的高度是多少;
从开始下落的时刻起,小球在第内的位移大小;
下落一半时间的位移大小.
答案和解析
1.【答案】C;
【解析】解:汽车的初速度:,
汽车的运动时间:,
汽车刹车后停止运动,则刹车内的位移:
;
故选:。
已知汽车的初速度与加速度,应用匀变速直线运动的速度公式求出其运动时间,然后根据运动学公式求出内的位移.
此题主要考查了求汽车的位移,分析清楚汽车的运动过程、应用匀变速直线运动的运动学公式可以解题;本题是匀减速直线运动问题,解题时要注意求出汽车的运动时间,这是易错点.
2.【答案】D;
【解析】略
3.【答案】C;
【解析】解:由于乙因先减速后加速,它在整个运动过程中的平均速度都比甲小,所以在相等位移内它的时间比甲大。
丙先加速后减速,所以它在整个运动过程中的平均速度都比甲大,经过相同的位移,它的时间肯定比匀速运动的甲小;
由此可知,丙将最先到达下一个路标,乙最后一个到达下一个路标。
故选:。
我们可以定性地进行分析:因为丙先加速后减速,所以它在整个运动过程中的速度都比甲大,所以相等时间内它的位移肯定比匀速运动的甲大;而乙因先减速后加速,它在整个运动过程中都以比甲小的速度在运动,所以在相等时间内它的位移比甲小.
该题可以通过平均速度去解题,也可以通过画图象去分析,图象与坐标轴所围成的面积即为位移.
4.【答案】D;
【解析】略
5.【答案】D;
【解析】略
6.【答案】C;
【解析】
此题主要考查物理思维方法,属于基础题。
为了推断出“梯形的面积表示位移”这一结论,采用微元法,把整个运动过程划分割成很多小段,每一小段近似看作匀速直线运动,各小段的位移之和即为整个运动过程的位移,划分得越多,计算越精确,所以采用的思想方法是无限分割与逼近,故错误,正确。
7.【答案】C;
【解析】解:在这时间内汽车前进
,
故正确,错误。
故选:。
根据匀变速直线运动规律求内平均速度,根据求位移。
此题主要考查匀变速直线运动规律的应用,汽车减速问题注意减速到零的时间,匀减速过程可以看成逆向匀加速处理。
8.【答案】A;
【解析】解:根据得加速度为:。
点的速度等于段的平均速度,则有:。
故选:。
根据连续相等时间内的位移之差是一恒量求出质点的加速度,根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出点的瞬时速度.
解决本题的关键掌握匀变速直线运动的运动学公式和推论,并能灵活运用,有时运用推论求解会使问题更加简捷.
9.【答案】AB;
【解析】解:、时间内,甲运动的位移大小为,故正确;
、根据加速度的定义式,可得加速度大小,故正确;
、时间内,乙运动的位移,设时,乙的速度大小为,则
代入数据解得,故错误;
、根据加速度的定义式,乙的加速度大小,故错误。
故选:。
、根据运动学公式,结合题意求出时间内,甲运动的位移大小;
、根据加速度的定义式,结合题意得出加速度的大小;
、根据运动学公式,结合题意求出乙的速度大小;
、根据加速度的定义式,结合已知量求出乙的加速度大小。
此题主要考查了匀变速直线运动的位移与时间的关系,在解题时要注意结合图像。
10.【答案】BC;
【解析】
11.【答案】BCD;
【解析】解:、因为,只有初速度为零的匀变速直线运动,才能满足在内、内、内物体通过的位移之比是::,故错误;
、一质点的位置坐标函数是,根据;可知,;加速度;故正确;
、加速度可以与速度方向相同,也可以相反,也可以不在同一直线上,但一定与速度变化的方向相同;故正确;
、任意两个连续相等的时间间隔内物体的位移之差都相等,即;故正确。
故选:。
明确匀变速直线运动的规律,能根据位移公式分析对应的坐标函数中的速度和加速度;并牢记相应的匀变速直线运动规律的应用.
此题主要考查匀变速直线运动的公式及相应的规律,解题关键是熟练掌握匀变速直线运动的基本公式和规律,注意明确对应的结论的正确应用.
12.【答案】CD;
【解析】解:、由位移时间公式结合题中的关系式可知,时,物体的初速度为,物体的加速度为。物体做匀变速直线运动,加速度恒定不变,故错误;
、当时,,故正确;
、由初速度和加速度的关系可知,物体在往负方向运动,后往正方向运动,物体的运动出现了往返,故正确。
故选:。
根据公式的对比得出物体的初速度和加速度,结合运动学公式判断出速度的变化。
此题主要考查了基本运动学公式的应用,代入数据进行运算即可,在计算过程中要注意物理量的正负,属于基础题型。
13.【答案】,;
;
小车的速度随时间均匀变化,加速度;
越小越好,有关;
如果小球的速度随时间均匀变化,则小球的位移将随时间的平方均匀变化,因此可利用滴水法测出任意两个相邻且相等的时间内小球通过的位移差是否恒定来验证。;
【解析】
打点计时器使用的交流电源,选项正确,选项错误;
实验需要测出计数点间的距离,故还需要刻度尺,选项正确;
计数点间的时间间隔可通过纸带上打出的点测出,故不需要秒表,选项错误;
本实验不需要测小车的质量,选项错误;
先在图中描点,连线时让尽可能多的点在图线上,不在图线上的点尽量均匀分布在图线的两侧,如图所示:
;
图像的斜率表示小车的加速度,由于图线为倾斜直线,故小车做匀变速直线运动;
从理论上讲,越小,在该时间内的平均速度越接近瞬时速度,故越小越好;从实验的角度看,选取的大小与速度测量的误差有关;
如果小球的速度随时间均匀变化,则小球的位移将随时间的平方均匀变化,因此可利用滴水法测出任意两个相邻且相等的时间内小球通过的位移差是否恒定来验证。
14.【答案】 ;
【解析】
由于滑块做匀变速运动,在挡光片通过光电门的过程中,由运动学公式得,故
由结合图可知,图线与纵轴的交点的纵坐标即为,将图线延长与纵轴相交,得,图线的斜率等于,即,求得
15.【答案】(1)30m/s 0 (2)图见解析;
【解析】(1)汽车在15s末的速度==2m/×15s=30m/s
30s末时的速度=-=2m/×15s-3m/×10s=0
(2)在0~15s内做匀加速直线运动,15s末的速度是30m/s;在15~20s内做匀速直线运动;在20~30s内做匀减速直线运动,30s末的速度为零。根据汽车在第15秒末、20秒末、30秒末的速度作出v-t图线如图所示。
16.【答案】解:(1)以整体为研究对象,取向右为正,水平方向根据动量守恒定律可得:0=m-6m
解得:=;
(2)物块在传送带上运动的加速度大小为a=μg,
减速的时间为==,
位移x=
返回加速的时间:==,
位移==
返回匀速运动的时间:==
所以物块被小孩第一次推出后到返回传送带右端N所用的时间t=++
联立解得:t=。
答:(1)物块第一次被推出后,小孩与车的速度大小为;
(2)若传送带转动的速度v=0.5,物块被小孩第一次推出后到返回传送带右端N所用的时间为。;
【解析】
以整体为研究对象,取向右为正,水平方向根据动量守恒定律求解;
求出物块在传送带上运动的加速度大小,分析物块的运动情况,根据运动学公式求解物块被小孩第一次推出后到返回传送带右端所用的时间。
题主要是考查了动量守恒定律和牛顿第二定律的综合应用;对于动量守恒定律,解答时要首先确定一个正方向,利用碰撞前系统的动量和碰撞后系统的动量相等列方程求解。
17.【答案】(1)0.1m/ (2)0.4m/s;
【解析】由题意知,国旗匀加速上升时间=4s,匀减速上升时间=4s,匀速上升时间=--=40s,
国旗匀加速上升阶段:=
国旗匀速上升阶段:v=,=v
国旗匀减速上升阶段:=v-
根据运动的对称性,对于全过程:
=,++=17.6m
由以上各式可得:=0.1m/,v=0.4m/s。
18.【答案】解:落地前最后小球的位移为,最后的中间时刻的速度等于最后的平均速度,设小球下落时间为,则,解得。
由可得高度。
小球在第内的位移
下落一半时间内的位移,由公式得: ;
【解析】根据最后的中间时刻的速度等于最后的平均速度,和速度时间关系求出小球运动的时间;
根据求出下落高度;根据 求出第内位移的大小;
根据求出下落一半时间的位移。
解决本题的关键掌握自由落体运动的规律,灵活运用运动学公式进行求解。