章末分层突破
[自我校对]
①不变
②直线上
③相同
④相反
⑤vt=v0+at
⑥s=v0t+at2
⑦v-v=2as
⑧
⑨Δs=s2-s1=s3-s2=…=aT2
⑩速度
?时间
?倾斜
?加速度
?位移
?重力
?匀加速
?vt=gt
?h=gt2
?v=2gh
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
匀变速直线运动规律的应用
解决匀变速直线运动问题,常用方法总结如下:
常用方法
规律、特点
一般公
式法
一般公式法指速度公式、位移公式和速度位移关系式三式.它们均是矢量式,使用时注意方向性.一般以v0的方向为正方向,其余与正方向相同者为正,与正方向相反者取负
平均速
度法
定义式=对任何性质的运动都适用,而=(v0+vt)只适用于匀变速直线运动
中间时刻
速度法
利用“任一段时间t中间时刻的瞬时速度等于这段时间t内的平均速度”即v=,适用于任何一个匀变速直线运动,有些题目应用它可以避免常规解法中用位移公式列出的含有t2的复杂式子,从而简化解题过程,提高解题速度
比例法
对于初速度为零的匀加速直线运动与末速度为零的匀减速直线运动,可利用初速度为零的匀加速直线运动的重要特征的比例关系,用比例法求解
逆向思维
法(反演法)
把运动过程的“末态”作为“初态”的反向来研究问题的方法,一般用于末态已知情况
图象法
应用v-t图象,可把较复杂的问题转变为较为简单的数学问题解决.尤其是用图象定性分析,可避开繁杂的计算,快速找出答案
巧用推论
Δs=sn+1
-sn=aT2
解题
匀变速直线运动中,在连续相等的时间T内的位移之差为一恒量,即sn+1-sn=aT2,对一般的匀变速直线运动问题,若出现相等的时间间隔问题,应优先考虑用Δs=aT2求解
巧选参考
系解题
物体的运动是相对一定的参考系而言的.研究地面上物体的运动常以地面为参考系,有时为了研究问题方便,也可巧妙地选用其他物体为参考系,甚至在分析某些较为复杂的问题时,为了求解简捷,还需灵活地转换参考系
有一个做匀变速直线运动的物体,它在两段连续相等的时间内通过的位移分别是24 m和64 m,连续相等的时间为4 s,求质点的初速度和加速度大小.
【解析】 (1)常规解法:由位移公式得
s1=vAT+aT2
s2= -
将s1=24 m,s2=64 m,T=4 s代入两式求得
vA=1 m/s,a=2.5 m/s2.
(2)用平均速度求解:
设物体通过A、B、C三点的速度分别为vA、vB、vC
则有= = =
解得vA=1 m/s,vB=11 m/s
vC=21 m/s,所以,加速度为
a== m/s2=2.5 m/s2.
(3)用推论公式求解:由s2-s1=aT2得64-24=a·42
所以a=2.5 m/s2,再代入s1=vAT+aT2可求得vA=1 m/s.
【答案】 1 m/s 2.5 m/s2
匀变速直线运动公式的优选方法
1.理解各个匀变速直线运动公式的特点和应用情景.
2.认真分析已知条件(必要时以书面的形式呈现出来),看已知条件和哪个公式的特点相符,然后选择用之.
3.对不能直接用单一公式解决的匀变速直线运动问题,要多角度考虑公式的组合,选择最佳的组合进行解题.
s-t图象与v-t图象的比较
两种图象
s-t图象
v-t图象
纵坐标值含义
表示位置
表示速度
坐标点含义
某时刻处
在某位置
某时刻物
体的速度
图线的意义
反映位移随时间
的变化规律
反映速度随时
间的变化规律
图线斜率
表示速度
表示加速度
纵轴截距
0时刻的位置
0时刻的初速度
如图3-1所示的位移(s)-时间(t)图象和速度(v)-时间(t)图象中,给出的四条曲线1、2、3、4代表四个不同物体的运动情况,关于它们的物理意义,下列描述正确的是( )
图3-1
A.图线1表示物体做曲线运动
B.s-t图象中,t1时刻v1>v2
C.v-t图象中,0至t3时间内3和4的平均速度的大小相等
D.两图象中,t2、t4时刻分别表示2、4开始反向运动
【解析】 能够用位移-时间图象和速度-时间图象表示的运动只有正、负方向之分,故均为直线运动,A项错误;在位移-时间图象中,切线的斜率表示物体速度的大小,故s-t图象中t1时刻1物体的速度大于2物体的速度,B项正确;根据平均速度的定义,在相同时间内位移较大的物体的平均速度较大,在v-t图象中,图线和坐标轴所围面积表示物体的位移,因此在0至t3时间内4物体的位移大于3物体的位移,故两物体的平均速度不等,C项错误;在速度-时间图象中,纵坐标的正负表示速度的方向,因此在t4时刻4物体开始减速,并非改变方向,D项错误.
【答案】 B
运动图象的应用技巧
1.确认是哪种图象,v-t图象还是s-t图象.
2.理解并熟记五个对应关系.
(1)斜率与加速度或速度对应;
(2)纵截距与初速度或初始位置对应;
(3)横截距对应速度或位移为零的时刻;
(4)交点对应速度或位置相同;
(5)拐点对应运动状态发生改变.
追及与相遇问题
两物体在同一直线上运动,往往涉及追及、相遇或避免碰撞问题,解答此类问题的关键条件是:两物体能否同时到达空间某位置.
1.追及、相遇问题的解题方法.
(1)物理分析法:通过对物理情景和物理过程的分析,找到临界状态和临界条件,然后列方程求解.尤其注意“一个条件两个关系”.“一个条件”是速度相等时满足的临界条件,“两个关系”是指时间关系和位移关系.
(2)数学解析法:匀变速直线运动的位移关系式是关于时间的二次方程,可利用二次函数求极值的方法进行临界状态的判定.
(3)图象法:借助v-t图象分析求解.
2.基本思路是:
(1)分别对两物体研究;
(2)画出运动过程示意图;
(3)列出位移方程;
(4)找出时间关系、速度关系、位移关系;
(5)解出结果,必要时进行讨论.
A、B两辆汽车在笔直的公路上同向行驶.当B车在A车前84 m处时,B车速度为4 m/s,且正以2 m/s2的加速度做匀加速运动;经过一段时间后,B车加速度突然变为零.A车一直以20 m/s的速度做匀速运动.经过12 s后两车相遇,问B车加速行驶的时间是多少?
【解析】 设A车的速度为vA,B车加速行驶的时间为t,两车在t0时相遇.
则有sA=vAt0①
sB=vBt+at2+(vB+at)(t0-t)②
式中,t0=12 s,sA、sB分别为A、B两车相遇前行驶的路程.
依题意有sA=sB+s③
式中s=84 m
由①②③式得t2-2t0t+=0
代入题给数据vA=20 m/s,vB=4 m/s,a=2 m/s2得
t2-24t+108=0
解得t1=6 s,t2=18 s
t2=18 s不合题意,舍去.
因此,B车加速行驶的时间为6 s.
【答案】 6 s
火车甲以速率v1向前行驶,司机突然发现正前方同一轨道上距离为s处有另一火车乙,正以较小的速率v2沿同方向做匀速运动,于是司机立刻使火车甲做匀减速运动,要使两列火车不相撞,加速度a的大小至少应是多少?
【解析】 法一 解析法:当火车甲速度减少到v2时用时为t=
此时间内火车甲通过的距离为s1=t
而火车乙在该段时间内匀速前进,
通过的距离为s2=v2t
要使两车不相撞,则应满足s1≤s+s2即
·≤v2·+s.
所以a≥
法二 图象法:
不相撞的临界条件是速度相等,设火车甲由v1减速到v2用时t,则t=
根据v-t图中,面积表示位移大小,可得要使两车不发生相撞,则应使图中的阴影部分面积s0<s
即·≤s 所以a≥.
【答案】
求解追及与相遇问题的关键
1.正确分析各物体的运动情况.
2.由相应的运动学规律列出运动方程.
3.结合题意寻求运动时间、位移以及速度等存在的等量关系,综合进行解答.
1.(多选)甲、乙两车在平直公路上同向行驶,其v -t图象如图3-2所示.已知两车在t=3 s时并排行驶,则( )
图3-2
A.在t=1 s时,甲车在乙车后
B.在t=0时,甲车在乙车前7.5 m
C.两车另一次并排行驶的时刻是t=2 s
D.甲、乙车两次并排行驶的位置之间沿公路方向的距离为40 m
【解析】 由题图知,甲车做初速度为0的匀加速直线运动,其加速度a甲=10 m/s2.乙车做初速度v0=10 m/s、加速度a乙=5 m/s2的匀加速直线运动.3 s内甲、乙车的位移分别为:
x甲=a甲t=45 m
x乙=v0t3+a乙t=52.5 m
由于t=3 s时两车并排行驶,说明t=0时甲车在乙车前,Δx=x乙-x甲=7.5 m,选项B正确;t=1 s时,甲车的位移为5 m,乙车的位移为12.5 m,由于甲车的初始位置超前乙车7.5 m,则t=1 s时两车并排行驶,选项A、C错误;甲、乙车两次并排行驶的位置之间沿公路方向的距离为52.5 m-12.5 m=40 m,选项D正确.
【答案】 BD
2.甲、乙两汽车在一平直公路上同向行驶.在t=0到t=t1的时间内,它们的v-t图象如图3-3所示.在这段时间内( )
图3-3
A.汽车甲的平均速度比乙的大
B.汽车乙的平均速度等于
C.甲、乙两汽车的位移相同
D.汽车甲的加速度大小逐渐减小,汽车乙的加速度大小逐渐增大
【解析】 根据v-t图象及其意义解题.根据v-t图象下方的面积表示位移,可以看出汽车甲的位移x甲大于汽车乙的位移x乙,选项C错误;根据v=得,汽车甲的平均速度v甲大于汽车乙的平均速度v乙,选项A正确;汽车乙的位移x乙小于初速度为v2、末速度为v1的匀减速直线运动的位移x,即汽车乙的平均速度小于,选项B错误;根据v-t图象的斜率反映了加速度的大小,因此汽车甲、乙的加速度大小都逐渐减小,选项D错误.
【答案】 A
3.如图3-4所示,某“闯关游戏”的笔直通道上每隔8 m设有一个关卡,各关卡同步放行和关闭,放行和关闭的时间分别为5 s和2 s.关卡刚放行时,一同学立即在关卡1处以加速度2 m/s2由静止加速到2 m/s,然后匀速向前,则最先挡住他前进的关卡是( )
图3-4
A.关卡2 B.关卡3
C.关卡4 D.关卡5
【解析】 该同学加速到2 m/s时所用时间为t1,由v1=at1,得t1==1 s,通过的位移x1=at=1 m,然后匀速前进的位移x2=v1(t-t1)=8 m,因x1+x2=9 m>8 m,即这位同学已通过关卡2,距该关卡1 m,当关卡关闭t2=2 s时,此同学在关卡2、3之间通过了x3=v1t2=4 m的位移,接着关卡放行t=5 s,同学通过的位移x4=v1t=10 m,此时距离关卡4为x5=16 m-(1+4+10) m=1 m,关卡关闭2 s,经过t3==0.5 s后关卡4最先挡住他前进.
【答案】 C
4.质点做直线运动的速度-时间图象如图3-5所示,该质点( )
图3-5
A.在第1秒末速度方向发生了改变
B.在第2秒末加速度方向发生了改变
C.在第2秒内发生的位移为零
D.第3秒末和第5秒末的位置相同
【解析】 在第1秒末质点的加速度方向发生改变,速度方向未改变,A错误.在第2秒末质点的速度方向发生改变,加速度方向未改变,B错误.在第2秒内质点一直沿正方向运动,位移不为零,C错误.从第3秒末到第5秒末质点的位移为零,故两时刻位置相同,D正确.
【答案】 D
5.同学们利用如图3-6所示方法估测反应时间.首先,甲同学捏住直尺上端,使直尺保持竖直状态,直尺零刻度线位于乙同学的两指之间.当乙看见甲放开直尺时,立即用手指捏直尺,若捏住位置的刻度读数为x,则乙同学的反应时间为________(重力加速度为g).基于上述原理,某同学用直尺制作测量反应时间的工具,若测量范围为0~0.4 s,则所用直尺的长度至少为________cm(g取10 m/s2);若以相等时间间隔在该直尺的另一面标记出表示反应时间的刻度线,则每个时间间隔在直尺上对应的长度是________的(选填“相等”或“不相等”).
图3-6
【解析】 直尺做自由落体运动,x=gt2,则乙的反应时间t=;当反应时间t=0.4 s时,直尺的长度h=gt2=0.8 m=80 cm;由于直尺下落过程,相等时间内位移均匀增大,故对应的长度不相等.
【答案】 80 不相等
6.一摩托车由静止开始在平直的公路上行驶,其运动过程的v-t图象如图3-7所示.求:
图3-7
(1)摩托车在0~20 s这段时间的加速度大小a;
(2)摩托车在0~75 s这段时间的平均速度大小.
【解析】 (1)加速度a=①
根据v-t图象并代入数据得
a=1.5 m/s2.②
(2)设第20 s末的速度为vm,0~20 s的位移
s1=t1③
20~45 s的位移
s2=vmt2④
45~75 s的位移
s3=t3⑤
0~75 s这段时间的总位移
s=s1+s2+s3⑥
0~75 s这段时间的平均速度
=⑦
代入数据得=20 m/s.⑧
【答案】 (1)1.5 m/s2 (2)20 m/s
章末综合测评(一)
(时间:60分钟 满分:100分)
一、选择题(本题包括10小题,每小题6分,共60分,第1~7题只有一项符合题目要求,第8~10题有多项符合题目要求,全都选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)
1.如图1所示,下列几种情况中,哪些情况可将物体当做质点来处理( )
甲 乙 丙 丁
图1
A.甲研究正在吊起货物的起重机
B.乙研究坐在翻滚过山车中的小孩的坐姿
C.丙研究太空中绕地球飞行的宇宙飞船的位置
D.丁研究门的运动
【解析】 选项A中的起重机吊起货物时要考虑臂架仰起的幅度大小等因素,不能当做质点,A错;选项B中研究坐在翻滚过山车中的小孩的坐姿,是为了小孩的安全,不能当做质点,B错;选项C中绕地球飞行的宇宙飞船,在茫茫太空中它的形状和大小能被忽略,可以当做质点,C对;选项D中门的运动是转动,不能当做质点,D错.
【答案】 C
2.在平直的公路上行驶的汽车内,一乘客以自己的车为参考系向车外观察,下列现象中,他不可能观察到的是( )
A.与汽车同向行驶的自行车,车轮转动正常,但自行车向后行驶
B.公路两旁的树因为有根扎在地里,所以是不动的
C.有一辆汽车总在自己的车前不动
D.路旁的房屋是运动的
【解析】 当汽车在自行车前方以大于自行车的速度行驶时,乘客观察到自行车的车轮转动正常,自行车向后退,故A是可能的.以行驶的车为参考系,公路两旁的树、房屋都是向后退的,故B是不可能的,D是可能的.当另一辆汽车与乘客乘坐的车以相同的速度行驶时,乘客观察到此车静止不动,故C是可能的.
【答案】 B
3.下列关于民间俗语中所说的时间,理解正确的是( )
A.表示做事得过且过说“做一天和尚,撞一天钟”,“一天”指时间间隔
B.形容做事没有持久性说“三分钟热度”,“三分钟”指时刻
C.形容事情不是一蹴而就时说“冰冻三尺非一日之寒”,“一日”指时刻
D.进行交通安全教育时说“宁停三分,不抢一秒”,“三分”和“一秒”均指时刻
【解析】 “做一天和尚,撞一天钟”中的“一天”指时间间隔,选项A正确;“三分钟热度”中的“三分钟”指持续的时间不长,表示的是一段时间,选项B错误;“冰冻三尺非一日之寒”中的“一日”指一段时间,选项C错误;“宁停三分,不抢一秒”中的“三分”和“一秒”指一段时间,选项D错误.
【答案】 A
4.关于速度和速率,下列说法正确的是( )
A.子弹以790 m/s的速度击中目标,指的是平均速度
B.做变速运动的物体,平均速率等于平均速度的大小
C.做变速运动的物体,平均速度的方向就是物体运动的方向
D.堵车时造成在隧道内的车速仅为1.2 m/s,指的是平均速度
【解析】 790 m/s是子弹击中目标时的速度,是瞬时速度,选项A错误;平均速率等于路程与时间的比值,而平均速度为位移与时间的比值,平均速率不一定等于平均速度的大小,选项B错误;瞬时速度的方向才是物体运动的方向,平均速度的方向不一定是运动的方向,选项C错误;堵车时在缓速前进,是指通过隧道的平均速度,不是瞬时速度,选项D正确.
【答案】 D
5.下述运动中不可能出现的是 ( )
A.物体的加速度增大,速度反而减小
B.物体的加速度减小,速度反而增大
C.物体的速度为0时,加速度却不为0
D.物体加速度不为0且始终不变,速度也始终不变
【解析】 加速度和速度均为矢量,不论加速度增大还是减小,当加速度与速度方向相同时,速度是增大的,当加速度方向与速度方向相反时,速度是减小的,A、B可能;当速度为0时,加速度可以为0,也可以不为0,C可能;加速度是描述速度变化快慢的物理量,有了加速度,物体的速度一定会发生变化,D不可能.
【答案】 D
6.关于质点的位移、路程、速度、速率和加速度之间的关系,下列说法中正确的是 ( )
A.在某一段时间内物体运动的位移为零,则该物体一定是静止的
B.只要物体做直线运动,位移的大小和路程就一定相等
C.只要物体的加速度不为零,它的速度总是在变化
D.平均速率一定等于平均速度的大小
【解析】 在某一段时间内物体运动的位移为零,只能说明物体的初、末位置重合,并不能说明物体一直静止不动,选项A错误;物体做直线运动,如果做往复的直线运动,位移有可能等于零,也可能为负位移,但路程却一直增加,位移不等于路程,只有单方向的直线运动中,位移大小才等于路程,选项B错误;加速度反映速度变化的快慢,只要加速度不等于零,就一定有速度的变化,选项C正确;平均速率等于路程与时间的比值,而平均速度等于位移与时间的比值,一般情况下,平均速率不等于平均速度的大小,因此,选项D错误.
【答案】 C
7.如图2是M、N两个物体做直线运动的位移—时间图象,由图可知,下列说法中错误的是( )
图2
A.M物体做匀速直线运动
B.N物体做曲线运动
C.t0秒内M、N两物体的位移相等
D.t0秒内M、N两物体的路程相等
【解析】 由图可知,M物体的位移随时间均匀变化,N物体的位移不随时间均匀变化,所以M物体做匀速直线运动,N物体做变速直线运动,A项正确、B项错误;计时开始,M、N两物体均起始于O点运动,t0秒时,M、N两物体都到达s0位置,其位移都是s0,所以t0秒内两物体的位移相等,C项正确;随着时间的增加,位移一直在变大,且一直沿着s轴正方向运动,对单向直线运动,路程等于位移的大小,D项正确.
【答案】 B
8.有两个物体都做加速度恒定的变速直线运动,则以下说法中正确的是( )
A.经过相同的时间,速度变化大的物体,它的加速度一定大
B.若初速度相同,则末速度大的物体加速度一定大
C.若加速度相同,初速度大的物体,其末速度一定大
D.在相同的时间内,加速度大的物体,其速度变化必然大
【解析】 根据a=,相同的时间内,速度变化大,加速度一定大;加速度大,速度变化一定大,A、D正确;根据a=,加速度与三个因素有关,初速度相同,末速度大时,由于时间不确定,加速度不一定大,B错误;加速度相同,初速度大时,由于时间不确定,末速度也不一定大,C错误.
【答案】 AD
9.物体做加速直线运动,已知第1 s末的速度大小是6 m/s,第3 s末的速度大小是10 m/s,则该物体的加速度可能是( )
A.2 m/s2 B.4 m/s2
C.-4 m/s2 D.-2 m/s2
【解析】 物体做加速直线运动,虽然初、末速度的方向不知道,但方向一定是相同的.若v0=6 m/s,vt=10 m/s,则a==2 m/s2;若v0=-6 m/s,vt=-10 m/s,则a==-2 m/s2.故A、D项正确.
【答案】 AD
10.甲、乙两车某时刻由同一地点沿同一方向开始做直线运动,若以该时刻作为计时起点,得到两车的位移—时间(s-t)图象如图3所示,则下列说法正确的是 ( )
图3
A.t1时刻乙车从后面追上甲车
B.t1时刻两车相距最远
C.t1时刻两车的速度刚好相等
D.0到t1时间内,乙车的平均速度等于甲车的平均速度
【解析】 位移—时间图象反映了运动物体的位置随时间变化的关系,并不代表运动轨迹.图线上过每一点的切线斜率表示运动速度,反映运动快慢,每一点反映了某时刻物体处在某位置.由图象知,在t1时刻,甲、乙处在同一位置,二者相遇,t1时刻乙图线对应的切线斜率大于甲的斜率,说明t1时刻乙运动的比甲快,但t=0时刻,甲、乙在同一位置,甲、乙同时同地出发,且乙总在甲后面,故t1时刻乙车从后面追上甲车,选项A正确,而选项B、C错误;甲、乙两车同时从同一位置沿同一方向做直线运动,t1时间内二者位移相同,则0到t1时间内甲、乙两车的平均速度相等,选项D正确.
【答案】 AD
二、计算题(本题共3小题,共40分.按题目要求作答.)
11.(12分)登山运动时,张捷用100 min由宿营地x到达山顶y,在山道上通过的路程是2 400 m,相对于x升高了1 200 m,如图4所示.
图4
(1)由x到y的位移是多少?
(2)张捷的朋友李子俊从z点爬山,比他晚20 min开始,平均速率为0.5 m/s,结果比张捷早20 min到达山顶,求李子俊由z爬到y通过的路程.
【解析】 (1)由x到y的位移为
s= m=2 000 m.
(2)路程l2=v2t2=0.5 m/s×60×60 s=1 800 m.
【答案】 (1)2 000 m (2)1 800 m
12.(12分)如图5所示是做直线运动的物体M在0~5 s的s-t图象,求:
图5
(1)前3 s的平均速度;
(2)后3 s的平均速度;
(3)全程的平均速度;
(4)全程的平均速率;
(5)前1 s的平均速度;
(6)最后1 s的平均速度.
【解析】 平均速度是位移与发生这段位移所用的时间之比.
(1)前3 s的位移s1=(15-5) m=10 m,
所以1= m/s=3.3 m/s.
(2)后3 s的位移s2=(0-15) m=-15 m,
所以2= m/s=-5 m/s,负号表示方向与选定的s轴指向相反.
(3)全程的位移s=(0-5) m=-5 m,v== m/s=-1 m/s.
(4)全程的路程s′=(15-5+15) m=25 m,v′== m/s=5 m/s.
(5)前1 s的平均速度v1= m/s=10 m/s.
(6)最后1 s的平均速度v2= m/s=-15 m/s.
【答案】 (1)3.3 m/s (2)-5 m/s (3)-1 m/s (4)5 m/s (5)10 m/s (6)-15 m/s
13.(16分)有些国家的交通管理部门为了交通安全,特别制订了死亡加速度为500g(g=10 m/s2),意思是如果行车加速度超过此值,将有生命危险.那么大的加速度,一般情况下车辆是达不到的,但如果发生交通事故,将会达到这一数值.试问:
(1)一辆以72 km/h的速度行驶的货车与一辆以54 km/h行驶的摩托车相向而行发生碰撞,碰撞时间为2.1×10-3 s,摩托车驾驶员是否有生命危险?
(2)为了防止碰撞,两车的驾驶员同时紧急刹车,货车、摩托车急刹车后到完全静止所需要的时间分别为4 s、3 s,货车的加速度与摩托车的加速度大小之比为多少?
【解析】 (1)摩托车与货车相撞瞬间,货车的速度几乎不变,摩托车的速度反向,大小与货车的速度相同,因此,取货车的运动方向为正方向,摩托车的速度变化为
Δv=72 km/h-(-54 km/h)=126 km/h=35 m/s
所以,摩托车的加速度大小等于
a== m/s2
≈16 667 m/s2=1 666.7g>500g,
此摩托车驾驶员有生命危险.
(2)设货车、摩托车的加速度大小分别为a1、a2,根据加速度定义得:a1=,a2=
所以a1∶a2=∶=∶=1∶1.
【答案】 (1)有生命危险 (2)1∶1