
本章優(yōu)化總結(jié)
[學(xué)生用書P41]
求勻變速直線運(yùn)動(dòng)的常用方法[學(xué)生用書P42]
由于運(yùn)動(dòng)學(xué)部分的公式較多,并且各公式之間又相互聯(lián)系,因此本章中的一些題目??梢活}多解.在解題時(shí)要開闊思路,聯(lián)想比較,篩選出最便捷的解題方案,從而簡化解題過程.本章常用的解題方法及規(guī)律特點(diǎn)見下表:
續(xù) 表
物體以一定的初速度從底端A點(diǎn)沖上固定的光滑斜面,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)到斜面長度eq \f(3,4)處的B點(diǎn)時(shí),所用時(shí)間為t,求物體從B運(yùn)動(dòng)到C所用的時(shí)間.
[解析] 法一:一般公式法
設(shè)物體初速度為v0,加速度大小為a,方向沿斜面向下,從A到C用時(shí)t1,已知從A到B用時(shí)t,則由運(yùn)動(dòng)速度和位移公式得:sAB=v0t-eq \f(1,2)at2,
sAC=v0t1-eq \f(1,2)ateq \\al(2,1),
且sAB=eq \f(3,4)sAC
又vB=v0-at,vC=vB-a(t1-t)=0
聯(lián)立求解可得:t1=2teq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(另一解t1=\f(2,3)t不合理,舍去))
故物體從B運(yùn)動(dòng)到C所用的時(shí)間tBC=t1-t=t.
法二: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,有sBC=eq \f(1,2)ateq \\al(2,BC),sAC=eq \f(a(t+tBC)2,2),且sBC=eq \f(sAC,4)
解得tBC=t.
法三:比例法
對于初速度為零的勻變速直線運(yùn)動(dòng),在連續(xù)相等的時(shí)間內(nèi)通過的位移之比為
s1∶s2∶s3∶…=1∶3∶5∶…
現(xiàn)在sBC∶sAB=1∶3,通過sAB的時(shí)間為t,
故通過sBC的時(shí)間tBC=t.
法四:中間時(shí)刻速度法
利用推論:中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度,有eq \x\t(v)AC=eq \f(1,2)(vt+v0)=eq \f(v0,2)
又veq \\al(2,0)=2asAC,veq \\al(2,B)=2asBC,sBC=eq \f(1,4)sAC
由以上各式解得:vB=eq \f(v0,2)=vAC
可以看出vB正好等于AC段的平均速度,因此B點(diǎn)是中間時(shí)刻,即tBC=t.
法五:圖像法
利用相似三角形面積之比等于對應(yīng)邊二次方比的方法,作出v-t圖像,如圖所示.
eq \f(S△AOC,S△BDC)=eq \f(CO2,CD2)
且S△AOC=4S△BDC,OD=t,OC=t+tBC
所以eq \f(4,1)=eq \f((t+tBC)2,teq \\al(2,BC)),解得tBC=t.
[答案] t
一個(gè)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的物體,在前4 s內(nèi)經(jīng)過的位移為24 m,在第2個(gè)4 s內(nèi)經(jīng)過的位移是60 m,求這個(gè)物體的加速度和初速度各是多少?
解析:由公式Δs=aT 2,得a=eq \f(Δs,T2)=eq \f(60-24,42) m/s2=2.25 m/s2,
根據(jù)v4=eq \f(24+60,8) m/s=v0+4a,
得v0=1.5 m/s.
答案:2.25 m/s2 1.5 m/s
運(yùn)動(dòng)圖像的意義及應(yīng)用[學(xué)生用書P43]
續(xù) 表
(多選)(2018·高考全國卷 Ⅱ )甲、乙兩汽車在同一條平直公路上同向運(yùn)動(dòng),其速度-時(shí)間圖像分別如圖中甲、乙兩條曲線所示.已知兩車在t2時(shí)刻并排行駛.下列說法正確的是( )
A.兩車在t1時(shí)刻也并排行駛
B.在t1時(shí)刻甲車在后,乙車在前
C.甲車的加速度大小先增大后減小
D.乙車的加速度大小先減小后增大
[解析] 本題可巧用逆向思維分析,兩車在t2時(shí)刻并排行駛,根據(jù)題圖分析可知在t1~t2時(shí)間內(nèi)甲車運(yùn)動(dòng)的位移大于乙車運(yùn)動(dòng)的位移,所以在t1時(shí)刻甲車在后,乙車在前,B正確,A錯(cuò)誤;依據(jù)v-t圖像斜率表示加速度分析出C錯(cuò)誤,D正確.
[答案] BD
【達(dá)標(biāo)練習(xí)】
1.(多選)(2018·高考全國卷 Ⅲ )
甲、乙兩車在同一平直公路上同向運(yùn)動(dòng),甲做勻加速直線運(yùn)動(dòng),乙做勻速直線運(yùn)動(dòng).甲、乙兩車的位置x隨時(shí)間t的變化如圖所示.下列說法正確的是( )
A.在t1時(shí)刻兩車速度相等
B.從0到t1時(shí)間內(nèi),兩車走過的路程相等
C.從t1到t2時(shí)間內(nèi),兩車走過的路程相等
D.在t1到t2時(shí)間內(nèi)的某時(shí)刻,兩車速度相等
解析:選CD.x-t圖像某點(diǎn)的切線斜率表示瞬時(shí)速度,A錯(cuò)誤;前t1時(shí)間內(nèi),由于甲、乙的出發(fā)點(diǎn)不同,故路程不同,B錯(cuò)誤;t1~t2時(shí)間內(nèi),甲、乙的位移和路程都相等,大小都為x2-x1,C正確;t1~t2時(shí)間內(nèi),甲的x-t圖像在某一點(diǎn)的切線與乙的x-t圖像平行,此時(shí)刻兩車速度相等,D正確.
2.(多選)物體甲的s-t圖像和物體乙的v-t圖像如所示,則這兩物體的運(yùn)動(dòng)情況是( )
A.甲在整個(gè)t=6 s時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)方向一直不變,它通過的總位移大小為4 m
B.甲在整個(gè)t=6 s時(shí)間內(nèi)有往返運(yùn)動(dòng),它通過的總位移為零
C.乙在整個(gè)t=6 s時(shí)間內(nèi)有往返運(yùn)動(dòng),它通過的總位移為零
D.乙在整個(gè)t=6 s時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)方向一直不變,它通過的總位移大小為4 m
解析:選AC.甲圖為s-t圖像,圖像的斜率表示速度,甲的斜率一直為正,故甲的運(yùn)動(dòng)方向不變,通過的總位移大小為4 m,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;乙圖為v-t圖像,速度有正有負(fù),表示有往返運(yùn)動(dòng).v-t圖像中圖線與時(shí)間軸所圍面積表示位移的大小,在整個(gè)t=6 s時(shí)間內(nèi)乙通過的總位移為零,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤.
追及、相遇問題[學(xué)生用書P43]
1.追及問題
(1)追及的特點(diǎn):兩個(gè)物體在同一時(shí)刻處在同一位置.
(2)追及問題滿足的兩個(gè)關(guān)系
①時(shí)間關(guān)系:從后面的物體追趕開始,到追上前面的物體時(shí),兩物體經(jīng)歷的時(shí)間相等.
②位移關(guān)系:s2=s0+s1
其中s0為開始追趕時(shí)兩物體之間的距離,s1表示前面被追物體的位移,s2表示后面追趕物體的位移.
(3)臨界條件:當(dāng)兩個(gè)物體的速度相等時(shí),可能出現(xiàn)恰好追上、恰好避免相撞、相距最遠(yuǎn)、相距最近等情況,即出現(xiàn)上述四種情況的臨界條件為v1=v2.
2.相遇問題
相向運(yùn)動(dòng)的物體,各自發(fā)生的位移的絕對值之和等于開始時(shí)兩物體間的距離時(shí)即相遇.在避碰問題中,關(guān)鍵是把握臨界狀態(tài),避碰問題的臨界狀態(tài)還是反映在速度相等這一關(guān)鍵點(diǎn)上,即兩個(gè)運(yùn)動(dòng)物體具有相同的位置坐標(biāo)時(shí),兩者的相對速度為零.
3.分析追及問題的一般方法
(1)一般解題思路
(2)解題技巧
①抓住三個(gè)關(guān)系,即“位移關(guān)系”“時(shí)間關(guān)系”“速度關(guān)系”;用好示意圖.
②尋找隱含的臨界條件,如“剛好”“恰好”等關(guān)鍵詞往往是解題的突破點(diǎn).
③若被追趕的物體做減速運(yùn)動(dòng),要判斷它何時(shí)停下.
一輛汽車以3 m/s2的加速度開始啟動(dòng)的瞬間,一輛以6 m/s的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)的自行車恰好從汽車旁邊經(jīng)過.求:
(1)汽車追上自行車前二者相距的最遠(yuǎn)距離為多少?
(2)汽車經(jīng)多長時(shí)間追上自行車?追上自行車時(shí)瞬時(shí)速度多大?
[解析] 法一:物理分析的方法
(1)汽車“追趕”自行車,它們的間距先增后減,當(dāng)二者速度相同時(shí),間距最大.設(shè)二者速度相同,均為6 m/s,所經(jīng)過的時(shí)間為t1,則at1=v自,t1=eq \f(v自,a)=eq \f(6,3) s=2 s,最大間距Δs=v自t1-eq \f(1,2)ateq \\al(2,1)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(6×2-\f(1,2)×3×22)) m=6 m.
(2)追上時(shí)間為t2,則v自t2=eq \f(1,2)ateq \\al(2,2),即6t2=eq \f(1,2)×3×teq \\al(2,2),t2=4 s,此時(shí)汽車速度v2=at2=12 m/s.
法二:數(shù)學(xué)分析的方法
(1)經(jīng)時(shí)間t,二者間距為Δs=v自t-eq \f(1,2)at2=6t-eq \f(1,2)×3×t2=-eq \f(3,2)(t-2)2+6,當(dāng)t=2 s時(shí),間距最大,Δsm=6 m.
(2)追上時(shí)解法同法一.
法三:圖像法
根據(jù)題意,從汽車啟動(dòng)瞬間計(jì)時(shí),分別作出汽車與自行車的v-t圖像,如圖所示.
(1)由圖像可知,2 s前自行車與汽車間距增大,2 s后汽車“追趕”自行車,它們的間距減小,因此t=2 s時(shí)二者間距最大,最大距離與三角形OAB面積數(shù)值相等,即
Δsm=6×2×eq \f(1,2) m=6 m.
(2)當(dāng)所畫陰影三角形OAB與三角形CDB面積相等時(shí)汽車追上自行車,由兩三角形全等可知,在t=4 s時(shí)汽車追上自行車,由圖像知此時(shí)汽車速度為12 m/s.
[答案] (1)6 m (2)4 s 12 m/s
eq \a\vs4\al()
解追及、相遇問題的一般思路
(1)根據(jù)對兩物體運(yùn)動(dòng)過程的分析,畫出物體運(yùn)動(dòng)的示意圖.
(2)根據(jù)兩物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì),分別列出兩個(gè)物體的位移方程,注意要將兩物體運(yùn)動(dòng)時(shí)間的關(guān)系反映在方程中.
(3)由運(yùn)動(dòng)示意圖找出兩物體位移間的關(guān)聯(lián)方程,這是關(guān)鍵.
(4)聯(lián)立方程求解,并對結(jié)果進(jìn)行簡單分析.
為打擊販毒,我邊防民警在各交通要道上布下天羅地網(wǎng).某日,一輛藏毒汽車高速駛進(jìn)某檢查站,警方示意停車,毒販見勢不妙,高速闖卡.闖卡后,此車在平直公路上可視為做勻速直線運(yùn)動(dòng),其位移可由公式s1=50t來描述.藏毒車闖卡同時(shí),原來停于卡口邊的大功率警車立即啟動(dòng)追趕,警車從啟動(dòng)到追上毒販的運(yùn)動(dòng)可看作勻加速直線運(yùn)動(dòng),其位移可由公式s2=2t2來描述.本題位移單位均為m,時(shí)間單位均為s,則由以上信息可求:
(1)藏毒車逃跑時(shí)的速度是多大?警車追趕藏毒車時(shí)的加速度為多大?
(2)在追趕過程中,經(jīng)多長時(shí)間警車與藏毒車的距離最遠(yuǎn),最遠(yuǎn)距離為多少?
(3)警車經(jīng)多長時(shí)間追上藏毒車,追上時(shí)已距離檢查站多遠(yuǎn)?
解析:(1)藏毒車逃跑時(shí)的速度v0=50 m/s,
警車追趕藏毒車時(shí)的加速度a=4 m/s2.
(2)當(dāng)警車速度v與藏毒車速度v0相等時(shí)距離最遠(yuǎn)
即v=at1,得t1=12.5 s
此過程藏毒車位移
s1=50t1=50×12.5 m=625 m
警車位移
s2=2teq \\al(2,1)=2×12.52 m=312.5 m
最遠(yuǎn)距離
Δs=s1-s2=625 m-312.5 m=312.5 m.
(3)警車追上藏毒車時(shí)位移相同
即50t2=2teq \\al(2,2),得t2=25 s
此時(shí)與檢查站的距離s=50t2=50×25 m=1 250 m.
答案:(1)50 m/s 4 m/s2 (2)12.5 s 312.5 m
(3)25 s 1 250 m
紙帶的應(yīng)用問題[學(xué)生用書P45]
1.由紙帶判斷物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)
在紙帶上測出各個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間T內(nèi)的位移分別是s1、s2、…、sn:
(1)如果s1=s2=…=sn,則物體做勻速直線運(yùn)動(dòng);
(2)如果s2-s1=s3-s2=…=sn-sn-1≠0,即在連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移差相等,則物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng);如果不相等,則物體做變加速直線運(yùn)動(dòng).
2.由紙帶計(jì)算物體的速度
如果物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng),s1、s2、…、sn為其在連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移,T為相等時(shí)間間隔值,則紙帶上某點(diǎn)對應(yīng)的瞬時(shí)速度等于以這個(gè)點(diǎn)為中間時(shí)刻的位移內(nèi)的平均速度,即vn=eq \f(sn+sn+1,2T).
3.由紙帶計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的加速度
(1)v-t圖像法:利用求得的多個(gè)速度值及對應(yīng)時(shí)間描繪出v-t圖像,則v-t圖線斜率即為物體運(yùn)動(dòng)的加速度.
(2)逐差法:如圖所示的紙帶,按時(shí)間順序取0、1、2、3、4、5、6七個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),測量相鄰兩點(diǎn)之間的距離分別是s1、s2、s3、s4、s5、s6,T為計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間,
由Δs=aT2可得
s4-s1=3a1T2,s5-s2=3a2T2,s6-s3=3a3T2,則物體運(yùn)動(dòng)的加速度
a=eq \f(1,3)(a1+a2+a3)
=eq \f((s4+s5+s6)-(s1+s2+s3),9T2)
同理可得若有4段位移
a=eq \f((s3+s4)-(s1+s2),4T2).
如圖所示是某同學(xué)測量勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí),從若干紙帶中選中的一條紙帶的一部分,他每隔4個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),圖上注明了他對各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的測量結(jié)果(單位:cm).
(1)為了驗(yàn)證小車的運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng),請進(jìn)行下列計(jì)算,填入表內(nèi)(單位:cm).
各位移差與平均值最多相差________cm,由此可得出結(jié)論:在________范圍內(nèi)小車在________的位移之差相等,所以小車的運(yùn)動(dòng)是________________________________________________________________________.
(2)小車的加速度為________m/s2.
[解析] (1)由題中數(shù)據(jù)可求各位移差依次為1.60 cm、1.55 cm、1.62 cm、1.53 cm、1.61 cm,其平均值Δs≈1.58 cm,各位移與平均值最多相差0.05 cm,所以在誤差允許范圍內(nèi),小車在相鄰相等時(shí)間內(nèi)位移之差相等,因此小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng).
(2)由“逐差法”求加速度:
a=eq \f((s6+s5+s4)-(s3+s2+s1),9T2)
=eq \f((10.71+9.10+7.57)-(5.95+4.40+2.80),9×(0.1)2)×10-2 m/s2≈1.58 m/s2.
[答案] (1)1.60 1.55 1.62 1.53 1.61 1.58 0.05 誤差允許 相鄰相等的時(shí)間內(nèi) 勻加速直線運(yùn)動(dòng)
(2)1.58
(2019·溫州高一檢測)如圖所示是用小車拖動(dòng)紙帶,用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測定勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí)打出的一條紙帶,電源頻率為50 Hz.A、B、C、D、E為在紙帶上所選的計(jì)數(shù)點(diǎn).相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)未畫出.
(1)小車與紙帶________(填“左”或“右”)端連接.
(2)AC段小車的平均速度vAC=________m/s;打下A點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度vA=________m/s.
(3)AB、BC、CD、DE間距離分別用x1、x2、x3、x4表示,相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔用T表示,則用x1、x2、x3、x4和T表示小車加速度的表達(dá)式a=________;代入數(shù)據(jù),求得加速度為a=________m/s2.(計(jì)算結(jié)果均保留小數(shù)點(diǎn)后兩位)
解析:(1)小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng),計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離越來越大,因此小車與紙帶的左端相連.
(2)AC段小車平均速度vAC=eq \f(xAC,2T)=eq \f(52.0×10-3,2×5×0.02) m/s=0.26 m/s,vC=eq \f(xBD,2T)=eq \f((84.0-24.0)×10-3,2×5×0.02) m/s=0.30 m/s,vB=eq \f(vA+vC,2),則vA=2vB-vC=2vAC-vC=0.22 m/s.
(3)根據(jù)逐差法有a=eq \f((x3+x4)-(x1+x2),4T2),T=5×0.02 s=0.1 s,代入數(shù)據(jù)得a=0.40 m/s2.
答案:(1)左 (2)0.26 0.22
(3)eq \f((x3+x4)-(x1+x2),4T2) 0.40
常用方法
規(guī)律特點(diǎn)
公式法
運(yùn)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的基本公式解題:速度公式vt=v0+at;位移公式s=v0t+eq \f(1,2)at2;位移和速度關(guān)系式2as=veq \\al(2,t)-veq \\al(2,0).三個(gè)公式都是矢量式,使用時(shí)注意各物理量的方向
平均速度法
定義式eq \x\t(v)=eq \f(s,t)對任何直線運(yùn)動(dòng)都適用,而eq \x\t(v)=eq \f(1,2)(v0+vt)只適用于勻變速直線運(yùn)動(dòng).恰當(dāng)?shù)厥褂闷骄俣裙?,有助于提高解題速度
中間時(shí)刻速度法
勻變速直線運(yùn)動(dòng)中,任一時(shí)間t內(nèi)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度,即v中=eq \x\t(v),這一結(jié)論適用于任何勻變速直線運(yùn)動(dòng).有些題目應(yīng)用它可以避免常規(guī)解法中用位移公式列出的含有t2的復(fù)雜式子,從而簡化解題過程,提高解題速度
常用方法
規(guī)律特點(diǎn)
巧用推論解題
勻變速直線運(yùn)動(dòng)中,在連續(xù)相等的時(shí)間T內(nèi)的位移之差為一恒量,即sn+1-sn=aT2,對于一般的勻變速直線運(yùn)動(dòng)問題,若出現(xiàn)相等的時(shí)間間隔問題,應(yīng)優(yōu)先考慮用Δs=aT2求解
比例法
對于初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)與末速度為0的勻減速直線運(yùn)動(dòng),可利用初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的推論解題
圖像法
應(yīng)用v-t圖像,可把較復(fù)雜的物理問題轉(zhuǎn)變?yōu)檩^簡單的數(shù)學(xué)問題,尤其是用圖像定性分析,可避開繁雜的計(jì)算,快速找出答案
極值法
臨界、極值問題的考查往往伴隨著“恰好”“剛剛”“最大”“最小”等字眼,極值法在追及等問題中有著廣泛的應(yīng)用
逆向思維法
把運(yùn)動(dòng)過程的“末態(tài)”作為“初態(tài)”反向研究問題的方法,一般用于末態(tài)已知的情況
巧選參考系解題
物體的運(yùn)動(dòng)是相對一定的參考系而言的,研究地面上的物體的運(yùn)動(dòng)常以地面為參考系,有時(shí)為了研究問題方便,也可巧妙地選用其他物體作為參考系,甚至在分析某些較為復(fù)雜的問題時(shí),為了求解簡捷,還可以靈活地選用非慣性參考系
s-t圖像
v-t圖像
圖像
①
表示物體做勻速直線運(yùn)動(dòng),斜率(圖線的傾斜程度)表示速度
表示物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng),斜率(圖線的傾斜程度)表示加速度
②
表示物體靜止
表示物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)
s-t圖像
v-t圖像
③
表示物體靜止
表示物體靜止
④
表示物體自s0位置向負(fù)方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)
表示物體以初速度v0向正方向做勻減速直線運(yùn)動(dòng)
⑤
交點(diǎn)的橫坐標(biāo)表示三個(gè)物體此時(shí)刻相遇
交點(diǎn)的橫坐標(biāo)表示三個(gè)物體此時(shí)刻的速度相等
⑥
t1時(shí)刻的位移為s1
t1時(shí)刻物體的速度為v1(圖中陰影部分的面積表示物體在0~t1時(shí)間內(nèi)的位移)
⑦
與④平行,表示速度相同
與④平行,表示加速度相同
⑧
表示物體做加速直線運(yùn)動(dòng)
表示物體做加速度增大的加速運(yùn)動(dòng)
s2-s1
s3-s2
s4-s3
s5-s4
s6-s5
Δs平均值
這是一份人教版 (2019)必修 第一冊第二章 勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究綜合與測試學(xué)案,共10頁。
這是一份人教版 (2019)必修 第一冊第三章 相互作用——力綜合與測試導(dǎo)學(xué)案,共7頁。
這是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一冊第四章 運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系綜合與測試導(dǎo)學(xué)案,共5頁。
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