必备知识解读
知识点1 时刻和时间间隔
例1-1 2022年12月4日,搭载着航天员陈冬、刘洋和蔡旭哲的神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。关于神舟十四号,下列数据指时刻的是( A )
A.返回舱于20时09分成功着陆
B.返回舱穿越“黑障”过程中会和地面失联约5分钟
C.神舟十四号整个返回过程约8小时
D.三位航天员此次出征太空历时183天
【解析】返回舱于20时09分成功着陆指的是着陆的时刻,会和地面失联约5分钟指的是失联的时间间隔,8小时指的是返回过程的时间间隔,183天指的是三位航天员在太空的时间间隔。故本题应选A项。
知识点2 位置和位移
例2-2 (多选)如图1-2-2所示是为了定量研究物体的位置变化作出的直线坐标系,规定原点(O 点)在一长直公路上某交通亭中心,公路为南北走向,规定向北为正方向。坐标系上有A、B两点,A点的位置坐标为x-A=50 m,B 点的位置坐标为x-B= 30 m ,下列说法正确的是( BC )
A.A点位于交通亭中心南方50 m处 B.A点位于交通亭中心北方50 m 处
C.B点位于交通亭中心南方30 m处 D.B点位于交通亭中心北方30 m 处
【解析】由位置坐标的意义可知,A点在正方向50 m处,即在交通亭中心北方50 m 处,故选项A错误,B正确;B点在负方向30 m处,即在交通亭中心南方30 m 处,故选项C正确,D错误。
例2-3 (2024·江苏连云港期中)从北京去重庆,可以选择不同的交通方式,如图1-2-3所示。既可以乘火车,也可以乘飞机直达,还可以先乘火车到武汉,然后乘轮船沿长江而上。下列有关说法正确的是( A )
A.沿不同路线从北京到重庆,位移相同
B.沿不同路线从北京到重庆,路程相同
C.沿同一路线从北京到重庆和从重庆返回北京,位移相同
D.只有乘飞机直达方案中,路线是直线,才可以用位移描述,其他方案中,路线不是直线,只能用路程描述
【解析】列表解析·直观解疑惑
选项 分析 正误
A 位移为初位置指向末位置的有向线段,沿不同路线从北京到重庆,位移相同。 √
B 路程为物体运动轨迹的长度,沿不同路线从北京到重庆,路程不相同。 ×
C 沿同一路线从北京到重庆和从重庆返回北京,位移大小相同,方向相反。 ×
D 无论用何种方案都可以用位移描述。 ×
知识点3 直线运动的位移
例3-4 如图1-2-5所示,一个物体从A运动到B,又从B运动到C,A、B、C 三点的位置坐标分别为x-A=5 m,x-B= 10 m,x-C= 2 m,分别求出物体从A到B、从B到C 、从A到C 的位移。
【答案】 15 m; 8 m ; 7 m
【解析】由物体的位移表示物体的位置变化可得物体从A到B 的位移为x-1=x-B x-A(x-B= 10 m,x-A=5 m ,坐标之差表示位移。)= 10 m 5 m= 15 m 物体从B到C 的位移为x-2=x-C x-B= 2 m ( 10 m)=8 m 物体从A到C 的位移为x-3=x-C x-A= 2 m 5 m= 7 m 正号表示位移方向与x轴正方向相同,负号表示位移方向与x 轴正方向相反。
知识点4 位移—时间图像
例4-5 (多选)如图1-2-7所示是一辆汽车做直线运动的x t图像,关于线段OA、AB、BC、CD 所表示的运动,下列说法正确的是( BD )
A.OA 段汽车运动得最快
B.AB 段汽车静止
C.CD 段表示汽车的运动方向与初始运动方向相同
D.0 4 h 内,汽车的位移大小为零
【解析】图示解析·巧妙寻关键
知识点5 位移和时间的测量
例5-6 (多选)关于打点计时器的原理和使用方法,下列说法正确的是( AC )
A.打点计时器应接交流电源,且所接交流电源的频率通常为50 Hz
B.如果纸带上从A点到B点共有6个点,且打点计时器所接电源的频率为50 Hz ,则从打
A点到打B点经历的时间为0.12 s
C.如果打点计时器在纸带上打下的点先密集后稀疏,则说明纸带运动得越来越快
D.电磁打点计时器接在220 V的交流电源上,电火花计时器接在8 V 的交流电源上
【解析】电磁打点计时器使用约8 V的低压交流电源,电火花计时器使用220 V 的交流电源,且二者所接交流电源的频率通常为50 Hz,A正确,D错误。电源频率为50 Hz 时,打点周期为0.02 s ,从A点到B点共有6个点,中间有5个时间间隔,则从打A点到打B点经历的时间为5×0.02 s=0.1 s ,B错误。点迹由密集变稀疏,说明相等时间内纸带的位移变大,即纸带运动变快,C正确。
关键能力构建
题型1 时刻与时间间隔的区别和判断
例7 (2024·福建莆田一中月考)如图1-2-10所示为一时间轴,下列关于时刻和时间间隔
的说法正确的是( C )
A.t_2表示时刻,称为第2 s末或第3 s初,也可以称为2 s 内
B.t_2~t_3表示时间间隔,称为前3 s 内
C.t_0~t_2表示时间间隔,称为最初2 s内或前2 s 内
D.t_n 1表示时刻,称为第(n 1) s 内
【解析】t_2表示时刻,称为第2 s末或第3 s初,而2 s 内指的是时间间隔,选项A错误;t_2~t_3表示时间间隔,指的是2~3 s这1 s,称为第3 s内,选项B错误;t_0~t_2 表示时间间隔,指的是0~2 s这2 s,称为最初2 s内或前2 s内,选项C正确;t_n 1 表示时刻,称为第(n 1) s末或第n s 初,选项D错误。
变式题:1.关于民间俗语、标语中所说的时间,下列理解正确的是( A )
A.用“做一天和尚,撞一天钟”表示做事得过且过,“一天”指时间间隔
B.用“三分钟热度”形容做事没有持久性,“三分钟”指时刻
C.用“冰冻三尺非一日之寒”形容做事情不能一蹴而就,“一日”指时刻
D.用“宁停三分,不抢一秒”进行交通安全教育,“三分”和“一秒”均指时刻
【解析】题中提到的“一天”“三分钟”“一日”“三分”和“一秒”均指时间间隔,故A正确,B、C、D错误。
题型2 直线运动的位置和位移的确定
例8 一质点在x 轴上运动,各个时刻的位置坐标如下表,则此质点开始运动后( C )
/s 0 1 2 3 4 5
/m 0 5 4 1 7 1
A.第2 s内的位移为9 m B.前2 s内的位移为4 m
C.最后3 s内的位移为5 m D.前5 s内的路程为31 m
【解析】第2 s内的位移s_1=x_2 x_1= 4 m 5 m = 9 m,负号表示位移方向沿x 轴负方向,A错误;前2 s内的位移s_2=x_2 x_0= 4 m 0= 4 m ,B错误;最后3 s内的位移s_3=x_5 x_2=1 m ( 4 m)=5 m ,C正确;只知道各时刻的位置,不知道质点运动轨迹的具体情况,所以不能判断前5 s 内的路程,D错误。
变式题2.(多选)某一质点沿一直线做往返运动,沿这一直线建立一维坐标系,O 为原点,如图1-2-11所示,DC=CO=OA=AB=1 m,质点先由A点出发沿x 轴的正方向运动至B点,再沿x 轴的负方向运动,以下说法正确的是( BCD )
A.质点在├ A→B→C┤的过程中的位移为2 m,路程为4 m
B.质点在├ B→D┤的过程中的位移为 4 m,路程为4 m
C.当质点到达D点时,其位置可用D点的坐标 2 m 表示
D.质点在├ A→D┤的过程中的位移为 3 m
【解析】质点在├ A→B→C┤ 的过程中(【抓重点】A为初位置,C为末位置。),位移大小为2 m,位移方向为A指向C,沿x轴负方向,所以位移为 2 m,路程为4 m ,A错误;在├ B→D┤的过程中,质点的位移方向由B指向D,沿x 轴负方向,所以位移为 4 m,路程为4 m ,B正确;当质点到达D点时,其位置在原点的左侧,坐标为 2 m,C正确;当质点到达D点时,其在A点左侧3 m处,所以质点在├ A→D┤ 的过程中的位移沿x轴负方向,位移为 3 m ,D正确。
题型3 用x t 图像描述物体的运动
例9 沿同一直线运动的A、B两物体,相对同一参考系的x t 图像如图1-2-12所示,下列说法正确的是( D )
A.前5 s内A、B的位移均为10 m
B.两物体由同一位置开始运动,物体A比B迟3 s 才开始运动
C.在前5s内两物体的位移相同,5s末A、B 相遇
D.从3s末开始,两物体运动方向相同,且A比B 运动得快
【解析】导图解析·清晰理思路
变式题3.(多选)如图1-2-13所示为甲、乙两物体相对于同一参考系的x t 图像。下列说法正确的是( ABC )
A.甲、乙两物体的出发点相距x_0
B.t_1 t_2 时间内,甲、乙两物体都做匀速直线运动
C.甲物体比乙物体早出发的时间为t_1
D.t_1 t_2 时间内,甲、乙两物体同向运动
【解析】甲物体在t=0 时刻出发,其运动方向与规定的正方向相反,做匀速直线运动,出发点距原点的距离为x_0;乙物体在t=t_1 时刻从原点出发,其运动方向沿规定的正方向,做匀速直线运动,两物体运动方向相反。故A、B、C正确,D错误。
核心素养聚焦
考向1 考查位移—时间图像的应用
例10 (浙江选考科目试题改编,多选)甲、乙两物体零时刻开始从同一地点向同一方向做直线运动,位移—时间图像分别如图1-2-14中的A、B图线所示,则在0 t_1 时间内( BD )
A.甲运动得总比乙快 B.甲、乙位移相同
C.甲经过的路程比乙小 D.甲、乙的运动方向始终相同
【解析】在x t 图像中,图线的斜率的绝对值表示物体运动的快慢,由题图可知,在0 t_1 时间内,A图线的斜率不变,即甲做匀速运动,B图线的斜率先小于A图线的斜率,在某一时刻等于A图线的斜率,之后大于A图线的斜率,因此乙运动得先比甲慢,后比甲快,选项A错误;A、B图线的斜率都始终为正,因此甲、乙的运动方向始终相同,都沿正方向运动,选项D正确;甲、乙从同一地点出发做单向直线运动,在t_1时刻位于同一位置,因此0 t_1 时间内甲、乙的路程和位移都相等,选项B正确,C错误。
考向2 位移的计算
例11 (2022·辽宁卷)如图1-2-15所示,桥式起
重机主要由可移动“桥架”“小车”和固定“轨道”
三部分组成。在某次作业中桥架沿轨道单向
移动了8 m,小车在桥架上单向移动了6 m 。该
次作业中小车相对地面的位移大小为( C )
A.6 m B.8 m C.10 m D.14 m
习题课
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1.(2024·陕西西安期中)下列关于矢量和标量的说法正确的是( D )
A.取定正方向,甲、乙两物体均做直线运动,甲的位移为3 m,乙的位移为 5 m ,则乙的位移小于甲的
B.甲、乙两物体的位移大小均为50 m ,这两个物体的位移必定相同
C.温度计的度数有正有负,所以温度也是矢量
D.温度计度数的正负号表示温度高低,不表示方向,温度是标量
【解析】位移是矢量,其绝对值表示大小,符号代表方向,可知甲的位移小于乙的位移,A错误;两物体运动的位移大小均为50 m ,这两个物体的位移不一定相同(【避易错】位移是矢量,只有大小和方向都相同时,位移才相同。),B错误;温度是标量,度数的正负表示温度的高低,不表示方向,C错误,D正确。
2.“从成都双流机场出发的某列航班12点15分起飞,经过2个小时抵达新郑机场”,关
于这段描述,下列说法正确的是( C )
A.“12点15分”和“2小时”都表示时间间隔
B.“12点15分”和“2小时”都表示时刻
C.“12点15分”表示时刻,“2小时”表示时间间隔
D.“12点15分”表示时间间隔,“2小时”表示时刻
【解析】时间间隔在时间轴上对应一段距离,时刻在时间轴上对应一个点。分析可知“12点15分”表示时刻,“2小时”表示时间间隔,选项C正确。
3.小芳从O点出发,运动了2 min。第1 min末,她位于O点正东50 m的甲处;第2 min 末,她位于O点正北100 m的乙处。则下图中能正确表示小芳在第2 min 内位移的是( C )
ABBD
【解析】位移为初位置指向末位置的有向线段,在第2 min内,初位置为O 点正东50 m的甲处(【点拨】题干中“第1 min末”的位置,“第1 min末”就是“第2 min 初”。),末位置为O点正北100 m 的乙处,故选项C正确。
4.(2024·河南南阳六校月考联考)你左手拿一块表,右手拿一支笔,当你的合作伙伴沿直线拉动一条纸带,使纸带在你的笔下向前移动时,你每隔1 s 用笔在纸带上点下一个点,这就相当于一台“打点计时器”。如果在纸带上点下了10个点,则在点下这些点的过程中,纸带的运动时间是( B )
A.1 s B.9 s C.10 s D.11 s
【解析】每隔1 s 用笔在纸带上点下一个点,如果在纸带上点下了10个点,那么就有9个时间间隔,所以在点下这些点的过程中,纸带的运动时间是t=9×1 s =9 s ,故选项B正确。
5.[教材第20页“练习与应用”第6题改编]从高出地面3 m 的位置竖直向上抛出一个小球,它上升5 m 后回落,最后到达地面。以竖直向上为正方向,以抛出点为原点建立一维坐标系,如图所示,则全过程中小球的位移和路程分别是( B )
A. 3 m,5 m B. 3 m,13 m C.3 m,13 m D.3 m,5 m
【解析】位移是由初位置指向末位置的有向线段,故小球的位移为 3 m ,球上升5 m,又下降8 m,故全过程的路程是5 m+8 m=13 m 。B正确。
6.在平直公路上甲、乙两辆汽车运动的位移—时间图像如图
所示,下列说法正确的是( C )
A.甲、乙两辆汽车的运动方向相同
B.t_0 时刻,甲车的运动方向发生了变化
C.t_1 时刻,甲、乙两辆汽车相遇
D.t_2 时刻,乙车静止
【解析】x t图像斜率的正负表示运动方向,甲汽车x t 图像的斜率为正,乙汽车x t 图像的斜率为负,可知甲、乙两车的运动方向相反,选项A错误;甲车一直沿正方向运动,t_0 时刻,甲车的运动方向没有发生变化(【避易错】运动方向应由x t图像斜率的正负判断,此处易误认为在t轴下方方向为负,t 轴上方方向为正。),选项B错误;根据x t图像可知,t_1 时刻,甲、乙两辆汽车位于同一位置,则两辆汽车相遇,选项C正确;x t 图像的斜率的绝对值大小表示运动快慢,可知乙车做匀速直线运动,t_2 时刻仍在运动,选项D错误。
7.北京时间2023年10月26日17时46分,神舟十七号载人飞船成功与距离地面约400公里的空间站组合体对接。在轨驻留期间,航天员汤洪波出舱活动时会看到地球在转动,下列说法正确的是( D )
A.17时46分指的是时间间隔
B.400公里指的是神舟十七号载人飞船飞行的路程
C.对接时可以将神舟十七号载人飞船看成质点
D.汤洪波以空间站组合体为参考系观察到地球在转动
【解析】列表解析·直观解疑惑
选项 分析 正误
A 17时46分对应时间轴上的点,指的是时刻。 ×
B 400公里指的是空间站组合体所处轨道与地面的距离,不是神舟十七号载人飞船飞行的路程。 ×
C 对接时,神舟十七号载人飞船的形状、大小不能忽略,因此不能将神舟十七号载人飞船看成质点。 ×
D 汤洪波以空间站组合体为参考系观察到地球在转动。 √
8.如图所示,天舟二号货运飞船与天和核心舱在交会对接之前,分别沿半径为r、R 的圆形轨道运动。某时刻天舟二号货运飞船和天和核心舱分别运动到B、A 点,下列关于二者的说法正确的是( C )
A.天和核心舱运行一周的位移大小为2πR
B.天舟二号运行1/2周的路程为√2r
C.天舟二号运行1/4周的位移大小为√2r
D.二者各自运行一周,其路程相等
【解析】位移是初位置指向末位置的有向线段,天和核心舱运行一周的位移为0,选项A错误;天舟二号运行1/2周的路程为s=πr,选项B错误;天舟二号运行1/4 周的位移大小为x=√r^2+r^2=√2r ,选项C正确;天和核心舱的运行半径比天舟二号的运行半径大,二者各自运行一周,路程为各自所在圆轨道的周长,则天和核心舱的路程更大,选项D错误。
9.甲、乙两质点运动的位移—时间图像如图中a、b所示,其中a 图线为抛物线的一部分,不考虑二者碰撞,则下列说法正确的是( C )
A.甲做曲线运动,乙做直线运动 B.乙质点在t_2~t_3 时间内做匀速直线运动
C.t_1~t_4时间内甲、乙两质点的位移相同 D.t_3~t_4 时间内乙比甲运动得快
【解析】位移—时间图像只能描述直线运动的规律,因此甲、乙都做直线运动,A错误;由题图知,t_2~t_3时间内乙的位置没变,即静止,B错误;t_1和t_4 时刻,甲、乙位置相同,所以t_1~t_4时间内甲、乙两质点的位移相同,C正确;t_3~t_4时间内a 的斜率比b的大,根据位移—时间图像的斜率表示质点运动的快慢,可知t_3~t_4 时间内甲比乙运动得快,D错误。
10.某同学用电磁打点计时器打出一条如图所示的纸带,按照打点的先后顺序,纸带上的计数点依次用O、A、B、C、D、E 表示,每两个相邻的计数点之间还有4个计时点没画出来。(已知电源频率为50 Hz)
(1)电磁打点计时器使用___8__V 的___交流___(选填“直流”或“交流”)电源。
【解析】电磁打点计时器使用约为8 V 的交流电源。
(2)由图知,A、B两点的时间间隔是____0.10__s,OE段的位移大小是___0.405____m 。
【解析】已知电源频率为50 Hz,故电磁打点计时器打点的时间间隔为0.02 s ,由于每两个相邻的计数点之间还有4个计时点没画出来,则A、B 两点的时间间隔T=0.02×5 s=0.10 s,OE段的位移大小为40.5 cm,即0.405 m 。
11、(2024·江苏南通开学考试)如图所示,运动场的直线跑道上,每隔4 m 放一空瓶。运动员进行往返跑训练时,推倒中间O点处的空瓶后,跑向O点右侧最近的A点,将空瓶推倒后返回,再推倒O 点左侧A′点处的空瓶,之后再跑向右侧的B 点,将空瓶推倒,再向左,如此反复。取向右为正方向,下表是运动员在不同时刻对应的位置坐标(每个时刻均对应运动员第一次到达该位置)。
由表格中所给数据试求:
时刻 /s 0 2 6 12 20 30
位置坐标 /m 0 4 4 8 8 12
(1)0~2 s 内运动员的位移;
【答案】大小为4 m ,方向向右
(2)2~6 s 内运动员的位移;
【答案】大小为8 m ,方向向左
(3)前20 s 内运动员的路程和位移。
【答案】40 m大小为8 m ,方向向左
12.(2024·安徽合肥期中)如图所示,自行车的车轮半径为R ,车轮沿直线无滑动地滚动,求气门芯由轮子的正上方第一次运动到轮子的正下方时,气门芯的位移的大小。