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第3节 运动快慢的描述——速度
物体的运动有快慢之分，“神州七号”飞船冲破大气层飞入茫茫宇宙，“和谐号”动车组在铁轨上奔驰，鱼儿在水中游动……，它们的位置都发生了变化．但是，单靠人类通过肉眼来判断物体运动的快慢，往往是不科学的也是不准确的．那么，我们如何准确地描述物体的运动呢？
要点一、速度
1．定义：位移与发生这个位移所用时间的比值叫做速度．
2．表达式：v＝.
3．单位：国际单位制中用米每秒(m/s或m·s－1)表示．
常用单位：千米每小时(km/h或km·h－1)、厘米每秒(cm/s或cm·s－1)．
4．物理意义：速度是描述物体运动快慢和运动方向的物理量．
5．矢量性：速度是矢量，既有大小，又有方向，速度的大小在数值上等于单位时间内物体位移的大小，速度的方向就是物体运动的方向．
6．匀速运动：
若物体在运动过程中速度v保持不变，即物体做匀速直线运动，则物体在Δt时间内的位移Δx＝vΔt.
要点二、平均速度和瞬时速度
1．两种速度的比较
区 平均速度 瞬时速度
粗略地描述物体运动的快慢 精确地描述物体运动的快慢
与一段时间(或一段位移)相关 与某一时刻(或某一位置)相关
联系 在匀速直线运动中，瞬时速度保持不变，所以任一段时间内的平均速度等于任一时刻的瞬时速度．
物体做变速直线运动，一般来说，一段时间内的平均速度不等于这段时间初、末时刻瞬时速度的算术平均值，即≠
2．对瞬时速度的理解
(1)瞬时速度精确反映了物体运动的快慢，瞬时速度简称速度，“速度”一词有时指平均速度，有时指瞬时速度，要根据上下文判断．
(2)瞬时速度对应的是某一瞬时，或者说某一时刻、某一位置，故说瞬时速度时必须指明是在哪个时刻(或在哪个位置)时的瞬时速度．
(3)方向性：速度与速率不同，速率只反映质点的运动快慢，而速度却反映质点运动的快
慢和方向.
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一、对速度的理解
例1 甲、乙两质点在同一直线上匀速运动，设向右为正，甲质点的速度为2 m/s，乙质点的速度为－4 m/s，则可知( )
A．乙质点的速率大于甲质点的速率
B．因为＋2>－4，所以甲质点的速度大于乙质点的速度
C．这里的正、负号的物理意义是表示运动的方向
D．若甲、乙两质点同时由同一点出发，则10 s后甲、乙两质点相距60 m
解析 因为速度是矢量，其正负号表示物体的运动方向，速率是标量，在匀速直线运动中，速度的大小等于速率，故A、C正确，B错；甲、乙两质点在同一直线上沿相反方向运动，故D正确．
答案 ACD
速度是矢量，既有大小，也有方向，其正负表示方向，其绝对值表示速度大小，即速率.
二、平均速度与瞬时速度的区别
例2 对做变速直线运动的物体，有如下几种叙述：
A．物体在第1 s内的速度是3 m/s
B．物体在第1 s末的速度是3 m/s
C．物体在通过其路径上某一点时的速度是3 m/s
D．物体在通过一段位移x时的速度为3 m/s
以上叙述中的速度表示平均速度的是__________，表示瞬时速度的是__________．
解析 瞬时速度是指物体在某一时刻(或某一位置)的速度，它与时刻(或位置)对应；平均速度是针对一段时间(或一段位移)而言的，它与时间(或位移)对应．由此分析，表示平均速度的是选项A、D，表示瞬时速度的是选项B、C.区分瞬时速度和平均速度的关键是抓住针对某一段时间间隔还是针对某一时刻或某一位置．
答案 AD BC
平均速度是过程量，它的特点是对应一段位移和时间；瞬时速度是状态量，它对应某一位置和时刻.
三、平均速度的计算
例3 做直线运动的物体通过两个连续相等位移的平均速度分别为v1＝10 m/s，v2＝15 m/s，则物体在整个过程的平均速度多大？
解析 设每段位移为x.
则＝＝＝＝ m/s＝12 m/s.
答案 12 m/s
平均速度只能粗略地描述物体运动的快慢，计算平均速度的方法为：
(1)选取一个运动物体为研究对象
(2)选取一个运动过程为研究过程，并确定相应的Δx及Δt.
(3)由＝求出平均速度，平均速度方向与位移方向相同，若为匀速直线运动，平均速度等于任一时刻的瞬时速度；若Δt非常小，可近似认为等于初始时刻的瞬时速度.
1.下列关于速度的说法中，正确的是( )
A．速度是描述物体位置变化的物理量
B．速度是描述物体位置变化大小的物理量
C．速度是描述物体位置变化快慢的物理量
D．速度是描述物体运动路程和时间关系的物理量
答案 C
2．对于各种速度或速率，下列说法中正确的是( )
A．速率是速度的大小
B．平均速率是平均速度的大小
C．速度是矢量，平均速度是标量
D．平均速度的方向就是物体运动的方向
答案 A
解析 由速率的定义，速度的大小为速率，故A正确；平均速率是路程与时间的比值，平均速度是位移与时间的比值，位移与路程的大小不一定相等，故B错；速度与平均速度都是矢量，故C错；平均速度的方向是位移的方向，位移的方向与物体运动的方向不一定相同，故D错．
图1－3－3
3．用同一张底片对着小球运动的路径每隔 s拍一次照，得到的照片如图1－3－3所示，则小球运动0.3 s内的平均速度是( )
A．0.25 m/s B．0.2 m/s
C．0.17 m/s D．无法确定
答案 C
4．下面描述的几个速度中属于瞬时速度的是( )
A．子弹以790 m/s的速度击中目标
B．信号沿动物神经传播的速度大约为10 m/s
C．汽车上速度计的示数为80 km/h
D．台风以360 m/s的速度向东北方向移动
答案 AC
5．关于瞬时速度和平均速度的理解，下列说法中正确的是( )
A．瞬时速度一直为零，平均速度一定为零
B．瞬时速度一直为零，平均速度可以不为零
C．瞬时速度一直不为零，平均速度一定不为零
D．瞬时速度一直不为零，平均速度可以为零
答案 AD
图1－3－4
6．质点沿直线运动，位移－时间图象如图1－3－4所示，关于质点的运动下列说法中错误的是( )
A．2 s末质点的位移为零，前2 s内位移为“－”，后2 s内位移为“＋”，所以2 s末质点改变了运动方向
B．2 s末质点的位移为零，该时刻质点的速度为零
C．质点做匀速直线运动，速度大小为0.1 m/s，方向与规定的正方向相同
D．质点在4 s时间内的位移大小为0.4 m，位移的方向与规定的正方向相同
答案 AB
解析 由所给图象可知：质点从距原点“负”方向0.2 m处，沿规定的正方向做匀速直线运动，经4 s运动到“正”方向0.2 m处，在x－t图象中，“＋”号表示质点在坐标原点正方向一侧，“－”号表示质点位于原点的另一侧，与质点实际运动方向无关，位移由“－”变为“＋”并不表示质点运动方向改变，由图线的斜率可得质点运动速度大小为0.1 m/s，综上所述，选项A、B是错误的．
7．一辆做直线运动的汽车以速度v1行驶了的路程，接着以速度v2行驶剩余的路程，则汽车在全程的平均速度是________．
答案
解析 平均速度＝
设总位移为x，则总时间t＝＋
则＝＝＝
8．如图1－3－5所示是做直线运动的物体M在0～5 s的x－t图象，求：
(1)前3 s的平均速度；
(2)全程的平均速度；
(3)后1 s的速度．
图1－3－5
答案 (1)3.3 m/s (2)－1 m/s (3)－15 m/s
解析 (1)前3 s的位移为Δx1＝15 m－5 m＝10 m
平均速度为
＝＝ m/s＝3.3 m/s.
(2)全程的位移Δx＝0－5 m＝－5 m
平均速度为：＝＝－ m/s＝－1 m/s.
(3)后1 s的速度为
v2＝ m/s＝－15 m/s.
题型1 对瞬时速度、平均速度和平均速率的理解
例1 下列说法正确的是( )
A．瞬时速度可以看成时间趋于无穷小时的平均速度
B．做变速运动的物体在某段时间内的平均速度，一定和物体在这段时间内各个时刻的瞬时速度大小的平均值相等
C．物体做变速直线运动，平均速度的大小就是平均速率
D．物体做变速运动时，平均速度是指物体通过的路程与所用时间的比值
答案 A
解析 当时间非常小时，物体的运动可以看成是在这段很小时间内的匀速直线运动，此时平均速度等于瞬时速度，故A正确；平均速度是位移跟发生这段位移所用时间比值，而不是各时刻瞬时速度大小的平均值，故B错误；根据定义，平均速度的大小不是平均速率，故C错误；平均速度是位移与时间的比值，而平均速率是路程跟时间的比值，故D错误．
拓展探究 下面关于瞬时速度和平均速度的说法正确的是( )
A．若物体在某段时间内每时刻的瞬时速度都等于零，则它在这段时间内的平均速度一定等于零
B．若物体在某段时间内的平均速度等于零，则它在这段时间内任一时刻的瞬时速度一定等于零
C．匀速直线运动中任意一段时间内的平均速度都等于它任一时刻的瞬时速度
D．变速直线运动中任意一段时间内的平均速度一定不等于它某一时刻的瞬时速度
答案 AC
解析 每个时刻瞬时速度都等于零．平均速度一定等于零．但是某段时间内平均速度等于零时，任一时刻的瞬时速度不一定等于零．例如质点的往复运动，A项对，B项错；匀速直线运动中，由于相等时间内位移相等，而且位移的大小和路程相等，所以C项对；变速直线运动一段时间内的平均速度有可能等于某时刻瞬时速度，所以D项错．
要明确平均速度与瞬时速度的概念，平均速度描述一个过程中的运动，但不能精确地描述物体在某个时刻或位置的运动；瞬时速度是用来精确描述物体在某个时刻或位置的运动，平均速度与瞬时速度在数量上没有确定的关系.
题型2 平均速度和平均速率的求解
例2 有一辆汽车沿笔直公路行驶，第1 s内通过5 m的距离，第2 s内和第3 s内各通过20 m的距离，第4 s内通过15 m的距离，第5 s内反向通过10 m的距离，求这5 s内的平均速度和平均速率及后2 s内的平均速度和平均速率．
答案 10 m/s 14 m/s 2.5 m/s 12.5 m/s
解析 在5 s内的位移为
Δx1＝5 m＋20 m＋20 m＋15 m－10 m＝50 m
平均速度为v1＝＝ m/s＝10 m/s
在5 s内的路程为
l1＝5 m＋20 m＋20 m＋15 m＋10 m＝70 m.
平均速率为v1′＝＝ m/s＝14 m/s.
在后2 s内的位移及路程分别为：
Δx2＝15 m－10 m＝5 m，l2＝15 m＋10 m＝25 m
在后2 s内的平均速度及平均速率为：
v2＝＝ m/s＝2.5 m/s.
v2′＝＝ m/s＝12.5 m/s.
拓展探究
图1－3－1
若有A、B、C三辆汽车同时同地出发沿笔直公路行驶，它们运动的情况在x－t图象中如图1－3－1所示，则在20 s内，它们的平均速度关系为____________，平均速率关系为____________．
A．vA＝vB＝vC
B．vA>vB＝vC
C．vA>vC>vB
D．vA＝vB答案 A B
解析 在图所示的x－t图象中，由图象中各点切线的斜率表示物体的速率可知：A汽车开始时做速度减小的变速运动，速度减小到零后反向做速度增大的变速运动，在20 s内，它正向运动到离原点距离大于x0后又做反向运动回到离原点x0处．B汽车是做匀速直线运动．C汽车做速度不断增大的变速运动，且它在运动过程中方向不变，即C汽车做单方向的变速直线运动．在20 s内，三汽车的位移均为x0.因此，它们的平均速度相同，A正确；但在20 s内，B、C二汽车都是单方向直线运动．路程与位移大小相等，即为x0.而A汽车离出发点的最远距离大于x0，且又回头运动，所以它的路程大于x0的大小，为三汽车中最大的．它们运动的时间一样，故路程大平均速率大，综上所述，B选项正确．
1．公式：由v＝算出的是平均速度而不是瞬时速度．
2．平均速度与某一过程中的位移、时间对应，而瞬时速度与某一瞬间的位置、时刻对应．
3．平均速率是物体运动的路程与所用时间的比值．
平均速率与平均速度的大小是两个完全不同的概念．
4．平均速度是粗略描述质点运动快慢的物理量，而瞬时速度能精确地描述质点运动的快慢和方向．
5．平均速度的方向与所对应时间内位移方向相同，瞬时速度方向与质点所在位置的运动方向一致.
1.关于匀速直线运动，下列说法正确的是( )
A．只要每秒位移相同，一定是匀速直线运动
B．匀速直线运动的速度大小和方向都不变
C．匀速直线运动的任何一段时间内的平均速度等于瞬时速度
D．匀速直线运动的任何时间内的位移大小与路程相等
答案 BCD
解析 匀速直线运动是速度大小和方向都不变的运动，每秒位移相同，但反过来每秒位移相同，却不一定速度始终不变，不一定是匀速直线运动，所以A项错误；因为匀速直线运动是单向的直线运动，且速度恒定，所以B、C、D正确．
2．下列说法中，正确的是( )
A．物体沿半径为R的圆周运动一周，平均速度为零
B．物体沿半径为R的圆周运动一周，平均速率为零
C．物体某时刻速度为v，则该物体下一时刻的速度也为v
D．物体某时刻速度为v，则该物体下一时刻的速度不一定为v
答案 AD
解析 物体沿半径为R的圆周运动一周，物体位移为零，路程大小等于圆周周长，根据定义，平均速度为零，平均速率不为零；物体不一定做匀速直线运动，所以某时刻的速度为v，不代表下一时刻的速度也为v.
3．在下列各种速度中表示平均速度的是( )
A．赛车飞跃某栏杆时的速度为80 m/s
B．火车由北京到天津以36 km/h的速度行驶时为慢车，快车的速度可达100 km/h
C．远程炮弹射出炮口时的速度为2 000 m/s
D．某同学从家里到学校步行速度为1.5 m/s
答案 BD
解析 平均速度对应的是一段时间．赛车飞跃某栏杆时的速度为80 m/s，对应的是某一时刻的速度不是平均速度；火车由北京到天津以36 km/h速度行驶时为慢车，快车时速可达100 km/h，对应的是一段时间，因此是平均速度；远程炮弹射出炮口时的速度为2 000 m/s，对应的是某一时刻的速度不是平均速度；某同学从家里到学校步行速度为1.5 m/s，对应的是一段时间，因此是平均速度．
4．关于平均速度的下列说法中，含义正确的是( )
A．汽车出发后10 s末的平均速度是5 m/s
B．汽车在某段时间内的平均速度是5 m/s，表示汽车在这段时间内每1 s内的位移都是5 m
C．汽车经过两路标间的平均速度是5 m/s
D．汽车在某段时间内的平均速度一定等于它在这段时间内最小速度与最大速度之和的一半
答案 C
5．一个做直线运动的物体，某时刻的速度是10 m/s，那么这个物体( )
A．在这一时刻之后的0.1 s内的位移一定是1 m
B．在这一时刻之前的0.1 s内的位移一定是1 m
C．在这一时刻之前的1 s内的位移可能是10 m
D．从这一时刻起以后的10 s内的位移可能是80 m
答案 CD
6．一质点沿直线Ox方向做变速运动，它离开O点的距离x随时间变化的关系为x＝5＋2t3(m)，它的速度随时间t变化的关系为v＝6t2(m/s)，该质点在t＝0到t＝2 s间的平均速度和t＝2 s到t＝3 s间的平均速度的大小分别为( )
A．12 m/s,39 m/s B．8 m/s,38 m/s
C．12 m/s,19.5 m/s D．8 m/s,13 m/s
答案 B
解析 0～2 s内的位移为Δx1＝x2－x1＝(5＋2×23) m－(5＋2×03) m＝16 m
2～3 s内的位移为Δx2＝x3－x2＝(5＋2×33) m－(5＋2×23) m＝38 m
0～2 s内、2～3 s内的平均速度分别为＝＝8 m/s，＝＝38 m/s.
图1－3－1
7．如图1－3－2是一辆汽车做直线运动的x－t图象，对相应的线段所表示的运动，下列说法正确的是( )
A．AB段表示车静止
B．BC段发生的位移大于CD段发生的位移
C．CD段运动方向和BC段运动方向相反
D．CD段运动速度大于BC段运动速度
答案 ACD
8．飞机起飞离地时的速度为150 m/s，这是指________速度；火车从上海到南京运行速度为70 km/h，这里指________速度；瞬时速度为2 m/s就是指物体在接下来的1 s内可走过2 m，此话对不对？
答案 瞬时 平均 不对，在接下来的1 s内，只有物体做匀速直线运动，走过的路程才是2 m.
解析 运动物体经过某一时刻(或某一位置)的速度，对应的是瞬时速度．平均速度对应的是一段时间．飞机起飞离地时对应的是一个时刻，所以飞机起飞离地时的速度150 m/s，这是指瞬时速度；火车从上海到南京运行速度为70 km/h，对应的是一段时间，所以火车从上海到南京运行速度70 km/h，这是指平均速度；瞬时速度为2 m/s就是指物体(在接下来的1 s内可走过2 m这句话不对，在接下来的1 s内，如果物体)做匀速直线运动，走过的路程一定是2 m．如果物体做的不是匀速直线运动，路程可能大于或者小于2 m.
9．一辆汽车以20 m/s的速度沿平直的公路从甲地开往乙地，又以30 m/s的速度从乙地开往丙地．已知甲、乙两地间的距离与乙、丙两地间的距离相等，求该汽车在从甲地开往丙地的过程中平均速度的大小．
有一位同学是这样解的：＝ m/s＝25 m/s，请问上述解法正确吗？为什么？应该如何解？
答案 见解析
解析 从平均速度的定义出发进行分析，上述解法是错误的，因为它违反了平均速度的定义，计算的不是平均速度(物体的位移与发生这段位移所用时间的比值)，而是速度的平均值．正确的解法应该是：设甲乙两地间、乙丙两地间的距离均为x，则有：＝＝＝24 m/s
10．相距12 km的公路两端，甲、乙两人同时出发相向而行，甲的速度是5 km/h，乙的速度是3 km/h，有一小狗以6 km/h的速率，在甲、乙出发的同时，从甲处跑向乙，在途中与乙相遇，即返回跑向甲，遇到甲后，又转向乙，如此在甲、乙之间往返跑动，直到甲、乙相遇，求在此过程中，小狗跑过的路程和位移．
答案 路程为9 km，位移是7.5 km.
解析 设甲、乙两人从开始出发到相遇的时间为t，则t＝＝ h＝1.5 h．小狗在这段时间内跑过的路程x路＝v狗t＝9 km；由狗和甲同时同地出发可知小狗的位移与甲的位移相同，故x狗＝x甲＝v甲t＝7.5 km.
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第2节 时间和位移
“时间”是人类亲密的朋友，它与人们的生活息息相关，无处不在、无时不有．比如，在火车站候车大厅经常可以听到“各位旅客请注意，从××开往××的××次列车到站时间是×时×分，发车时间是×时×分，在本站停车时间是×分钟”的类似预告，前两句话中的“时间”与第三句话中的“时间”的含义是否相同？如何区分？
游览泰山时从山门处到中天门，可以坐车沿公路盘旋而上，也可以通过索道缆车轻松到达，还可以沿山间小路蜿蜒爬上，三种登山的路径不同，游客体会到的登山乐趣也不同，但他们的起始位置、最终位置却是相同的，也就是位置变化是相同的，可见物体运动的路径与其位置变化并不是一回事．
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要点一、时刻和时间
1．时刻
时刻指的是某一瞬间，在时间坐标轴上用一个点表示．如“3秒末”、“4秒初”．
2．时间
时间间隔是两个时刻的间隔，也是时间坐标轴上两个不同的时刻之差，它是变化过程长短的一种量度，在时间坐标轴上用一段线段表示，物理学中简称时间．
3．时间和时刻的关系
(1)如果用一条坐标轴来表示时间轴，如图1－2－1所示，时间轴上的点表示时刻，某一段线段则表示时间间隔．与时刻对应的物理量是状态量，与时间间隔对应的物理量是过程量(关于状态量、过程量的概念以后会学到)．
图1－2－1
(2)时刻与物体在运动过程中的某一个位置相对应，而时间与物体在运动过程中的路程(或本节要学习的位移)相对应．
要点二、路程和位移
路程和位移的比较
要点三、矢量和标量
1．标量：
只有大小而没有方向的物理量．如：长度、质量、时间、路程、温度、功、能量等，其运算遵从算术法则．
2．矢量：
有大小和方向的物理量，如位移、力、速度等，其运算法则不同于标量，将在后面学习．
3．矢量的表示：
(1)矢量的图示：用带箭头的线段表示，线段的长短表示矢量的大小，箭头的指向表示矢量的方向．
(2)在同一直线上的矢量，可先建立直线坐标系，可以在数值前面加上正负号表示矢量的
方向，正号表示与坐标系规定的正方向相同，负号则相反.
一、时刻与时间的区别
例1 以下的说法中指时间间隔的是( )
A．天津开往德州的625次列车于13时35分从天津出发
B．某人用15 s跑完100 m
C．中央电视台新闻联播节目每天19时开始
D．某场足球赛在开赛80分钟时，甲队才攻入一球
解析 选项A、C中的数据都是时间轴上的一个点，指的都是时刻；而B中15 s是与跑完100 m这一运动过程相对应，指的是时间间隔，故答案选BD.
答案 BD
时刻是事物运动、发展、变化过程所经历的各个状态先后顺序的标志，某一时刻与物体的某一位置相对应，在时间轴上对应一个点．时间间隔则是事物运动、发展、变化所经历的过程，是两个时刻之间的间隔，在时间轴上对应一段线段.
二、路程和位移的区别
例2 一个皮球从5 m高的地方落下，在与地面相碰后弹起，上升到高为2 m处被接住，则这段过程中( )
A．小球的位移为3 m，方向竖直向下，路程为7 m
B．小球的位移为7 m，方向竖直向上，路程为7 m
C．小球的位移为3 m，方向竖直向下，路程为3 m
D．小球的位移为7 m，方向竖直向上，路程为3 m
解析 本题是考查基本知识在实际问题中的应用，要理解位移和路程的概念，题中物体初、末位置高度差为3 m，即位移大小为3 m，末位置在初位置下方，故位移方向竖直向下，总路程则为7 m.
答案 A
路程和位移的大小一般是不相等的，只有当质点做单向直线运动时路程才和位移的大小相等；路程只有大小，没有方向，位移既有大小又有方向.
三、位移——时间图象的理解
图1－2－5
例3 如图1－2－5所示，是甲、乙两物体做直线运动的位移－时间图象，则下列说法正确的是( )
A．甲开始运动时刻比乙早t1
B．当t＝t2时，两物体相遇
C．当t＝t2时，两物体相距最远
D．当t＝t3时，两物体相距x1
解析 运动过程如图所示，甲从t＝0时开始从距原点x1处向原点匀速运动，经时间t3到达原点．乙在t＝t1时开始由
原点沿正方向运动，在t3时刻到达距原点x1处(甲的出发点)．在t2时刻两者位移相等，即相遇．
答案 ABD
物理过程、物理情景，除用文字叙述外，还可以用图象描述，而且利用图象会更直观、更简洁，以横轴表示时间t，纵轴表示位移x，作出物体的位移随时间变化的关系图象，就是位移－时间图象，简称位移图象，或x－t图象，它表示物体做直线运动时，位移随时间变化的规律，但是，位移－时间图象并不是物体的轨迹图线.
1．下列计时数据，指时刻的是( )
A．高考数学考试的时间是2 h
B．四川省汶川县发生8.0级强烈地震是在2008年5月12日14时28分
C．人造卫星绕地球一圈的时间为1.4 h
D．由青岛开往通化的1406次列车在德州站停车3 min
答案 B
2．关于位移和路程，下列说法正确的是( )
A．位移和路程大小总是不相等，位移是矢量，有方向，而路程是标量，无方向
B．位移用来描述直线运动，路程用来描述曲线运动
C．位移取决于物体的初末位置，路程取决于物体实际运动的路径
D．物体做直线运动时，位移的大小等于路程
答案 C
解析 根据定义，位移是由初位置到末位置的有向线段，是矢量．而路程是物体由初位置到末位置所经过的路径的长度，是标量．位移与路径无关，当物体做单向的直线运动时，位移的大小才等于路程，其他情况位移均小于路程，故A、B、D均错，C正确．
3．下列分析中涉及研究位移的是( )
A．交管部门在对车辆年检中，了解汽车行程计量值
B．指挥部通过卫星搜索小分队深入敌方阵地的具体位置
C．运动员王军霞在第26届奥运会上创造了女子5 000 m的奥运会记录
D．高速公路路牌标示“上海80 km”
答案 B
解析 汽车的行程、田径场上的5 000 m距离、高速公路上的路牌标示距离都是指路程；位移的大小是初位置和末位置之间的直线距离．
图1－2－6
4．跑道的直道和弯道的交点为A、B、C、D四点，如图1－2－6所示．运动员由A点出发沿跑道经过B、C、D点回到A点、则运动员( )
A．从A到B与从C到D，经过的位移相同，路程相等
B．从A到B与从C到D，经过的位移不同，路程相等
C．从A到C位移的大小比经过的路程要小
D．从A到C与从B到D经过的路程相等，位移相同
答案 BC
5．关于矢量和标量，下列说法中正确的是( )
A．矢量是既有大小又有方向的物理量
B．标量是既有大小又有方向的物理量
C．位移－10 m比5 m小
D．－10 ℃比5 ℃的温度低
答案 AD
解析 由矢量和标量的定义可知，A正确，B错误；－10 m的位移比5 m的位移大，负号不表示大小，仅表示某方向与正方向相反，故C错误；温度是标量，－10 ℃的温度比5 ℃的温度低，负号表示该温度比0 ℃低，正号表示该温度比0 ℃高，故D正确．
6．如图1－2－7所示是某物体在0～10 s内的x－t图象，下列说法中正确的是( )
图1－2－7
A．物体在第1 s内的位移为4 m
B．物体在第5 s内的位移为8 m
C．物体在前5 s内的位移为8 m
D．物体在后5 s内的位移为16 m
答案 AC
7．一艘小汽艇在宽阔的湖面上先向东行驶了6.0 km，接着向南行驶了8.0 km，求汽艇在整个运动过程中的位移大小及方向．
答案 10 km，方向为南偏东37°
解析 以汽艇运动起点为坐标原点，选取向东为x轴正方向，向南为y轴正方向，建立直角坐标系如右图所示，图OA表示向东行驶的位移大小，AB表示向南行驶的位移大小，则整个过程中汽艇的位移大小为OB之长，方向由O指向B.
由几何关系可得
OB==10 km，
tan α==，α≈53°，即方向为南偏东37°.
图1－2－8
8．如图1－2－8所示，一辆汽车沿着马路由A地出发经B、C地到达D地，A、C、D恰好在一条直线上，汽车行驶的路程是多少？位移又是多少？方向如何？
答案 2 200 m 1 800 m
东偏北37°或北偏东53°
题型1 位移和路程的区别与计算
例1 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．
t/s 0 1 2 3 4 5
x/m 0 5 －4 －1 －7 1
(1)几秒内位移最大( )
A．1 s B．2 s C．3 s D．4 s E．5 s
(2)第几秒内位移最大( )
A．1 s B．2 s C．3 s D．4 s E．5 s
(3)几秒内路程最大( )
A．1 s B．2 s C．3 s D．4 s E．5 s
(4)第几秒内路程最大( )
A．1 s B．2 s C．3 s D．4 s E．5 s
答案 (1)D (2)B (3)E (4)B
解析 由表中数据可看出，(1)4 s内的位移是－7 m，其大小为7 m，最大，所以选项D正确；(2)第2 s内的位移是－9 m，其大小是9 m，最大，所以选项B正确；(3)由于质点一直在运动着，时间越长，经过的轨迹也越长，在5 s内的路程也最大，所以选项E正确；(4)在第2 s内质点的位移最大，路程是9 m也最大，所以选项B正确．
拓展探究 上例中质点在4 s时处于什么位置？通过本例的分析，你能总结出时刻、时间与位置和位移的关系吗？
答案 见解析
解析 4 s时质点应处于距原点－7 m的位置．时刻与位置是对应的，它们都是状态量；时间和位移是对应的，它们都是过程量．
位移和路程是运动学中的重要概念，二者的区别是考查重点，同时还要注意区分某几秒内的位移(或路程)与某时刻的位移(或路程)，某时刻的位移(或路程)一般是指该时刻相对计时起点的位移(或路程).
题型 2位移的求解
例2 阅读下面的对话：
甲：请问到市图书馆怎么走？
乙：从你所在的市中心向南走400 m到一个十字路口，再向东走300 m就到了．
甲：谢谢！
请问甲要经过的路程和位移大小各是多少？
答案 700 m 500 m
解析 如图，甲走过的路程为s＝(400＋300)m＝700 m，甲
走过的位移大小为x＝ m＝500 m
1．以某物体为研究对象，选择一个研究过程．
2．找出研究过程的初始位置和末位置，则由初位置指向末位置的有向线段是位移．
3．画出物体在过程中的运动轨迹示意图，则实际路径的总长度就是路程.
题型3 位移——时间图象的理解和应用
图1－2－1
例3 如图1－2－1所示为一物体沿直线运动的x－t图象，根据图象，求：
(1)第2 s内的位移；
(2)第3 s内的位移；
(3)前5 s的总路程和总位移．
答案 (1)10 m，方向沿正方向 (2)0 (3)50 m；－10 m，方向与正方向相反
解析 (1)第2 s内的位移是x2－x1＝(30－20) m＝10 m，方向沿正方向．
(2)第3 s内的位移是x3－x2＝0
(3)前5 s内的总路程是s5＝(10＋10＋0＋30)m＝50 m，总位移x总＝x5－x0＝(0－10) m＝－10 m，方向与正方向相反．
拓展探究 关于上题中物体运动的位移－时间图象(x－t)，下列说法中正确的是( )
A．x－t图象表示的是质点的位移随时间而变化的函数关系
B．x－t图象就是质点运动的轨迹
C．x－t图象上各点的坐标表示对应的各时刻质点位移的大小
D．x－t图象上各点的坐标表示对应的各时刻质点通过路程的大小
答案 AC
1．要注意坐标轴上物理量的单位．
2．坐标系的正方向就是位移的正方向
3．要注意图象的物理意义是位移随时间的变化规律，而不是物体的运动轨迹．
4．要注意直线斜率的大小表示速度的大小.
1.关于位移和路程，下列说法中正确的是( )
A．质点沿一直线运动，那么其通过的路程就是位移
B．质点通过的路程不同，但位移可能相同
C．质点的位移为零，说明质点没有运动
D．质点通过一段位移后，它通过的路程可能为零
答案 B
2．下列说法表示同一时刻的是( )
A．第2 s末和第3 s初 B．前3 s内和第3 s内
C．第3 s末和第2 s初 D．第1 s内和第1 s末
答案 A
解析 同一时刻在时间轴对应同一个点，所以仅选项A正确．
图1－2－2
3．如图1－2－2所示，一小球在光滑的V形槽中由A点释放，经B点(与B点碰撞所用时间不计)到达与A点等高的C点，设A点的高度为1 m，则全过程中小球通过的路程和位移大小分别为( )
A. m， m B. m， m
C. m， m D. m,1 m
答案 C
解析 小球通过的路程为实际运动轨迹的长度，s＝2＝2＝ m；位移为由初末位置的有向线段x＝＝＝＝ m．选项为C.
4．下列计时数据指时间的是( )
A．在整个90分钟的比赛中，甲、乙两足球队“互交白卷”
B．他每天都看电视节目“新闻早8点”
C．列车到站时间晚点5分钟
D．高考数学考试的时间是2 h
答案 ACD
5．某人站在楼房顶层从O点竖直向上抛出一个小球，小球上升的最大高度为20 m，然后落回到抛出点O下方25 m的B点，则小球在这一运动过程中通过的路程和位移分别为(规定竖直向上为正方向)( )
A．25 m、25 m B．65 m、25 m
C．25 m、－25 m D．65 m、－25 m
答案 D
解析 路程为标量，没有负值，而位移是矢量，有正、负，当规定向上的方向为正方向时，从O点指向末位置的位移应表示为－25 m.
图1－2－3
6．沿同一条直线运动的a、b两个质点，在0～t0时间内的x－t图象如图1－2－3所示．根据图象，下列说法正确的是( )
A．质点a做周期性往返运动
B．t′时刻，a、b的位移相同
C．在0～t′时间内，a、b的位移相同
D．在0～t0时间内，a通过的路程是b通过路程的3倍，但位移相同
答案 ABCD
解析 由题中图象可以看出：t＝0时，a、b的位移均为零，表明a、b同时从同一点开始运动，a朝正方向运动，b向相反的方向运动，a做周期性的往返运动，b有可能也做周期性的运动．t′时刻，a、b的位移均为－5 m；在0～t′时间内，a、b的位移都是－5 m，位移相同；在0～t0时间内，a运动的路程是30 m，b运动的路程是10 m；它们在t0时刻都回到了出发点，在0～t0时间内，a、b的位移均为零，可见，本题的四个选项都正确．
图1－2－4
7．一物体做直线运动，在图1－2－4所示的位移坐标轴上O、x1、x2、…xn－1、xn分别为物体在开始和第1 s末、第2 s末、……、第(n－1) s末、第n s末的位置，则下述说法中正确的是( )
A．Ox1为第2 s末的位置，方向由O指向x1
B．Oxn－1为(n－1) s内的位移，方向由O指向xn－1
C．x2xn为前2n s内的位移，方向由x2指向xn
D．xn－1xn为第n s内的位移，方向由xn－1指向xn
答案 BD
解析 题中O、x1、x2、…xn－1、xn分别为不同位置，分别与各个时刻对应，而题中选项所列位移均与时间对应，故要深刻理解和区别时间与时刻、位移与位置．针对位移这一概念，要对应这一段时间，找好它的初位置、末位置，并画出这一过程的有向线段，才能作出正确的选择．
图1－2－5
8．一个人晨练，按图1－2－5所示走半径为R的中国古代的八卦图，中央的S部分是两个直径为R的半圆，BD、CA分别为西东、南北指向．他从A点出发沿曲线ABCOADC行进，则当他走到D点时，他的路程和位移的大小分别为____________、____________，位移的方向为______________．
答案 πR R 东南方向
解析 路程的大小为轨迹的长度，曲线ABCOAD的长度为πR，位移的大小为起点A到终点D的线段长度，为R.位移的方向由A指向D，为东南方向．
图1－2－6
9．如图1－2－6是A、B两物体的x－t图象，A、B两物体各做____________运动，A、B在A出发后____________s距坐标原点____________m处相遇；在5 s末A、B的位置分别离坐标原点______________m和________________m.
答案 匀速直线 2.5 1.5 0 4
10．经过查询，下表为T16次列车的相关数据介绍，请读表后回答下列问题：
站次 车站 日期 停车时间 开车时间 里程
1 广州 当天 始发站 16：52 0公里
2 长沙 当天 23：51 23：59 707公里
3 武昌 第2天 3：20 3：28 1 069公里
4 郑州 第2天 8：36 8：42 1 605公里
5 北京西 第2天 14：58 终点站 2 294公里
(1)表中哪项数据表示的是时间？
(2)表中数据显示，列车在中途停站的时间共有多少？
(3)表中的里程数据所表示的是位移还是路程？
答案 (1)运行时间：22小时6分钟 (2)22分钟
(3)路程
11．在一大厅里，天花板与地板之间相距8 m，将一小球在距地面1 m高处竖直向上抛出，运动1 s后小球与天花板相碰，随即竖直下降，落到地板上后不再反弹，静止在地板上．问：
(1)1 s末小球的位移多大？方向如何？
(2)抛出后的小球，最大位移是多大？方向如何？运动路程多大？
答案 (1)7 m 竖直向上 (2)7 m 竖直向上 15 m
解析 (1)1 s末小球的位移为7 m，方向竖直向上；(2)最大位移发生在1 s末，大小为7 m，竖直向上；路程为15 m.
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第5节 速度变化快慢的描述——加速度
用速度可以描述物体位置改变的快慢，即运动的快慢．而速度变化时，如何描述速度变化的快慢呢？以下是一些物体速度变化时的数据．通过数据分析，你如何来比较各物体的速度变化快慢呢？
步枪子弹出枪膛时速度900 m/s 飞机降落后开始减速滑行的速度60 m/s 磁悬浮列车的最大速度是120 m/s 某轿车加速到100 km/h 某轿车速度为100 km/h
枪膛长度约为0.5 m 滑行距离为900 m 加速到最大速度需要的时间为200 s 需要时间7.626 s 刹车距离37.7 m
要点一、速度v、速度的变化量Δv和加速度a的理解及比较
1．速度
(1)速度是描述物体运动快慢的物理量，即指物体位置变化的快慢，其大小等于位移与所用时间的比值，即位移对时间的变化率．
(2)速度的方向就是物体运动的方向．
(3)速度是状态量，与时刻或位置对应．
2．速度的变化量
(1)速度的变化量是描述速度改变的多少，它等于物体的末速度和初速度的矢量差，即Δv＝vt－v0，它表示速度变化的大小和变化的方向．
(2)在匀加速直线运动中，vt>v0，Δv的方向与初速度方向相同，在匀减速直线运动中，vt(3)速度的变化量Δv与速度大小无必然联系，速度大的物体，速度的变化不一定就大．例如，做匀速直线运动的物体，它的速度可以很大，但它在任何一段时间内速度变化均为零．
(4)速度变化是过程量，它对应某一段时间(或某一段位移)．
3．加速度
(1)加速度是速度的变化量Δv与发生这一变化所用时间Δt的比值，也就是速度对时间的变化率，在数值上等于单位时间内速度的变化．它描述的是速度变化的快慢和变化的方向．
(2)加速度的大小由速度变化量的大小和发生这一变化所用时间的多少共同决定，与速度本身的大小以及速度变化量的大小无必然联系．加速度大表示速度变化快，并不表示速度大，也不表示速度变化量大．例如，小汽车启动时加速度很大，速度却很小，当小汽车高速行驶时，速度很大，加速度却很小，甚至为零．
(3)加速度是矢量，其方向与速度的变化量Δv的方向相同，它与速度v的方向没有必然的联系，a可以与v同向，也可以反向，还可以成一夹角．
(4)加速度是一个状态量，与某一时刻或某一位置相对应．
要点二、加速度的分类
1．加速度和速度一样，可以分为平均加速度和瞬时加速度，加速度的定义式a＝，表示的是平均加速度．
0时所表示的平均加速度即为某时刻的瞬时加速度．这里仍然采用了数学上极限的方法来定义瞬时加速度的概念．
→0时所表示的平均加速度即为某时刻的瞬时加速度．这里仍然采用了数学上极限的方法来定义瞬时加速度的概念．
3．平均加速度在匀变速直线运动中等于瞬时值．
要点三、速度图象与位移图象的比较
1．图象表示的信息比较
图象内容 位移图象 速度图象
坐标轴 横轴表示时间纵轴表示位移 横轴表示时间纵轴表示速度
点 表示某时刻质点所处的位置 表示某时刻质点的速度
图线的斜率 表示质点运动的速度 表示质点运动的加速度
图线的截距 表示质点的初始位置 表示质点的初速度
两图线的交点 表示两质点相遇的时刻和位置 表示两质点在此时刻速度相同
2.由速度图象可得到的信息
(1)可直接读出运动物体的初速度．
(2)可直接读出运动物体在各个时刻的瞬时速度．
(3)由图可求出运动物体的加速度．
(4)可以判定物体的运动性质.
.
一、加速度和速度的关系理解
例1 下列所描述的运动中，可能的有( )
A．速度变化很大，加速度很小
B．速度变化方向为正，加速度方向为负
C．速度变化越来越快，加速度越来越小
D．速度越来越大，加速度越来越小
解析 因为Δv＝a·Δt，尽管a很小，只要Δt足够大，Δv可以很大，选项A正确；若a与v是同方向的，尽管a越来越小，但v还要增大，一直增大到a减小到零为止，故选项D正确；加速度方向和速度变化方向一定相同，所以选项B错误；加速度a＝是描述速度变化快慢的物理量，速度变化快，加速度一定大，所以选项C是错误的．
答案 AD
加速度描述质点速度变化快慢的程度，不能认为是质点速度变化的大小；速度是描述质点运动快慢的物理量．对物理概念要理解准确，要认清概念、定义的表述，如速度变化快慢、运动快慢、速度变化大小，三者是不同的表述.
二、加速度的计算
例2 足球以8 m/s的速度飞来，运动员把它以12 m/s的速度反向踢出，踢球时间为0.2 s，设球飞来的方向为正方向，则足球在这段时间内的加速度是( )
A．－20 m/s2 B．20 m/s2
C．－100 m/s2 D．100 m/s2
解析 要求加速度需正确地求出速度变化量Δv，而要求出Δv，则必须注意初、末速度的正、负问题．
设球飞来的方向为正方向，则v0＝8 m/s，vt＝－12 m/s
所以Δv＝vt－v0＝－12 m/s－8 m/s＝－20 m/s
则a＝＝ m/s2＝－100 m/s2
答案 C
(1)在运动学中，解题时一般取初速度方向为正方向，并应严格按照公式的定义代入相应数据．与正方向相同取正值，相反取负值；求速度变化时必须是末速度减去初速度．
(2)速度变化的快慢用加速度来描述，加速度是矢量，在求加速度时，特别要注意初速度和末速度的方向，加速度为负仅说明与选定的正方向相反.
三、对v－t图象的理解
图1－5－1
例3 如图1－5－1所示是某质点的v－t图象，则( )
A．在1 s到3 s时间内质点静止
B．前1 s质点做加速运动，后1 s质点做减速运动
C．前1 s质点的加速度为3 m/s2
D．3 s末质点的速度为3 m/s
解析 从图中可知：0～1 s内质点是做初速度为零的匀加速直线运动，加速度为3 m/s2；1～3 s内质点是做速度为3 m/s的匀速直线运动．故选B、C、D.
答案 BCD
1.下列关于质点运动的速度和加速度的说法中不可能的是( )
A．速度变化很大，加速度很小B．速度变化很快，加速度很小
C．速度向东，加速度向西
D．速度向东，加速度向北
答案 B
2．物体A的加速度为3 m/s2，物体B的加速度为－5 m/s2，下列说法中，正确的是( )
A．物体A的加速度比物体B的加速度大
B．物体B的速度变化比物体A的速度变化快
C．物体A的速度一定在增加
D．物体B的速度一定在减小
答案 B
图1－5－2
3．图1－5－2为一物体做直线运动的v－t图象，则在0～t1和t1～t2时间内( )
A．速度方向相同，加速度方向相同
B．速度方向相同，加速度方向相反
C．速度方向相反，加速度方向相同
D．速度方向相反，加速度方向相反
答案 B
图1－5－3
4．甲和乙两物体在同一直线上运动，它们的速度—时间图象分别如图1－5－3中的a和b所示，在t1时刻( )
A．它们的运动方向相同
B．它们的运动方向相反
C．甲的速度比乙的速度大
D．乙的速度比甲的速度大
答案 AD
解析 由图可知，甲物体做初速度为v1的匀加速直线运动，乙物体做初速度v2的匀减速直线运动，甲、乙两物体速度均为正值，故其运动方向相同．在t1时刻由甲、乙的速度图线所对应的纵坐标可知，乙的速度大于甲的速度．
5．一个物体的加速度为零，则该物体一定是( )
A．静止不动 B．做匀速直线运动
C．静止或匀速直线运动 D．做速度大小不变的运动
答案 C
解析 加速度为零，即速度不变，可能是静止或匀速直线运动，故A、B项错；速度的方向改变也有加速度，所以D项错．
6．一个质点做直线运动，原来v>0，a>0，x>0，从某时间开始把加速度均匀减小，则( )
A．速度逐渐增大，直到加速度等于零为止
B．速度逐渐减小，直到加速度等于零为止
C．位移继续增大，直到加速度等于零为止
D．位移继续增大，直到速度等于零为止
答案 AD
解析 本题考查对基本概念的理解，并弄清不同的物理量间的关系，提高分析思维能力，由题意知，v、a、x均大于零，即它们的方向相同，都沿正方向，则a与v方向相同，v就增大(加速)，尽管a是减小的，当a＝0时，速度不变，又v与x方向相同，x就继续增大，当v＝0时，物体停止，x才不变．
7．关于加速度的方向，下列说法中正确的是( )
A．总与初速度方向一致 B．总与平均速度方向一致
C．总与速度变化的方向一致 D．总与位移的方向一致
答案 C
解析 加速度的方向与速度变化的方向一致，与初速度、平均速度及位移的方向没有关系．
8．甲、乙、丙三个物体的vt图象如图1－5－4所示，
则下列说法正确的是( )
A．零时刻甲的位移最大
B．甲的加速度最大
C．开始计时后，甲、乙、丙皆做匀变速运动
D．开始计时后，乙先静止一段时间，然后做匀加速运动，并且乙做匀加速运动的加速度最大
答案 D
解析 vt图象中不能判断甲的起始位置，故A错；vt图象的斜率表示加速度，故a乙>a丙>a甲，选项B错；开始计时后，甲、丙做匀变速运动，乙先静止一段时间，再做匀变速运动，故C错，D对．
9．国家对机动车的运行有着严格的安全技术指标．例如，总质量小于4.5 t的汽车以30 km/h的速度行驶时，要求制动时间t<1.6 s，那么，这种汽车制动时的加速度大小至少是多少？
答案 5.2 m/s2
解析 取初速度方向为正方向，则v0＝30 km/h＝8.3 m/s
根据公式a＝得
a＝＝ m/s2＝－5.2 m/s2(式中负号表示加速度方向与初速度方向相反)，所以汽车制动时加速度大小至少为5.2 m/s2.
10．某汽车以恒定加速度做变速直线运动，10 s内速度从5 m/s增加到25 m/s，如果遇到紧急情况刹车，2 s内速度减为零，求这两个过程中加速度的大小和方向．
答案 2 m/s2 方向与初速度方向相同
－12.5 m/s2 方向与初速度方向相反
解析 以初速度的方向为正方向，
有v0＝5 m/s，v＝25 m/s，t＝10 s，
则a＝＝ m/s2＝2 m/s2.
a为正值，表示其方向与初速度方向相同．
对于刹车阶段：v＝25 m/s，v′＝0，t′＝2 s.
则a′＝＝ m/s2＝－12.5 m/s2.
a′为负值，表示其方向与初速度方向相反．
题型1 对加速度的理解
例1 关于加速度，下列说法中正确的是( )
A．速度变化越大，加速度一定越大
B．速度变化所用的时间越短，加速度一定越大
C．速度变化越快，加速度一定越大
D．速度为零，加速度一定为零
答案 C
解析 根据加速度的定义式及物理意义进行判断．由加速度的定义式a＝可知加速度的大小是由速度的变化量和发生这一变化所用的时间共同确定的．速度变化越大，所用时间不确定，加速度不一定越大，故选项A错误；速度变化所用时间越短，但速度的变化量大小未确定，也不能确定加速度一定越大，故选项B错误；加速度是描述速度变化快慢的物理量，速度变化越快，加速度一定越大，故选项C正确；速度为零，并不是速度的变化量为零，故加速度不一定为零，D选项错误．
速度v、速度变化量Δv、加速度a的区别
(1)速度是运动状态量，对应于某一时刻(或某一位置)的运动快慢和方向．
(2)速度变化Δv＝vt－v0是运动过程量，对应于某一段时间(或某一段位移)，若取v0为正，则Δv>0表示速度增加，Δv<0表示速度减小或表示vt与v0方向相反，Δv＝0表示速度不变．
(3)加速度a＝也称为“速度变化率”，表示在单位时间内的速度变化量，反映了速度变化的快慢及方向．
(4)加速度a与速度v没有必然关系，与Δv也无直接联系，v大，a不一定大；Δv大，a也不一定大．如：飞机飞行的速度v很大，a也可能等于零；列车由静止到高速行驶，其速度变化量很大，但经历时间也长，所以加速度并不大.
题型2 加速度的计算
例2 一辆汽车在公路上以72 km/h的速度行驶，驾驶员在看到前方亮起红灯时，立刻采取制动措施，经过5 s汽车停止，这辆汽车刹车时的加速度是多大？方向如何？
答案 －4 m/s2 方向与初速度方向相反
解析 汽车刹车过程认为是匀减速运动，取初速度方向为正方向，且v0＝72 km/h＝20 m/s，vt＝0，由a＝知
所求加速度a＝ m/s2＝－4 m/s2
负值表示加速度方向与初速度方向相反．
拓展探究 上题中，设刹车时加速度大小为2 m/s2，求刹车后15 s的速度是多少．
答案 0
解析 已知v0＝20 m/s，a＝－2 m/s2，
由a＝知
所求速度vt＝v0＋at＝20 m/s＋(－2)×15 m/s＝－10 m/s.
此题结果显然是违背事实的，刹车后过一段时间汽车应停下，不会往回走，问题出在哪儿呢？原因是汽车刹车10 s就停止，以后的速度一直是零．
1．求解加速度时要注意首先选定正方向．
2．对于速度的变化量必须是末速度减去初速度．
3．加速度是矢量，计算结果中要注意说明方向.
题型3 v－t图象的理解和应用
图1－5－1
例3 甲、乙两物体从同一地点向同一方向运动，其速度—时间图象如图1－5－1所示，试问：
(1)图中AC、CD、AD段图线各表示什么运动？
(2)t＝2 s，甲、乙的加速度各是多少？
(3)在什么时刻两物体的速度相同？
答案 (1)匀加速直线 匀减速直线 匀速直线 (2)0
1 m/s2 (3)2 s和8 s
解析 (1)AC表示匀加速直线运动，CD表示匀减速直线运动，AD表示匀速直线运动．
(2)t＝2 s时，a甲＝0；a乙＝ m/s2＝1 m/s2.
(3)第2 s末、第8 s末两个时刻，甲、乙两物体的速度相同，大小均是2 m/s，方向均与规定的正方向相同．
图1－5－2
拓展探究 质点做直线运动的v－t图象如图1－5－2所示，质点在0～t1时间内速度、加速度如何变化？t1～t2时间内质点的速度、加速度分别是多少？
答案 见解析
解析 由题图可知：0～t1时间内，质点的速度逐渐增大，但不是匀变速直线运动，图象上任一点的切线的斜率等于该时刻的加速度，由图知，切线的斜率越来越小，即加速度逐渐减小；在t1～t2时间内，质点的速度v1保持恒定，加速度为零．
1．图线的斜率大小表示加速度的大小．
斜率绝对值越大，说明加速度越大；斜率为零，说明加速度为零，即速度保持不变．
2．斜率的正负表示加速度方向．
斜率为正，表示加速度方向与正方向相同；斜率为负，加表示加速度方向与正方向相同；斜率为负，表示加速度方向与正方向相反.
3.根据v-t图象可以确定的是：?
(1)运动物体初速度的大小v?0，即图象中纵轴截距.
(2)判断是加速运动，还是减速运动.
(3)算出加速度，加速度的大小为a=ΔvΔt.
(4)确定运动物体在某时刻的速度或运动物体达到某速度所需要的时间.
1.做匀加速直线运动的物体的加速度为3 m/s2，对于任意1 s来说，下列说法中正确的是( )
A．某1 s末的速度比该1 s初的速度总是大3 m/s
B．某1 s末的速度比该1 s初的速度总是大3倍
C．某1 s初的速度与前1 s末的速度相等
D．某1 s末的速度比前1 s初的速度总是大6 m/s
答案 ACD
解析 据a＝可知：某1 s末的速度比该1 s初的速度大3 m/s.即vt－v0＝at＝3×1 m/s＝3 m/s，故A对；而v0不知为多少，故vt不一定等于3v0，故B不对；某1 s初与前一秒末为同一时刻，故速度相等，即C对；某1 s末到前一秒初的时间间隔为2 s，故有vt－v0＝at＝3×2 m/s＝6 m/s，D对．所以，本题的正确选项为A、C、D.
2．物体做直线运动，规定正方向后根据给出的速度和加速度的正负，下列说法正确的是( )
A．v>0，a<0物体做加速运动
B．v<0，a>0物体做加速运动
C．v>0，a<0物体做减速运动
D．v<0，a<0物体做减速运动
答案 C
解析 a与v方向相同，物体就做加速运动，a与v方向相反，物体就做减速运动．物体做加速运动还是减速运动不是看a的正负，关键是看a与v的符号是否相同，即是否同方向．
3．关于速度与加速度，下列说法中正确的是( )
A．速度是描述运动物体位置变化快慢的物理量，而加速度是描述物体运动速度变化快慢的物理量
B．运动物体速度变化大小与速度变化快慢在实质上是同一个意思
C．速度变化的大小表示速度增量的大小，速度的变化率表示速度变化的快慢
D．速度是描述运动物体位置变化大小的物理量，加速度是描述物体位移变化快慢的物理量
答案 AC
4．关于速度和加速度的关系，下列说法中正确的是( )
A．加速度越大的物体，速度就一定大
B．加速度越大的物体，速度变化得就越多
C．加速度保持不变的物体(a≠0)，速度也保持不变
D．加速度保持不变的物体(a≠0)，速度一定发生变化
答案 D
5．若汽车的加速度方向与速度方向一致，当加速度减小时，则( )
A．汽车的速度也减小
B．汽车的速度仍在增大
C．当加速度减小到零时，汽车静止
D．当加速度减小到零时，汽车的速度达到最大
答案 BD
图1－5－3
6．如图1－5－3所示，为某质点运动的速度—时间图象，下列有关物体运动情况的判断，正确的是( )
A．0～t1时间内加速度为正，质点做加速运动
B．t1～t2时间内加速度为负，质点做减速运动
C．t2～t3时间内加速度为负，质点做减速运动
D．t3～t4时间内加速度为正，质点做加速运动
答案 AB
解析 由图象可知，在0～t1时间内加速度为正，速度也为正，加速度方向与速度方向相同，故质点做加速运动；在t1～t2时间内加速度为负，速度为正，加速度方向与速度方向相反，故质点做减速运动；在t2～t3时间内加速度为负，速度也为负，加速度方向与速度方向相同，故质点做加速运动；在t3～t4时间内加速度为正，速度为负，加速度方向与速度方向相反，质点做减速运动．所以说，要判断一个运动是加速运动还是减速运动，要根据加速度方向与速度方向的关系来确定，不能单独根据加速度的正负来确定．只有A、B项正确．
7．如图中每一个图都有两条图线，分别表示一种直线运动的加速度和速度随时间变化的图象，其中可能正确的是( )
答案 AD
解析 在A图中物体做匀变速直线运动，速度减小至零后再反向运动，其加速度a<0，所以是可能的，故A正确；在B、C图象中，速度恒定，其加速度为零，所以加速度不会变化，故B、C均错；在D图中，物体做匀加速直线运动，其加速度不变，且a>0，故有可能，D正确．
8．物体运动的初速度为6 m/s，经过10 s速度的大小变为20 m/s，则加速度大小可能是( )
A．0.8 m/s2 B．1.4 m/s2 C．2.0 m/s2 D．2.6 m/s2
答案 BD
解析 设初速度方向为正方向，根据a＝，后来20 m/s的速度方向可能与初速度的方向相同，也可能相反，所以相同时
a1＝ m/s2＝1.4 m/s2，
相反时a2＝ m/s2＝－2.6 m/s2.
9．有些国家为了交通安全，特制定了死亡加速度(500g，g取10 m/s2)这一数值以警世人，意思是如果行车的加速度超过此值将有生命危险．这么大的加速度，一般车辆是达不到的，但发生交通事故时，将会达到这一数值．试判断：两辆汽车以54 km/h的速度相向而撞，碰撞时间为2×10－3 s，驾驶员是否有生命危险？
答案 驾驶员有生命危险．
解析 两辆汽车相撞时它们的初速度v0＝54 km/h＝15 m/s，末速度vt＝0，则加速度的大小a＝＝ m/s2＝7 500 m/s2＝750g>500g
故驾驶员有生命危险．
10．如图1－5－4为某物体做直线运动的v－t图象．试分析物
图1－5－4
体在各段时间内的运动情况并计算各阶段加速度的大小和方向．
答案 见解析
解析 根据速度大小的变化情况可判断出加速度的方向与初速度方向间的关系，根据v－t图象中图线斜率的意义求出加速度．
质点在0～1 s内做加速直线运动，速度变化量为
Δv1＝4 m/s－0＝4 m/s，
加速度a1＝＝4 m/s2，方向为正．
在1 s～3 s内做减速直线运动，速度变化量
Δv2＝0－4 m/s＝－4 m/s，
加速度a2＝＝ m/s2＝－2 m/s2，方向为负，
在3 s～4 s内做加速直线运动，速度变化量
Δv3＝－2 m/s－0＝－2 m/s，
加速度a3＝＝ m/s2＝－2 m/s2，方向为负．
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第4节 实验：用打点计时器测速度
研究物体的运动，就要知道物体运动的位移、时间等，但这样还不能完整地描述运动．生活中，我们还会提出这样的问题：物体在哪个位置运动的更快？如何描述物体在某一位置或某时刻运动的快慢呢？这就要知道物体在某位置的速度，即瞬时速度，为此，本节就要学习一种测量瞬时速度的方法．
一、实验目的
1．练习使用电磁打点计时器或电火花计时器．
2．学会利用打上点的纸带研究物体的运动情况．
3．利用v－t图象分析实验数据，描述物体的运动．
二、实验原理
1．两种打点计时器当接通50 Hz的交流电时，都是每隔0.02 s打一次点．
2．当纸带跟运动物体连在一起时，打点计时器打在纸带上的点就相应地表示出物体在不同时刻的位置，线段上各点之间的间隔就表示出运动物体在不同时间内的位移，根据平均速度的定义式v＝，当Δt很短时，可以认为等于t时刻的瞬时速度．
三、实验步骤
1．把电火花计时器固定在桌子上，检查墨粉纸盘是否已经正确地套在纸盘轴上，并检查两条白纸带是否已经正确地穿好，墨粉纸盘是否夹在两条纸带之间．
2．把计时器上的电源插头插在交流220 V电源插座上．
3．接通开关，用手水平地拉动两条纸带，纸带上就会打下一系列的点迹．
4．取下纸带，从能够看清的某个点开始，往后数出若干个点，如果数出n个点，这些点划分出来的间隔数为(n－1)．由此计算出纸带从第一个点到第n个点的运动时间为0.02(n－1) s.
5．用刻度尺测量出第一个点到第n个点的距离x，再利用公式＝计算纸带通过这段位移时的平均速度．把测量和计算的结果填入表中．
6．在小纸带上标记连续7个计数点，分别标上记号A、B、C、D、E、F、G.用刻度尺测量每相邻两个点间的距离，分别记为x1、x2、x3、x4、x5、x6，记录到表中．
7．根据表中对纸带数据的测量结果，运用学过的知识判断：物体在这段时间内的运动是匀速直线运动还是变速直线运动？说出判断的理由．
8．将B、C、D、E、F作为测量点，分别测量包含这些点的一段位移Δx，由于Δt很小，求出Δt内的平均速度，即等于各点的瞬时速度，记入表中．
四、注意事项
1．电源电压要符合要求，电磁打点计时器应使用6 V以下交流电源；电火花计时器使用220 V交流电源．
2．实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时要进行调节或更换器材．
3．使用打点计时器应先接通电源，待打点计时器稳定时再用手拉纸带．
4．手拉纸带时，速度应快一些，以防点迹太密集．
5．复写纸不要装反，每打完一条纸带，应调整一下复写纸的位置，以保证打点清晰．
6．打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立即关闭电源．
五、实验数据处理
1．根据纸带分析物体的运动情况并能计算平均速度．
(1)在纸带上相邻两点的时间间隔均为0.02 s(电源频率为50 Hz)，所以点迹密集的地方表示纸带运动的速度小．
(2)根据v＝，求出任意两点间的平均速度，这里Δx可以用直尺测量出两点间的距离，Δt为两点间的时间间隔数与0.02 s的乘积．这里必须明确所求的是哪两点之间的平均速度．
2．粗略计算瞬时速度
某点E的瞬时速度可以粗略地由包含E点在内的两点间的平均速度来表示，如图1－4－2所示，vE≈DG或vE≈DF.
图1－4－2
说明：在粗略计算E点的瞬时速度时，可利用v＝公式来求解，但须注意的是，如果取离E点越接近的两点来求平均速度，这个平均速度越接近E点的瞬时速度，但是距离过小会使测量误差增大，应根据实际情况选取这两个点．
六、利用v－t图象分析物体的运动
1．v－t图象
用横轴表示时间t，纵轴表示速度v，建立直角坐标系．根据测量的数据在坐标系中描点，然后用平滑的曲线把这些点连接起来，即得到如图1－4－3所示的v－t图象．
图1－4－3
图1－4－4
2．v－t图象的意义
v－t图象非常直观地反映了速度随时间变化的情况，它并不是物体运动的轨迹．
3．匀速直线运动的v－t图象
(1)匀速直线运动的v－t图象是与时间轴平行的直线，如图1－4－4所示，直线a、b分别表示va＝4 m/s，vb＝8 m/s.
1－4－5
(2)从匀速直线运动的v－t图象中不仅可以看出速度的大小，并且可以求出位移，根据位移公式x＝vt，在v－t图象中就对应着边长分别为v和t的一个矩形面积，如图1－4－5中画斜线的部分．
七、利用现代科技测速度的方法
1．借助传感器用计算机测速度．详见课本．
2．借助数字计时器和气垫导轨测速度．详见课本．
这样测得的速度也不是瞬时速度，应是遮光条在遮光这段时间内滑块的平均速度．
3．利用频闪照相分析计算物体的运动．
研究物体的运动规律，除用打点计时器外，还可以用频闪照相，在暗室里放上照相机，让快门一直打开，旁边用频闪灯照相，因为频闪灯每隔相同时间瞬间闪光一次，在照相底片上就留下物体的一系列像，研究物体在不同闪光时刻成的像，就能了解物体的运动规律．
因为频闪照相能记录物体在不同时刻的位置，所以也和打点计时器一样能分析研究物体
的运动规律.
.
一、利用纸带判断物体的运动情况
例1 关于打点计时器打出的纸带，下列叙述中正确的是( )
A．点迹均匀，说明纸带做匀速运动
B．点迹变稀，说明纸带做加速运动
C．点迹变密，说明纸带做加速运动
D．相邻两点间的时间间隔相等
解析 打点计时器的振针打点的频率一定(50 Hz)，相邻两点间的时间间隔相等，如果纸带匀速运动，点迹均匀；如果纸带加速运动，点迹变稀；如果纸带减速运动，点迹变密．
答案 ABD
(1)选取一条点迹清晰的纸带为研究对象．
(2)分析纸带上点与点之间间隔的变化情况．
(3)若点与点之间的距离相等，就可判断物体做匀速运动，若点与点间距越来越大，则物体做加速运动，反之做减速运动.
二、平均速度和瞬时速度的计算
例2 图1－4－8是一位同学利用电磁打点计时器打出的一条纸带，相邻点的时间间隔为0.02 s，纸带旁边是一把最小刻度为1 mm的直尺，试计算拖着纸带做直线运动的物体：
(1)在AC这段时间内的平均速度；
(2)在B点的瞬时速度．
图1－4－8
解析 (1)根据平均速度的定义，AC这段时间内的平均速度就等于A到C的位移跟所用时间的比值．位移的大小可以从刻度尺上直接读出：x＝4.00 cm，A到C共10个点，9个时间间隔，所以A到C所用的时间t＝0.02 s×9＝0.18 s，所以AC这段时间内的平均速度＝＝＝0.22 m/s；
(2)根据公式vB＝来计算B点的瞬时速度．为了尽量精确地反映物体在B点的运动快慢，我们尽量在靠近B点的地方取得数据，例如取靠近B点的左右两个点，左边点在刻度尺上的读数是1.77 cm，右边点在刻度尺上的读数是2.65 cm，那么Δx＝2.65 cm－1.77 cm＝0.88 cm，两点间相隔的时间为Δt＝0.02 s×2＝0.04 s，所以B点的瞬时速度vB＝＝＝0.22 m/s.
答案 (1)0.22 m/s (2)0.22 m/s
三、速度—时间图象的理解
图1－4－9
例3 如图1－4－9所示为某物体的v－t图象，试说明该物体的运动情况．
解析 0～4 s物体做加速运动，末速度为12 m/s；
4～6 s物体做减速运动，末速度为0；
6～7 s物体做反向加速运动，末速度大小为4 m/s；
7～8 s物体做反向减速运动，末速度为0.
答案 见解析
1.通过打点计时器得到的一条纸带上的点迹不均匀，下列判断正确的是( )
A．点迹密集的地方物体运动的速度较大
B．点迹密集的地方物体运动的速度较小
C．点迹不均匀说明物体做变速运动
D．点迹不均匀说明打点计时器有故障
答案 BC
2．在下列四个图象中，表示匀速直线运动的是( )
答案 BC
解析 在v-t图象中表示匀速直线运动的图线是平行于t轴的一条直线；在x-t图象中表示匀速直线运动的图线是过原点的直线，故选项B、C项正确．
3．根据打点计时器打出的纸带，我们可以不利用公式计算就能直接得到的物理量是( )
A．时间间隔 B．位移 C．速率 D．平均速度
答案 AB
解析 因为打点计时器每隔0.02 s打一次点，根据纸带上打点的个数可确定出时间间隔，故A正确；由刻度尺可直接测量出两点间距离即位移大小，故B正确；速率和平均速度可通过上述A、B项，再进行计算方可求得，因此C、D项错．
4．接通电源与释放纸带让纸带(随物体)开始运动，这两项操作的时间顺序是( )
A．先接通电源，后释放纸带
B．先释放纸带，后接通电源
C．释放纸带的同时接通电源
D．先接通电源或先释放纸带都可以
答案 A
解析 按照操作顺序，必须先接通电源，让计时器工作稳定后再释放纸带，所以只有A正确．
5．下列说法中正确的是( )
A．电磁打点计时器和电火花计时器的计时原理基本一样
B．电磁打点计时器和电火花计时器外接的交流电压一样
C．电磁打点计时器和电火花计时器外接的交流电频率是一样的
D．电磁打点计时器和电火花计时器打点的时间间隔都是0.02 s
答案 ACD
6．打点计时器所用的电源是50 Hz的交流电，其相邻点的时间间隔是T，若纸带上共打出N个点，这纸带上记录的时间为t，则下列各式正确的是( )
A．T＝0.02 s，t＝NT B．T＝0.05 s，t＝(N－1)T
C．T＝0.02 s，t＝(N－1)T D．T＝0.05 s，t＝NT
答案 C
7．某同学在练习使用打点计时器时，得到了如图1－4－10所示的纸带，从O点开始，每隔0.1 s取一个测量点．测得OA＝3.20 cm，AB＝3.90 cm，BC＝5.86 cm，CD＝7.58 cm，DE＝9.72 cm.
图1－4－10
则可判断纸带的运动是________．
D段上的平均速度为________．
→D段上的平均速度为________．
答案 变速运动 51.35 cm/s
8．练习使用电磁打点计时器的实验步骤如下：
A．把打点计时器固定在带有定滑轮的长木板上，把复写纸套在定位轴上，让连接小车的纸带穿过限位孔，并压在复写纸下面
B．把打点计时器接在10 V以下的直流电源上
C．拉动纸带后，再接通电源
D．取下纸带，以纸带上起始点为O，依次在每个点上标出1、2、3、…，用刻度尺分别量出两点间的距离，比较是否相等，判断是什么性质的运动
试纠正以上步骤中错误之处．
答案 A中应将计时器固定在没有定滑轮的一端；B交流电源上，C先接通电源再拉动纸带；D从能够看清的点开始．
题型1 应用纸带计算平均速度和瞬时速度
例1 一同学利用打点计时器打出的纸带分析小车的运动速度时，从几条纸带中选出了一条不很完整的纸带，如图1－4－1所示．纸带上有六个计数点，相邻两计数点之间还有四个点没有画出，所用交流电的频率为50 Hz，相邻计数点之间的距离已标在图中，单位是厘米．
图1－4－1
(1)计算0～6点之间的平均速度；
(2)打点计时器打第4个点时小车的瞬时速度接近多少？
答案 (1)0.68 m/s (2)0.83 m/s
解析 (1)0到6点间的平均速度为：
v＝
＝×10－2 m/s
＝0.676 m/s≈0.68 m/s
(2)当打点计时器打第4个点时，小车的瞬时速度应当最接近于3～5点间的平均速度，则
v4＝＝×10－2 m/s
＝0.834 m/s≈0.83 m/s
拓展探究 上例中若电源频率低于50 Hz时，如果仍按50 Hz的时间间隔打一个点计算，则测出的速度数值将比物体的真实值是偏大还是偏小？
答案 偏大
解析 当交流电的频率为50 Hz时，打点计时器每隔0.02 s打一个点，当交流电的频率低于50 Hz时，打点计时器打一次点的时间间隔t将大于0.02 s，即t时间内的位移我们用0.02 s的位移计算(＝)，因此测出的速度将比真实值偏大．
该题考查学生应用“极限”的思想求物体的瞬时速度的能力，其平均速度可由v＝求出，求瞬时速度时，应当取包含该点的尽可能短的时间间隔，由平均速度代替瞬时速度.
题型2 实验数据的处理
例2 汽车沿平直公路行驶，小明坐在驾驶员旁边注视速度计，并记下间隔相等的各时刻的速度值，如下表所示：
t/s 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
v/(km·h－1) 20 30 40 50 50 50 50 35 20 5 0
根据小明的记录内容，试完成下列问题：
(1)从表中数据得到汽车在各段时间内的特点：在0～15 s内，汽车的速度在变化，时间每经过5 s速度增大________km/h；在15～30 s内汽车速度不变，速度大小为________km/h；在30～45 s内汽车速度在变化，每5 s速度减小______km/h.
(2)请根据表格中的数据，画出对应的v－t图象．
(3)如果认为在0～15 s内速度变化是均匀的，你能在图象中找出汽车在7.5 s时的速度值吗？
答案 (1)10 50 15 (2)见解析 (3)能 35 km/h
解析 根据小明记录的各个时刻的速度，首先在速度—时间坐标系中描出对应点，连接各点得到速度图象．
(1)分析小明记录的数据不难得出答案为：10；50；15.
(2)描点画图后，v－t图象如右图所示．
(3)能，35 km/h
1．画物理图象的原则是准确、清楚、布局合理、使用方便．
2．应恰当选取坐标轴的分度．
3．要有足够多的描点数目．
4．所画图线应尽可能穿过较多的描点.
题型3 v－t图象的理解和应用
图1－4－2
例3 在节假日期间，你可能到公园或游乐场玩过蹦床，如图1－4－2所示，是一名同学某次从蹦床跳起后的v－t图象，已知t2＝2t1，结合你的体会和经历，分析下列问题：
(1)他的速度大小是如何变化的？
(2)哪段时间是上升的，哪段时间是下降的？
(3)从图象中可以看出，是选上升过程的速度方向为正方向，还是选下降过程的速度方向为正方向？
(4)他在t2时刻回到蹦床上了吗？
答案 见解析
解析 (1)在0～t1时间内速度由v0逐渐减小到零，在t1～t2时间内速度由零增大到v0.
(2)速度由初速度v0减小到零的过程是上升过程，所对应的时间为0～t1；速度由零增大到v0的过程是下降过程，所对应的时间为t1～t2.
(3)从图象中可以看出，上升过程速度为正，下降过程速度为负，因此，是选定上升过程的速度方向为正方向．
(4)由于上升过程与下降过程是对称的，故t2时刻刚好回落到蹦床上．
v－t图象中反映的物理量有：
(1)某一时刻瞬时速度的大小，可以从图象上直接读出；
(2)速度的方向，选v轴中的正方向为正方向，如果速度为负值则说明运动的方向跟选择的正方向相反．
(3)匀速直线运动的图象是一条平行于t轴的直线．
(4)从匀速直线运动的速度—时间图象中不仅可以看出速度的大小，而且可以求出位移，据位移公式x＝vt，在速度图象中位移就对应着边长分别为v和t的矩形的面积.
1.打点计时器打出的纸带( )
A．能准确地求出某点的瞬时速度
B．只能粗略地求出某点的瞬时速度
C．能准确地求出某段时间内的平均速度
D．可以任意地利用某段时间内的平均速度代表某点的瞬时速度
答案 BC
2．当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点痕，下列关于纸带上的点痕的说法正确的是( )
A．点痕记录了物体运动的时间
B．点痕记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移
C．点在纸带上的分布情况，反映了物体的质量和形状
D．点在纸带上的分布情况，反映了物体的运动情况
答案 ABD
解析 打点计时器打下的点记录了物体的位置，而点的个数又记录了物体运动的时间，点间的距离记录了物体运动的位移，故可反映物体的运动情况．
3．一物体做直线运动的图象如图1－4－3所示，则该物体( )
图1－4－3
A．先做加速运动，后做减速运动，速度方向相同
B．先做加速运动，后做减速运动，速度方向相反
C．先做减速运动，后做加速运动，速度方向相同
D．先做减速运动，后做加速运动，速度方向相反
答案 A
解析 根据图象可知，物体速度先增大后减小，即先做加速运动，后做减速运动．由于图线在时间轴上方，速度方向都为正，方向相同，故选A正确．
4．某物体的运动规律如图1－4－4所示，下列说法中正确的是( )
图1－4－4
A．物体在第1 s末运动方向发生变化
B．第2 s内、第3 s内的速度方向是相同的
C．物体在第2 s内返回出发点，向反方向运动
D．在这7 s内物体的位置始终不会为负值
答案 D
解析 物体在第1 s末运动方向没有发生变化，A错；第2 s内、第3 s内的速度方向是相反的，B错；物体在第2 s内位移变大，向正方向运动，C错；物体做的是往复运动，故物体的位置始终不会为负值，D项正确．
5．如图1－4－5所示为甲、乙两质点的v－t图象，对于甲、乙两质点的运动，下列说法中正确的是( )
图1－4－5
A．质点甲向所选定的正方向运动，质点乙与甲的运动方向相反
B．质点甲、乙的速度相同
C．在相同的时间内，质点甲、乙的位移相同
D．质点甲、乙之间的距离一定越来越大
答案 A
解析 速度、位移都是矢量，其正负表示与选取正方向的关系，两个矢量相同，必须大小和方向都相同；由于题目没有指明甲、乙两质点的初始位置，所以只根据甲、乙的速度反向，不能判断其具体的运动关系，它们有可能相向运动，也可能是反向运动．
图1－4－6
6．在图1－4－6所示的v－t图中，A、B两质点同时从同一点在一条直线上开始运动，运动规律用A、B两图线表示，下述叙述正确的是( )
A．t＝1 s时，B质点运动方向发生改变
B．t＝2 s时，A、B两质点间距离一定等于2 m
C．A、B同时从静止出发，朝相反的方向运动
D．在t＝4 s时，A、B相遇
答案 BC
解析 质点的运动方向发生改变，即速度的正负发生变化，显然是在t＝2 s时B质点改变运动方向，选项A错误；t＝2 s时，质点A的位移是1 m，质点B的位移是－1 m，两质点间距离一定等于2 m，选项B正确；由题图可知，t＝0时，A、B两者v＝0，此后2 s内，vA>0，vB<0，故选项C正确；t＝4 s时，两者速度相等，并非位移相等(相遇)，选项D错误．
7．使用电火花计时器来分析物体运动情况的实验中，有如下基本步骤：
A．把电火花计时器固定在桌子上
B．安装好纸带
C．松开纸带让物体带着纸带运动
D．接通220 V交流电源
E．按下脉冲输出开关，进行打点
这些步骤正确的排列顺序为________．
答案 ABDEC
8．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，用打点计时器在纸带上打点以记录小车的运动情况．在这一实验中，某同学操作以下实验步骤，其中错误或遗漏的步骤有：
(1)________________________________；
(2)________________________________．
A．拉住纸带，将小车靠近打点计时器，放开纸带，再接通电源．
B．将打点计时器固定在平板上，并接好电路．
C．把一条绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码．
D．取下纸带．
E．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔．
将以上步骤完善后按合理的顺序填写在下面横线上．
________________________________________________________________________
答案 (1)A中应先接通电源，再释放纸带 (2)D中取下纸带前应先断开电源 顺序为：BECAD
9．用气垫导轨和数字计时器能够更精确地测量物体的瞬时速度．如图1－4－7所示，滑块在牵引力的作用下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光条通过第一个光电门的时间为Δt1＝0.29 s，通过第二个光电门的时间为Δt2＝0.11 s，已知遮光条的宽度为3.0 cm，试分别求出滑块通过第一个光电门和第二个光电门时的速度大小．
图1－4－7
答案 0.10 m/s 0.27 m/s
解析 滑块通过光电门的时间极短，可以用短程内的平均速度来表示该点的瞬时速度．由平均速度的定义可计算，滑块通过第一个光电门时的瞬时速度v1＝＝＝0.10 m/s；滑块通过第二个光电门时的瞬时速度v2＝＝＝0.27 m/s.
10．如图1－4－8所示，甲、乙两图象分别是某个运动质点的x－t图象和v－t图象，试说明在两图象中的OA、AB、BC、CD、DE各个阶段表示质点分别做什么运动？
图1－4－8
答案 见解析
解析 题图甲是位移图象，各段表示的运动情况如下：OA段表示质点从原点出发向正方向做匀速直线运动；AB段表示质点静止在某一位置处；BC段表示质点沿负方向做匀速直线运动又回到了出发点；CD段表示质点继续沿负方向做匀速直线运动，位移为负值；DE段表示质点沿正方向做匀速运动，最终又回到了出发点．
题图乙是速度图象，各段表示的运动情况如下：OA段速度增大，质点做初速度为零的加速直线运动；AB段表示质点做匀速直线运动；BC段表示质点仍向前运动，速度逐渐减小直至零，是减速直线运动；CD段表示质点沿负方向做加速直线运动，负值表示速度的方向；DE段表示质点仍然沿负方向运动，速度逐渐减小，最终减为零．
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第一章 运动的描述
第1节 质点 参考系和坐标系
我们坐在飞速行驶的“和谐号”动车组里会看到旁边的树木迅速向后退去，为什么会出现这样的现象呢？在群星闪烁的夜晚，有时我们会看到流星划过星空；当“神州七号”飞船升空之后将围绕地球做圆周运动．从我们身边一直到宇宙，万物都在运动，我们如何来描述各种物体的运动呢？为此，本节就要学习描述运动的一些物理量．
要点一、对理想化物理模型和质点的理解
1．理想化模型
(1)“理想化模型”是为了使研究的问题得以简化或研究问题方便而进行的一种科学的抽象，实际并不存在．
(2)“理想化模型”是以研究目的为出发点，突出问题的主要因素，忽略次要因素而建立的“物理模型”．
(3)“理想化模型”是在一定程度和范围内对客观存在的复杂事物的一种近似反映，是物理学中经常采用的一种研究方法．
2．质点
引入质点的意义
质点是一个理想化的物理模型，尽管不是实际存在的物体，但它是实际物体的一种近似，是为了研究问题的方便而进行的科学抽象，它突出了事物的主要特征，抓住了主要因素，忽略了次要因素，使所研究的复杂问题得到了简化．
要点二、对参考系的理解
1．定义
要描述某一个物体的位置及其随时间的变化，首先要选定某个其他物体作为参考，假定这个“其他物体”不动，观察研究对象相对于这个“其他物体”的位置是否随时间变化，这个被用来作参考的物体，叫做参考系．
2．引入参考系的意义
(1)有了参考系，才能确定物体的位置．
(2)选定了参考系后，才能知道和研究物体的运动．试设想，在茫茫的大海里，水天一色，如果没有太阳或星辰作参考，水手根本无法确定自己船舰的位置和航向．
3．参考系的选取原则
(1)选取参考系一般应根据研究对象和研究对象所在的系统来决定．例如研究火车上物体的运动情况，一般选取火车作为参考系；研究地面上物体的运动时，常选取地面或相对地面静止的物体作为参考系．选择地面为参考系时，参考系常可以略去不提，如“汽车运动了”，就不必说成“汽车相对地面运动了”．
(2)参考系的选取可以是任意的．在实际问题中，参考系的选取以研究问题方便、对运动的描述尽可能简单为基本原则．
4．参考系对运动的影响
对于同一个物体的运动，如果选取不同的物体作参考系，所得到的结果可能不同．例如有一辆载有乘客的客车，在京福高速公路上由北向南行驶，若以客车为参考系，乘客是静止的；若以路边的树木为参考系，乘客向南运动；若以也向南行驶但比客车运动的快的另外一辆轿车为参考系时，客车及乘客又是向北运动的．
要点三、建立坐标系的意义和特点1．建立坐标系的意义
物体做机械运动时，其位置会随时间发生变化，为了定量地描述物体的位置及位置的变化，需要在参考系上建立适当的坐标系．
2．坐标系的种类及特点
(1)直线坐标系：以某一点为原点，规定单位(有时是长度，有时是时间，也可能是其他物理量)、正方向或变化方向的意义．
(2)平面坐标系：物体在某一平面内运动时需建立平面坐标系．如图1－1－1所示：在图甲中，a、b、c三点有相同的横坐标，在图乙中，A、B、C三点有相同的纵坐标，由此可以发现：如果仅仅确定某点的横坐标或纵坐标，该点的位置并不能惟一确定，如果同时确定某点的横坐标和纵坐标，则该点的位置惟一确定．
图1－1－1
(3)多维坐标系(如三维立体空间坐标系)：物体的运动不在同一平面内时，可以建立多维坐标系．
3．建立坐标系的原则
要能方便简洁地确定物体的位置
.
一、对质点的理解
例1 下列关于质点的说法中，正确的是( )
A．质点是一个理想化的模型，实际并不存在
B．因为质点没有大小，所以与几何中的点没有区别
C．凡是轻小的物体，都可看作质点
D．如果物体的形状和大小在所研究的问题中属于次要因素，就可以把物体看作质点
解析 质点是一个理想化的物理模型，实际上不存在．物体能否看成质点要满足D项的条件，A、D正确；质点是有质量的，它是人们为了研究问题的方便而抽象出来的点，与物体大小没有直接关系，B、C项错．
答案 AD
如果物体的大小和形状对所研究的问题不起主要作用，其影响可以忽略不计，就可把它看成质点.
二、对参考系的理解
例2 某校高一的新同学分别乘两辆汽车去市公园游玩．当两辆汽车在平直公路上运动时，甲车内一同学看见乙车没有运动，而乙车内一同学看见路旁的树木向西移动．如果以地面为参考系，那么，根据上述观察到的现象可说明( )
A．甲车不动，乙车向东运动
B．乙车不动，甲车向东运动
C．甲车向西运动，乙车向东运动
D．甲、乙两车以相同的速度都向东运动
解析 正确分析“乙车内一同学看见路旁的树木向西移动”是解决本题的关键．树木相对地面本是静止的，由此判断乙车(相对地面)一定是向东运动．“甲车内一同学看见乙车没有运动”则说明甲、乙两车相对静止，速度一定是相同的．
答案 D
三、坐标系的应用
例3 一质点在x轴上运动，各个时刻的位置坐标如下表：
t/s 0 1 2 3 4 5
x/m 0 5 －4 －1 －7 1
(1)请在图1－1－2中的x轴上标出质点在各时刻的位置．
图1－1－2
(2)哪个时刻离开坐标原点最远？有多远？
解析 (1)以运动路径所在的直线为x轴，标出各时刻质点的位置坐标如下图所示．
(2)由图可知第4 s末质点离开坐标原点最远，有7 m.
答案 (1)见解析图 (2)4 s末 7 m
(1)画坐标系时，必须标上原点、正方向和单位长度．
(2)位置坐标的意义：正负表示方向，数值表示距坐标原点的距离．
(3)坐标轴的方向不一定非得在水平方向或竖直方向上，同时不能忽略“＋”、“－”号.
1.下列关于运动的说法中，正确的是( )
A．物体的位置没有变化就是不运动
B．两物体间的距离没有变化，两物体一定都是静止的
C．自然界中没有不运动的物体，运动是绝对的，静止是相对的
D．为了研究物体的运动，必须先选择参考系，平常说的运动或静止是相对于地球而言的．
答案 CD
解析 物体的位置对某一参考系不变．但对另一参考系可能变化了，所以物体可能在运动，故A错误；两物体间的距离没有变化，二者可能静止，也可能以相同的速度运动，故B错误；由于参考系的选择是任意的，对于不同的参考系，同一物体可能静止，也可能运动，故C、D正确．
2．歌词“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”所描写的运动的参考系分别是( )
A．竹排上的人、江岸 B．江岸、竹排
C．竹排上的人、竹排 D．江岸、江岸
答案 B
解析 “小小竹排江中游”是以江岸为参考系；“巍巍青山两岸走”是以竹排为参考系．
3．下列说法中正确的是( )
A．被选作参考系的物体是假定不动的
B．一乘客在车厢内走动的时候，他说车是运动的
C．研究地面上物体的运动，必须选取地面为参考系
D．质点运动的轨迹是直线还是曲线，与参考系的选取有关
答案 A
解析 宇宙间的一切物体都处在永恒的运动中，被选作参考系的物体只是被假定不动，所以选项A正确；物体是运动的还是静止的是相对于参考系而言的，在车厢内走动的人，在没有明确参考系之前就说车是运动的是错误的，所以选项B错误；研究物体的运动时，参考系是可以任意选取的，所以选项C错；运动质点通过的路线是质点运动的轨迹，它与观察者以哪一物体作参考系看到的情况无关，所以选项D是错误的．
4．下列情形中，不可以把物体看作质点的是( )
A．研究高速旋转的砂轮的运动
B．研究芭蕾舞演员的动作
C．研究花样滑冰中的运动员
D．研究飞行中直升机上的螺旋桨
答案 ABCD
5．在研究下列问题时，可以把汽车看作质点的是( )
A．研究汽车在行驶时车轮的转动情况
B．研究人在汽车上的位置
C．研究汽车在上坡时有无翻车的危险
D．计算汽车从北京开往大连的时间
答案 D
解析 A、B、C三项的物体均需要考虑汽车的形状
6．关于坐标系，下列说法正确的是( )
A．建立坐标系是为了定量描述物体的位置和位置的变化
B．坐标系都是建立在参考系上的
C．坐标系的建立与参考系无关
D．物体在平面内做曲线运动，需要用平面直角坐标系才能确定其位置
答案 ABD
7．一个小球从距地面4 m高处竖直向下抛出，被地面弹回，在距地面1 m高处被接住．坐标原点定在抛出点正下方2 m处，向下方向为坐标轴的正方向．则小球的抛出点、落地点、接住点的位置坐标分别是( )
A．2 m，－2 m，－1 m B．－2 m,2 m,1 m
C．4 m,0 m,1 m D．－2 m,0 m，－1 m
答案 B
题型1 物体看成质点的条件理解
例1 在以下哪些情况下可将物体看成质点( )
A．研究某学生骑车回校的速度
B．对某学生骑车姿势进行生理学分析
C．研究火星探测器从地球到火星的飞行轨迹
D．研究火星探测器降落火星后如何探测火星的表面
答案 AC
解析 研究学生的骑车速度或探测器的飞行轨迹时，其大小和形状的影响可忽略不计，故它们可以看成质点；但当研究学生的骑车姿势时，学生的身躯和四肢就构成了研究的对象，故不能把学生看成质点，B错；当火星探测器在火星表面探测时，探测器的动作直接影响探测的效果，所以探测器不能看成质点，故D错．
能否把一个物体看作质点，并不是由物体的形状和大小来决定的，而是由它的形状和大小对所研究问题的影响程度决定的．一般说来，如果在研究的问题中，物体的形状、大小及物体上各部分运动的差异是次要的或不起作用的因素时，物体就可看作质点.
题型二 机械运动和参考系
例2 甲、乙两辆汽车均以相同的速度行驶，下列有关参考系的说法正确的是( )
A．如果两辆汽车均向东行驶，若以甲车为参考系，乙车是静止的
B．如果观察的结果是两辆车均静止，参考系可以是第三辆车
C．如果以在甲车中一走动的人为参考系，乙车仍是静止的
D．如甲车突然刹车停下，乙车仍向东行驶，以乙车为参考系，甲车往西行驶
答案 ABD
解析 两车的速度相同时，其相对位置不变，以其中任一辆车为参考系，另一辆车一定静止，故A正确；若有第三辆车丙与甲、乙两车同向同速行驶，以丙车为参考系时，甲、乙两车均静止，故B正确；若一人在甲车中走动时，他与乙车的相对位置是变化的，则乙车是运动的，故C错；甲车刹车停下，乙车向东行驶，甲车与乙车间的距离增大，甲车相对乙车向西运动，故D正确．
拓展探究 上例中，若甲、乙两车都向南行驶，甲车的速度为10 m/s，乙车的速度为5 m/s，那么
(1)若以甲车为参考系，乙车向什么方向运动？
(2)若以乙车为参考系，甲车向什么方向运动？
答案 (1)向北 (2)向南
解析 由于甲车的车速快，所以甲、乙两车的距离增大，所以乙车相对于甲车向北运动，甲车相对于乙车向南运动．
1．参考系的选取是任意的，但一般在选取参考系时要能方便简洁的描述物体的运动．
2．在无特别说明的情况下，一般取地面或相对地面静止的物体为参考系．
3．同一个运动，选取不同的参考系，对运动的描述可能不同.
题型3 直角坐标系的应用
例3 为了确定平面上物体的位置，我们建立了平面直角坐标系，如图1－1－1所示．以O点为坐标原点，沿东西方向为x轴，向东为正；沿南北方向为y轴，向北为正．图中A点的坐标如何表示？其含义是什么？
图1－1－1
答案 A点的横坐标x＝2 m，A点的纵坐标y＝3 m，坐标值的含义为A点在坐标原点东2 m、偏北3 m处．
解析 在平面直角坐标系中，要想准确描述某物体的位置，必须找准其横坐标与纵坐标．
拓展探究 若某同学在操场上从A点开始先向南走了15 m到B点，接着又向东走了20 m到C点，请你建立合适的坐标系描述该同学的位置及位置的变化．
答案 见解析
解析 建立如下图所示的坐标系．
设A点为坐标原点，则B点坐标为(0,15)，C点坐标为(20,15)．
ΔxAB=xB-xA=0
ΔyAB=yB-yA=15 m
ΔxBC=xC-xB=20 m-0=20 m
ΔyBC=yC-yB=15 m-15 m=0 m
ΔxAC=xC-xA=20 m-0=20 m
ΔyAC=yC-yA=15 m-0=15 m
1.某人坐在甲船中看到乙船在运动，那么相对河岸不可能的运动情况是( )
A．甲船不动，乙船运动
B．甲船运动，乙船不动
C．甲、乙两船都在运动
D．甲、乙两船以相同速度同向运动
答案 D
解析 乙船相对于甲船在运动，故两者不可能以相同的速度同向运动，D选项错误；两船都在运动时，若运动的速度不相同，则两者依然有相对运动，故A、B、C三种说法都可能存在．本题的正确答案是D
2．下列各物体中，能被视为质点的有( )
A．停泊在港湾中随风摇摆的小船
B．满载战机远征伊拉克的“小鹰号”航空母舰
C．马拉松比赛的运动员
D．表演精彩动作的芭蕾舞者
答案 BC
3．在有云的夜晚，抬头望月，发现“月亮在白莲花般的云朵里穿行”，这时取的参考系是( )
A．月亮 B．云 C．地面 D．观察者
答案 B
4．地面观察者看雨滴竖直下落时，坐在匀速前进的列车车厢中的乘客看雨滴是( )
A．向前运动 B．向后运动
C．倾斜落向前下方 D．倾斜落向后下方
答案 D
解析 匀速前进的列车车厢中的乘客以列车为参考系，看雨滴应是落向后下方．
5.2008年的奥运圣火经珠穆朗玛峰传至北京，观察图1－1－2中的旗帜和甲、乙两火炬手所传递的圣火火焰，关于甲、乙两火炬手相对于静止旗杆的运动情况，下列说法正确的是(旗杆和甲、乙火炬手在同一地区)( )
图1－1－2
A．甲、乙两火炬手一定向左运动
B．甲、乙两火炬手一定向右运动
C．甲火炬手可能运动，乙火炬手向右运动
D．甲火炬手可能静止，乙火炬手向左运动
答案 D
6.如图1－1－3所示，甲、乙、丙3人各乘不同的热气球，甲看到楼房匀速上升，乙看到甲匀速上升，甲看到丙匀速上升，丙看到乙匀速下降，那么，从地面上看甲、乙、丙的运动可能是( )
图1－1－3
A．甲、乙匀速下降，且v乙>v甲，丙停在空中
B．甲、乙匀速下降，且v乙>v甲，丙匀速上升
C．甲、乙匀速下降，且v乙>v甲，丙匀速下降，且v丙D．甲、乙匀速下降，且v乙>v甲，丙匀速下降，且v丙>v甲
答案 ABC
解析 甲看到楼房匀速上升，则甲相对楼房是向下运动的，以地面为参考系，甲是向下运动的；乙看到甲匀速上升，说明乙相对甲向下运动，以地面为参考系，乙是向下运动的，而且速度比甲大；甲看到丙匀速上升，丙看到乙匀速下降，则丙的情况稍微复杂些，以地面为参考系可能是向下运动，但速度比甲和乙都要小，也可能是静止的，也可能是向上运动的．
7．指出以下所描述的各运动的参考系是什么．
(1)太阳从东方升起、西方落下，参考系为________．
(2)月亮在云中穿行，参考系为________．
(3)车外的树木向后倒退，参考系为________．
(4)骑摩托车的人从观后镜中看到身后的一辆汽车驶来，参考系为________．
答案 (1)地面 (2)云 (3)车 (4)骑车人自己或摩托车
8．天安门广场上的国旗杆临长安街而立，长安街为东西走向，一辆轿车沿长安街自西向东行驶，开始时距离国旗杆1 000 m，1 min后，距离国旗杆400 m,2 min后距离国旗杆600 m．若坐标原点定在国旗杆的位置，以自西向东方向为正方向建立坐标轴，则开始时，轿车的位置坐标为________，1 min后位置坐标为______．在研究轿车运动的过程中，将车视为了________．
答案 －1 000 m 400 m或－400 m 质点
解析 轿车在长安街行驶时，它距离国旗杆的距离先减小后增大，说明轿车先朝向国旗杆运动，经过国旗杆后，朝远离国旗杆的方向运动．由于轿车是自西向东行驶的，所以轿车最开始时在国旗杆的西侧，最后在国旗杆的东侧，但在计时开始的1 min后，距离国旗杆400 m处则可能在国旗杆的西侧，也可能在国旗杆的东侧．
9．第一次世界大战期间，一飞行员驾机飞行时，发现座舱外有一黑色的小物体，他伸手抓过来一看，竟是一颗子弹头！飞行员为何没被子弹击伤？如果飞行员站在地面上，他还敢抓飞行中的子弹吗？
答案 以飞机为参考系，子弹是静止的，所以不会伤到飞行员．但子弹相对地面以很大的速度运动，站在地面上的飞行员是不敢抓子弹的．
图1－1－4
10．如图1－1－4所示，某人从学校的门口A处开始散步，先向南走了50 m到达B处，再向东走了100 m到达C处，最后又向北走了150 m到达D处，则A、B、C、D各点位置如何表示？
答案 本题答案不唯一，当选取A点为坐标原点，向东为x轴正向，向北为y轴正向，则各点坐标分别为：A(0,0)B(0，－50 m)、C(100 m，－50 m)、D(100 m,100 m)．
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