
?第二講 勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究
? 知識梳理
一、勻變速直線運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律
1.概念:沿著一條直線,且加速度不變的運(yùn)動(dòng)。
2.分類:
①勻加速直線運(yùn)動(dòng):加速度方向與初速度方向相同;
②勻減速直線運(yùn)動(dòng):加速度方向與初速度方向相反。
v 無初速度時(shí),物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)
3.條件:加速度方向與速度方向在同一條直線上。
4.基本公式:
①速度與時(shí)間關(guān)系:
②位移與時(shí)間關(guān)系:
③速度與位移關(guān)系:
二、重要推論
①任意兩個(gè)連續(xù)相等時(shí)間間隔(T)內(nèi)的位移之差相等:
v 此性質(zhì)還可以表示為:
②一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度,也等于這段時(shí)間初、末時(shí)刻速度矢量和的一半:
③位移中點(diǎn)速度
v 不論是勻加速直線運(yùn)動(dòng)還是勻減速直線運(yùn)動(dòng)都有:
三、初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的重要結(jié)論
①1T末,2T末,3T末,…,nT末的瞬時(shí)速度之比:
②第1個(gè)T內(nèi),第2個(gè)T內(nèi),第3個(gè)T內(nèi),…,第n個(gè)T內(nèi)的位移之比:
③通過連續(xù)相等的位移所用時(shí)間之比:
四、自由落體運(yùn)動(dòng)和豎直上拋運(yùn)動(dòng)
1.自由落體運(yùn)動(dòng)
①定義:物體只在重力作用下從靜止開始下落的運(yùn)動(dòng),其初速度為零,加速度為g。
②運(yùn)動(dòng)規(guī)律
(1)速度公式:
(2)位移公式:
(3)速度位移關(guān)系式:
2.豎直上拋
①定義:將物體以一定初速度豎直向上拋出,只在重力作用下的運(yùn)動(dòng)。
②運(yùn)動(dòng)規(guī)律
(1)速度公式:
(2)位移公式:
(3)速度位移關(guān)系式:
? 知識練習(xí)
考點(diǎn)一、勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基本應(yīng)用
1.解題思路
確定研
究對象
畫過程
示意圖
選取正方向
判斷運(yùn)動(dòng)性質(zhì)
根據(jù)過程列公式
解方程并加以討論
2.恰當(dāng)選用公式
題目中所涉及的物理量(包括已知量、待求量和為解題設(shè)定的中間量)
沒有涉及
的物理量
適宜選用公式
、v、a、t
x
、a、t、x
v
、v、a、x
t
、v、t、x
a
3.運(yùn)動(dòng)公式中符號的規(guī)定
一般規(guī)定初速度的方向?yàn)檎较颍c初速度同向的物理量取正值,反向的物理量取負(fù)值。若,一般以a的方向?yàn)檎较颉?br />
例1、(2021·山東濟(jì)南檢測)出租車載客后,從高速公路入口處駛?cè)敫咚俟?,并?0時(shí)10分55秒開始做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),經(jīng)過10 s時(shí),速度計(jì)顯示速度為54 km/h。
(1)求這時(shí)出租車離出發(fā)點(diǎn)的距離;
(2)出租車?yán)^續(xù)做勻加速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)速度計(jì)顯示速度為108 km/h時(shí),出租車開始做勻速直線運(yùn)動(dòng)。10時(shí)12分35秒時(shí)計(jì)價(jià)器里程表示數(shù)應(yīng)為多少千米?(車啟動(dòng)時(shí),計(jì)價(jià)器里程表示數(shù)為零)
【答案】(1)75 m (2)2.7 km
【解析】[過程圖示] 畫運(yùn)動(dòng)過程示意圖,呈現(xiàn)運(yùn)動(dòng)情境。
(1)由題意可知經(jīng)過10 s時(shí),速度計(jì)上顯示的速度為v1=54 km/h= 15 m/s,
則
由位移公式得
即這時(shí)出租車離出發(fā)點(diǎn)的距離為75 m
(2)當(dāng)速度計(jì)上顯示的速度為v2=108 km/h=30 m/s時(shí),由=2as2得s2==300 m,這時(shí)出租車從靜止載客開始,已經(jīng)經(jīng)歷的時(shí)間為t2,可根據(jù)速度公式得t2==s=20 s
這時(shí)出租車時(shí)間表應(yīng)顯示10時(shí)11分15秒,
出租車?yán)^續(xù)勻速運(yùn)動(dòng),勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)間t3=80 s
通過位移s3=v2t3=30×80 m=2 400 m
所以10時(shí)12分35秒時(shí),計(jì)價(jià)器里程表示數(shù)
s=s2+s3=(300+2 400) m=2 700 m=2.7 km
例2、短跑運(yùn)動(dòng)員完成100m賽跑的過程可簡化為勻加速運(yùn)動(dòng)和勻速運(yùn)動(dòng)兩個(gè)階段。一次比賽中,某運(yùn)動(dòng)員用11. 00s跑完全程。已知運(yùn)動(dòng)員在加速階段的第2s內(nèi)通過的距離為7.5m,求該運(yùn)動(dòng)員的加速度及在加速階段通過的距離。
【答案】
【解析】 根據(jù)題意,在第1s和第2s內(nèi)運(yùn)動(dòng)員都做勻加速直線運(yùn)動(dòng),設(shè)運(yùn)動(dòng)員在勻加速階段的加速度為a,在第1s和第2s內(nèi)通過的位移分別為s1和s2,由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律得
求得
設(shè)運(yùn)動(dòng)員做勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t1,勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t2,勻速運(yùn)動(dòng)的速度為v,跑完全程的時(shí)間為t,全程的距離為s,依題決及運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律,得
設(shè)加速階段通過的距離為s?,則
求得
例3、甲乙兩輛汽車都從靜止出發(fā)做加速直線運(yùn)動(dòng),加速度方向一直不變。在第一段時(shí)間間隔內(nèi),兩輛汽車的加速度大小不變,汽車乙的加速度大小是甲的兩倍;在接下來的相同時(shí)間間隔內(nèi),汽車甲的加速度大小增加為原來的兩倍,汽車乙的加速度大小減小為原來的一半。求甲乙兩車各自在這兩段時(shí)間間隔內(nèi)走過的總路程之比。
【答案】
【解析】設(shè)汽車甲在第一段時(shí)間間隔末(時(shí)間t0)的速度為v,第一段時(shí)間間隔內(nèi)行駛的路程為s1,加速度為a,在第二段時(shí)間間隔內(nèi)行駛的路程為s2。
由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得: ① ?、凇 ? ③
設(shè)乙車在時(shí)間t0的速度為v',在第一、二段時(shí)間間隔內(nèi)行駛的路程分別為s'1、s'2。
同樣有 ④ ?、荨 、?br />
設(shè)甲、乙兩車行駛的總路程分別為、s',則有 ⑦ ?、?br />
聯(lián)立以上各式解得,甲、乙兩車各自行駛的總路程之比為 ⑨
l 課堂隨練
訓(xùn)練1、一質(zhì)點(diǎn)做勻加速直線運(yùn)動(dòng),在時(shí)間t內(nèi)的位移為s,末速度是初速度的3倍,則該質(zhì)點(diǎn)的加速度為( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】根據(jù)題意,在時(shí)間t內(nèi)由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得:
……①
……②
又根據(jù)題意知:……③
由①②③式求得:
訓(xùn)練2、(2021·四川成都月考)一輛卡車以10 m/s 的速度勻速行駛,剎車后第一個(gè)2 s內(nèi)的位移與最后一個(gè)
2 s內(nèi)的位移之比為3∶2,設(shè)卡車做勻減速直線運(yùn)動(dòng),則剎車后4 s內(nèi)卡車通過的距離是( )
A.2.5 m B.4 m
C.12 m D.12.5 m
【答案】D
【解析】設(shè)卡車剎車時(shí)加速度大小為a,則第一個(gè)2 s內(nèi)的位移
根據(jù)逆向思維,最后一個(gè)2 s內(nèi)的位移
由,解得a=4 m/s2,卡車從剎車到停止需要的時(shí)間=2.5 s
則剎車后4 s內(nèi)的位移=12.5 m,選項(xiàng)D正確。
訓(xùn)練3、“殲-15”艦載機(jī)在“山東艦”航母上艦尾降落滑行的過程可以簡化為沿水平方向的勻減速直線運(yùn)動(dòng),且艦載機(jī)滑行方向與航母運(yùn)動(dòng)方向在同一直線上。第一次試驗(yàn)時(shí),航母靜止,艦載機(jī)滑上跑道時(shí)的速度為80 m/s,剛好安全停在甲板上;第二次試驗(yàn)時(shí),航母以20 m/s速度勻速航行,若兩次在跑道上滑行過程中的加速度相同,已知跑道長為160 m。求第二次艦載機(jī)安全降落在航母上的最大速度。
【答案】100 m/s
【解析】第一次試驗(yàn)時(shí),航母靜止,根據(jù)速度與位移關(guān)系式可知
0-v=2aL
解得勻減速直線運(yùn)動(dòng)的加速度為a=-20 m/s2
第二次當(dāng)航母勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),設(shè)艦載機(jī)安全降落在航母上的最大速度為v1,設(shè)艦載機(jī)運(yùn)動(dòng)的位移為x1,
則有v2-v=2ax1
艦載機(jī)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t=
航母勻速運(yùn)動(dòng)的位移x2=vt
根據(jù)題意則有x1-x2=L
聯(lián)立解得v1=100 m/s
考點(diǎn)二、勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論及應(yīng)用
1.六種思想方法
例1、(多選)高鐵進(jìn)站的過程近似為高鐵做勻減速運(yùn)動(dòng),高鐵車頭依次經(jīng)過A、B、C三個(gè)位置,已知AB=BC,測得AB段的平均速度為30 m/s,BC段平均速度為20 m/s。根據(jù)這些信息可求得( )
A.高鐵車頭經(jīng)過A、B、C的速度
B.高鐵車頭在AB段和BC段運(yùn)動(dòng)的時(shí)間
C.高鐵運(yùn)動(dòng)的加速度
D.高鐵車頭經(jīng)過AB段和BC段時(shí)間之比
【答案】AD
【解析】設(shè)高鐵車頭在經(jīng)過A、B、C三點(diǎn)時(shí)的速度分別為vA、vB、vC。根據(jù)AB段的平均速度為30 m/s,可以得到=30 m/s;根據(jù)在BC段的平均速度為20 m/s,可以得到=20 m/s;設(shè)AB=BC=x,則整個(gè)過程中的平均速度為===24 m/s,所以有=24 m/s。聯(lián)立解得vA=34 m/s,vB=26 m/s,vC=14 m/s,由于不知道AB和BC的具體值,則不能求解運(yùn)動(dòng)時(shí)間及其加速度的大小,A選項(xiàng)正確,B、C選項(xiàng)錯(cuò)誤。tAB∶tBC=∶=2∶3,D選項(xiàng)正確。
例2、物體以一定的初速度從斜面底端A點(diǎn)沖上固定的光滑斜面,斜面總長度為l,到達(dá)斜面最高點(diǎn)C時(shí)速度恰好為零,如圖所示,已知物體運(yùn)動(dòng)到距斜面底端l處的B點(diǎn)時(shí),所用時(shí)間為t,求物體從B滑到C所用的時(shí)間。
【答案】t
【解析】法一:逆向思維法
物體向上勻減速?zèng)_上斜面,相當(dāng)于向下勻加速滑下斜面。設(shè)物體從B到C所用的時(shí)間為tBC。
由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得xBC=,xAC=,
又xBC=,
由以上三式解得tBC=t。
法二:比例法
對于初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),在連續(xù)相等的時(shí)間里通過的位移之比為x1∶x2∶x3∶…∶xn=1∶3∶5∶…∶(2n-1)。
因?yàn)閤CB∶xBA=∶=1∶3,而通過xBA的時(shí)間為t,所以通過xBC的時(shí)間tBC=t。
法三:中間時(shí)刻速度法
利用推論:勻變速直線運(yùn)動(dòng)中中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段位移的平均速度,vAC==。又v02=2axAC,vB2=2axBC,xBC=。由以上三式解得vB=??梢钥闯蓈B正好等于AC段的平均速度,因此B點(diǎn)是這段位移的中間時(shí)刻,因此有tBC=t。
法四:圖像法
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,畫出v-t圖像,如圖所示。利用相似三角形的規(guī)律,面積之比等于對應(yīng)邊的平方比,得=,且=,OD=t,OC=t+tBC。所以=,解得tBC=t。
例3、一小球沿斜面勻加速滑下,依次經(jīng)過A、B、C三點(diǎn),已知AB=6 m,BC=10 m,小球經(jīng)過AB和BC兩段所用的時(shí)間均為2 s,則小球經(jīng)過A、B、C三點(diǎn)時(shí)的速度大小分別是( )
A.2 m/s,3 m/s,4 m/s
B.2 m/s,4 m/s,6 m/s
C.3 m/s,4 m/s,5 m/s
D.3 m/s,5 m/s,7 m/s
【答案】B
【解析】根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中,兩點(diǎn)之間的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度,可知B點(diǎn)的速度等于AC段的平均速度,有=4 m/s;根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中兩個(gè)連續(xù)相等時(shí)間間隔內(nèi)的位移之差等于恒量,即Δs=at2,有Δs=BC-AB=at2,解得a=1 m/s2;由vB=vA+at及vC=vB+at,解得vA=2 m/s,vC=6 m/s。故選項(xiàng)B正確。
l 課堂隨練
訓(xùn)練1、(2022·廣東四校聯(lián)考)一個(gè)質(zhì)點(diǎn)從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),它在第3 s內(nèi)與第6 s內(nèi)通過的位移之比為x1∶x2,通過第3個(gè)1 m與通過第6個(gè)1 m時(shí)的平均速度之比為v1∶v2,則( )
A.x1∶x2=1∶4 B.x1∶x2=5∶11
C.v1∶v2=1∶ D.v1∶v2=∶
【答案】B
【解析】初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng),質(zhì)點(diǎn)在連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)通過的位移之比為s1∶s2∶s3∶…∶sn=1∶3∶5∶…∶(2n-1),故有第3 s內(nèi)與第6 s內(nèi)通過的位移之比為x1∶x2=s3∶s6=5∶11,故A錯(cuò)誤,B正確;初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng),質(zhì)點(diǎn)在通過連續(xù)相等的位移所用時(shí)間之比為t1∶t2∶t3∶…∶tn=1∶(-1)∶(-)∶…∶(-),故有質(zhì)點(diǎn)通過第3個(gè)1 m與通過第6個(gè)1 m時(shí)所用時(shí)間之比為t3∶t6=(-)∶(-),根據(jù)平均速度公式=,可得質(zhì)點(diǎn)通過第3個(gè)1 m與第6個(gè)1 m時(shí)的平均速度之比為v1∶v2= ∶=(+)∶(+),故C、D錯(cuò)誤。
訓(xùn)練2、從固定斜面上的O點(diǎn)每隔0.1 s由靜止釋放一個(gè)同樣的小球。釋放后小球做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。某一時(shí)刻,拍下小球在斜面滾動(dòng)的照片,如圖所示。測得小球相鄰位置間的距離xAB=4 cm,xBC=8 cm。已知O點(diǎn)距離斜面底端的長度為l=35 cm。由以上數(shù)據(jù)可以得出( )
A.小球的加速度大小為12 m/s2
B.小球在A點(diǎn)的速度為0
C.斜面上最多有5個(gè)小球在滾動(dòng)
D.該照片是距第一個(gè)小球釋放后0.3 s拍攝的
【答案】C
【解析】根據(jù)Δx=aT2可得小球的加速度大小為a==4 m/s2,A錯(cuò)誤; 小球在B點(diǎn)時(shí)的速度vB==0.6 m/s,小球在A點(diǎn)的速度為vA=vB-aT=0.2 m/s,則tA==0.05 s,即該照片是距第一個(gè)小球釋放后0.05 s拍攝的,B、D錯(cuò)誤;最高點(diǎn)的球剛釋放時(shí),最高處兩球之間的距離為x1=aT2=0.02 m=2 cm,根據(jù)初速度為零的勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可知,各個(gè)球之間的距離之比為1∶3∶5∶7…,則各個(gè)球之間的距離分別為2 cm、6 cm、10 cm、14 cm、18 cm…,因?yàn)镺點(diǎn)與斜面底端距離為35 cm,而前5個(gè)球之間的距離之和為32 cm,斜面上最多有5個(gè)球,C正確。
訓(xùn)練3、一物體作勻加速直線運(yùn)動(dòng),通過一段位移Δx所用的時(shí)間為t1,緊接著通過下一段位移Δx所用的時(shí)間為t2。則物體運(yùn)動(dòng)的加速度為
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】第一段位移中間時(shí)刻的速度為……①
第二段位移中間時(shí)刻的速度為……②
則物體的加速度為……③
由①②③得a=
考點(diǎn)三、自由落體運(yùn)動(dòng)和豎直上拋運(yùn)動(dòng)
1.豎直上拋運(yùn)動(dòng)的重要特性
①對稱性
如圖所示,物體以初速度v0豎直上拋,A、B為途中的任意兩點(diǎn),C為最高點(diǎn),則:
②多解性:當(dāng)物體經(jīng)過拋出點(diǎn)上方某個(gè)位置時(shí),可能處于上升階段,也可能處于下降階段,造成多解,在解決問題時(shí)要注意這個(gè)特性。
例1、兩物體在不同高度自由下落,同時(shí)落地,第一個(gè)物體下落時(shí)間為t,第二個(gè)物體下落時(shí)間為,當(dāng)?shù)诙€(gè)物體開始下落時(shí),兩物體相距( )
A.gt2 B.gt2
C.gt2 D.gt2
【答案】D
【解析】第二個(gè)物體在第一個(gè)物體下落后開始下落,此時(shí)第一個(gè)物體下落的高度h1=g=。根據(jù)h=gt2,知第一個(gè)物體和第二個(gè)物體下落的總高度分別為gt2、,兩物體未下落時(shí)相距,所以當(dāng)?shù)诙€(gè)物體開始下落時(shí),兩物體相距Δh=-=,故D正確,A、B、C錯(cuò)誤。
例2、研究人員為檢驗(yàn)?zāi)骋划a(chǎn)品的抗撞擊能力,乘坐熱氣球并攜帶該產(chǎn)品豎直升空,當(dāng)熱氣球以10 m/s 的速度勻速上升到某一高度時(shí),研究人員從熱氣球上將產(chǎn)品自由釋放,測得經(jīng)11 s產(chǎn)品撞擊地面。不計(jì)產(chǎn)品所受的空氣阻力,求產(chǎn)品的釋放位置距地面的高度。(g取10 m/s2)
【答案】495m
【解析】[過程圖示] 將產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)過程分為A→B和B→C→D兩段來處理。A→B為豎直方向勻減速運(yùn)動(dòng),B→C→D為自由落體運(yùn)動(dòng)。
法一 分段法
在A→B段,根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知
tAB==1 s
hAB=hBC==5 m
由題意可知tBD=11 s-1 s=10 s
根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得hBD==500 m
故釋放點(diǎn)離地面的高度H=hBD-hBC=495 m。
法二 全程法
將產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)視為勻變速直線運(yùn)動(dòng),規(guī)定向上為正方向,則v0=10 m/s,a=-g=-10 m/s2,
根據(jù)H=v0t+at2
解得H=-495 m,
即產(chǎn)品剛釋放時(shí)離地面的高度為495 m。
例3、(2019·高考全國卷Ⅰ,T18)如圖,籃球架下的運(yùn)動(dòng)員原地垂直起跳扣籃,離地后重心上升的最大高度為H。上升第一個(gè)所用的時(shí)間為t1,第四個(gè)所用的時(shí)間為t2。不計(jì)空氣阻力,則滿足( )
A.1
這是一份新高考物理一輪復(fù)習(xí)精講精練第1章 質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動(dòng) 勻變速直線運(yùn)動(dòng)章末測試(含解析),共12頁。試卷主要包含了單項(xiàng)選擇題,多項(xiàng)選擇題,實(shí)驗(yàn)題,計(jì)算題等內(nèi)容,歡迎下載使用。
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