2022年高中物理必修一匀变速直线运动的规律及其应用典型例题精讲精练 .pdf
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1、学习好资料欢迎下载匀变速直线运动的规律及其应用二、匀变速直线运动的位移与时间的关系匀变速直线运动位移时间关系式:201xv tat2匀变速直线运动的两个基本关系式: 速度时间关系式:v=v0+at 位移时间关系式:201xv tat2(2) 公式中的 x,v0,a 都是矢量 , 应用时必须选取统一的方向为正方向. 活学活用2. 已知 O,A,B,C 为同一直线上的四点,AB 间的距离为l1,BC 间的距离为l2. 一物体自 O点由静止出发 , 沿此直线做匀加速运动, 依次经过 A,B,C 三点 . 已知物体通过AB段与 BC段所用的时间相等. 求 O与 A的距离 . 解析:设物体的加速度为a,
2、 到达 A 点的速度为v0,通过 AB 段和 BC段所用的时间为t, 则有2101lv tat2l1+l2=2v0t+2at2,联立式得l2-l1=at2, 3l1-l2=2v0t ,设 O与 A的距离为 l, 则有20vl2a联立式得21221(3ll )l8 ll三、匀变速直线运动的位移与速度的关系匀变速直线运动的位移与速度的关系:v2-20v=2ax (1)不含时间 , 应用很方便 .(2) 公式中四个矢量也要规定统一的正方向. 四、匀变速直线运动的规律1. 几个重要推论:平均速度公式0tvvv.2任意两个相邻的相等的时间间隔T 内的位移差相等,即x=x-x=x-x=xN-xN-1=aT
3、2.中间时刻的瞬时速度0tt2vvv2. 即匀变速直线运动的物体在一段时间内中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度,等于初速度、末速度和的一半. 中点位置的瞬时速度220tx2vvv2. 2. 初速度为零的匀加速直线运动的四个比例关系:(T 为时间单位 ) 1Ts 末,2Ts 末,3Ts 末的速度之比v1:v2:v3: vn=1:2:3: n. 前 1Ts 内, 前 2Ts 内,前 3Ts 内的位移之比x1:x2:x3: xn=1:4:9:n2. 第一个 Ts 内 , 第二个 Ts 内, 第三个 Ts 内的位移之比x:x:x: xn=1:3:5: (2n-1). 通过连续相等的位移所用的时间
4、之比t1:t2:t3: tn=1:(2-1) :(32) :nn1. 3. 从斜面上某一位置, 每隔0.1s释放一个小球, 在连续释放几个小球后, 拍下在斜面上滚动的小球的照片, 如图所示 , 测得sAB=15cm,sBC=20cm,求: (1) 小球的加速度 ;(2) 拍摄时 B球的速度 ;(3) 拍摄时 sCD的大小 ;(4)A球上面滚动的小球还有几个? 解析 :(1) 由2saT得小球的加速度2BCAB2ssa5 m /st; 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 9 页学习好资料欢迎下载(2)B 点的速度等于AC段上的
5、平均速度, 即ACBsv1.75 m / s2t; (3) 由相邻相等时间的位移差恒定, 即 sCD-sBC=sBC-sAB, 所以 sCD=2sBC-sAB=0.25m; (4) 设 A点小球的速度为vA, 由于 vA=vB-at=1.25m/s 所以 A球的运动时间为t=Ava=0.25s, 所以在 A 球上方滚动的小球还有2 个. 考点 1匀变速直线运动规律及应用几个常用公式速度公式:atVVt0;位移公式:2021attVs;速度位移公式:asVVt2202;位移平均速度公式:tVVst20以上五个物理量中,除时间t 外, s、V0、Vt、a 均为矢量一般以V0的方向为正方向,以t=0
6、 时刻的位移为起点,这时s、Vt和 a 的正负就都有了确定的物理意义特别提示:对于位移、速度和加速度等矢量要注意矢量的方向性,一般要先选取参考方向对于有往返过程的匀变速直线运动问题, 可以分阶段分析特别注意汽车、 飞机等机械设备做减速运动速度等于零后不会反向运动【例 1】一物体以l0ms 的初速度,以2ms2的加速度作匀减速直线运动,当速度大小变为16ms 时所需时间是多少?位移是多少?物体经过的路程是多少?解析: 设初速度方向为正方向,根据匀变速直线运动规律atVVt0有:16102t,所以经过13ts物体的速度大小为16ms,又2021attVs可知这段时间内的位移为:21(10 132
7、13 )392smm,物体的运动分为两个阶段,第一阶段速度从10m/s 减到零,此阶段位移大小为2210102522smm;第二阶段速度从零反向加速到16m/s,位移大小为2221606422smm,则总路程为12256489Lssmmm【实战演练】(2011 全国理综) 甲乙两辆汽车都从静止出发做加速直线运动,加速度方向一直不变。在第一段时间间隔内,两辆汽车的加速度大小不变,汽车乙的加速度大小是甲的两倍;在接下来的相同时间间隔内,汽车甲的加速度大小增加为原来的两倍,汽车乙的加速度大小减小为原来的一半。求甲乙两车各自在这两段时间间隔内走过的总路程之比。解析:设汽车甲在第一段时间间隔末(时间 t
8、0)的速度为v, 第一段时间间隔内行驶的路程为s1, 加速度为a, 在第二段时间间隔内行驶的路程为s2。由运动学公式得0atv,20121ats,2002)2(21tavts,设乙车在时间t0的速度为v,在第一、二段时间间隔内行驶的路程分别为1s、2s。同样有0)2(tav,201)2(21tas,200221attvs,设甲、乙两车行驶的总路程分别为s、s,则有21sss,21sss,联立以上各式解得,甲、乙两车各自行驶的总路程之比为75ss,【例 2】飞机着陆后以6m/s2加速度做匀减速直线运动,若其着陆速度为60m/s,求:(1)它着陆后12s 内滑行的距离;(2)静止前 4s 内飞机滑
9、行的距离解析:飞机在地面上滑行的最长时间为60106tss。 (1)由上述分析可知,飞机12s 内滑行的距离即为10s 内前进的距离s:由202vas,22060300226vsmma, (4)静止前 4s 内位移:/20 111()2ssv tat,其中1(104)6tss故/2164482smm【实战演练1】一个匀加速直线运动的物体,在前4 s 内经过的位移为24 m,在第二个4 s 内经过的位移是60 m求这个物体的加速度和初速度各是多少?【详解】由公式xaT2,得axT2602442 m/s22.25 m/s2. 根据vvt2得24608 m/s v04a,所以v01.5 m/s. 精
10、选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 9 页学习好资料欢迎下载【实战演练2】(2011 年福州市模拟 )一辆公共汽车进站后开始刹车,做匀减速直线运动. 开始刹车后的第1 s 内和第 2 s 内位移大小依次为 9 m 和 7 m. 则刹车后 6 s 内的位移是 ( ) A.20 m B.24 m C.25 m D.75 m 【详解】由 saT2得 a2 m/s2,由得 v010 m/s ,汽车刹车时间故刹车后 6 s 内的位移为C对. 考点 2匀变速直线运动的几个有用的推论及应用(一)匀变速直线运动的几个推论(1)匀变速直线运动的
11、物体相邻相等时间内的位移差2atS,2Tsa2matS;2mTssanmn;可以推广为:Sm-Sn=(m-n)aT 2(2)某段时间的中间时刻的即时速度等于该段时间内的平均速度:202ttVVV(3)某段位移的中间位置的即时速度公式(不等于该段位移内的平均速度)22202tsVVV无论匀加速还是匀减速,都有22stVV(二) 初速度为零的匀变速直线运动特殊推论做匀变速直线运动的物体,如果初速度 为零,或者 末速度 为零,那么公式都可简化为:atV,221ats,asV22,tVs2以上各式都是单项式,因此可以方便地找到各物理量间的比例关系前 1s、前 2s、前 3s内的位移之比为149第 1s
12、、第 2s、第 3s内的位移之比为135前 1m 、前 2m 、前 3m 所用的时间之比为123第 1m 、第 2m 、第 3m 所用的时间之比为112(23)【例 3】物体沿一直线运动,在t 时间内通过的路程为S,它在中间位置S21处的速度为V1,在中间时刻t21时的速度为V2,则 V1和 V2的关系为()A当物体作匀加速直线运动时,V1V2; B.当物体作匀减速直线运动时,V1V2; C当物体作匀速直线运动时,V1=V2; D.当物体作匀减速直线运动时,V1V2解析: 设物体运动的初速度为V0,未速度为Vt,由时间中点速度公式20tVVV得202tVVV;由位移中点速度公式2220tVVV
13、中点得22201tVVV用数学方法可证明,只要tVV0,必有 V1V2;当tVV0,物体做匀速直线运动,必有 V1=V2【实战演练】 (2011 长治模拟 ) 一个从静止开始做匀加速直线运动的物体,从开始运动起,连续通过三段位移的时间分别是1 s 、2 s、3 s ,这三段位移的长度之比和这三段位移上的平均速度之比分别是( ) A.12232,1 23 B.12333,12232 C.123,111 D.135,123 【详解】物体从静止开始做匀加速直线运动,相等时间位移的比是135 (2n-1),2 s通过的位移可看成第2 s 与第 3 s 的位移之和, 3 s 通过的位移可看成第4 s 、
14、第 5 s 与第 6 s 的位移之和,因此这三段位移的长度之比为1827,这三段位移上的平均速度之比为149,故选 B. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 9 页学习好资料欢迎下载【例 4】地铁站台上,一工作人员在电车启动时,站在第一节车厢的最前端,4后,第一节车厢末端经过此人.若电车做匀加速直线运动,求电车开动多长时间,第四节车厢末端经过此人?(每节车厢长度相同) 解析:做初速度为零的匀变速直线运动的物体通过连续相等位移的时间之比为:)1(:.:)34(:)23(:) 12(:1nn故前 4 节车厢通过的时间为:ss84
15、)34()23() 12(1高考重点、热点题型探究刹车问题、图象问题、逆向思维及初速度为零的匀加速直线运动的推论公式既是考试的重点,也是考试的热点热点 1:图表信息题题 1 (2011 上海) 要求摩托车由静止开始在尽量短的时间内走完一段直道,然后驶入一段半圆形的弯道,但在弯道上行驶时车速不能太快,以免因离心作用而偏出车道求摩托车在直道上行驶所用的最短时间有关数据见表格启动加速度1a24/m s制动加速度2a28/m s直道最大速度1v40/m s弯道最大速度2v20/m s直道长度s218m某同学是这样解的: 要使摩托车所用时间最短,应先由静止加速到最大速度v140 m/s, 然后再减速到v
16、220m/s, t1 = v1/ a1 = ;t2 = (v1v2)/ a2= ; t=t1 + t2你认为这位同学的解法是否合理?若合理,请完成计算;若不合理,请说明理由,并用你自己的方法算出正确结果解析 不合理,因为按这位同学的解法可得t1=10s ,t2=2.5s,总位移s0=275ms故不合理由上可知摩托车不能达到最大速度 v2,设满足条件的最大速度为v,则22221222vvvsaa,解得v=36m/s 又 t1= v/a1 =9s t2=(v-v2)/a2=2 s 因此所用的最短时间 t=t1+t2=11s 重点 1:力与运动的综合问题题 2物体以一定的初速度冲上固定的光滑斜面,
17、到达斜面最高点C 时速度恰为零 , 如图 . 已知物体运动到斜面长度3/4 处的 B点时 ,所用时间为t, 求物体从 B滑到 C所用的时间 . 解析: 方法 一: 逆向思维法: 物体向上匀减速冲上斜面, 相当于向下匀加速滑下斜面. 故 xBC=at2BC/2, xAC=a(t+tBC)2/2, 又 xBC=xAC/4, 解得 :tBC=t 。方法二:比例法:对于初速度为零的匀变速直线运动,在连续相等的时间里通过的位移之比为:x1:x2:x3: xn=1:3:5: (2n-1) ,现有 xBC:xBA=xAC/4 :3xAC/4=1 :3, 通过 xAB的时间为t, 故通过 xBC的时间 tBC
18、=t 。方法三 : 中间时刻速度法。利用教材中的推论: 中间时刻的瞬时速度等于这段位移的平均速度。vAC=(vt+v0)/2=(v0+0)/2=v0/2 ,又20v=2axAC, ,2Bv=2axBC, ,xBC=xAC/4, ,解得得: vB=v0/2. 可以看出 vB正好等于 AC段的平均速度,因此B点是中间时刻的位置. 因此有 tBC=t 。方法四 : 面积法: 利用相似三角形面积之比, 等于对应边平方比的方法, 作出v t图象 , 如图。 S OAC/S BDC=CO2/CD2, 且 S AOC=4SBDC,OD=t,OC=t+tBC。4/1=(t+tBC)2/t2BC , ,得 tB
19、C=t 。方法五:性质法:对于初速度为0 的匀加速直线运动,通过连续相等的各段位移所用的时间之比:t1:t2;t3: tn=1:213243nn1 .: :现将整个斜面分成相等的四段,如图,设通过BC段的时间为tx, 那么通过BD 、DE 、EA段的时间分别为:BDxDExt21 t ,t32 t ,tEA=43tx,又 tBD+tDE+tEA=t, 得 tx=t. 新题导练 (原创题) 一个有趣的问题-古希腊哲学家芝诺曾提出过许多佯谬其中最著名的一个命题是“飞毛腿阿喀琉斯永远也追不上爬行缓慢的乌龟”芝诺的论证是这样的:如图1-1-10 所示,假定开始时阿喀琉斯离开乌龟的距离为LOA,他的速度
20、为1v,乌龟的速度为2v,且1v2v当阿喀琉斯第一次跑到乌龟最初的位置A 时,乌龟在此期间爬到了另一位置B,显然LvvvLvAB1212;当阿喀琉斯第二次追到位置B 时,乌龟爬到了第三个位置C,且LvvvABvBC21212)(;当阿喀琉斯第三次追到位置C 时,乌龟爬到了第四个位置D,且LvvvBCvCD31212)(如此等, 尽管它们之间的距离会愈来愈近,但始终仍有一段距离于是芝诺得到“结论”:既然阿喀琉斯跑到乌龟的上一个位置时,不管乌龟爬得多慢,但还是前进了一点点,因而阿喀琉斯也就永远追不上乌龟显然飞毛腿阿喀琉斯永远也追不上爬行缓慢的乌龟的命题是错误的,请分析探究究竟错在哪个地方?图 1-
21、2-1 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 9 页学习好资料欢迎下载答案:两个要点: (1)这个结论不对因为乌龟相对飞毛腿阿喀琉斯以速度21vvv相向左运动,因此肯定能追上的,并且所需的时间只要21vvLt (2)芝诺把阿喀琉斯每次追到上一次乌龟所达到的位置作为一个“周期”,用来作时间的计量单位,因此这个周期越来越短,虽然这样的周期有无数个,但将这些周期全部加起来,趋向于一个固定的值,这个固定的值就是21vvL课后精练 (20 分钟)电梯在启动过程中,若近似看作是匀加速直线运动,测得第1s 内的位移是 2m,第 2s内的位移
22、是2.5m由此可知()A这两秒内的平均速度是2.25m/s B第 3s 末的瞬时速度是2.25m/s C电梯的加速度是0.125m/s2D电梯的加速度是0.5m/s22如图 1-2-15 所示,一个固定平面上的光滑物块,其左侧是斜面AB,右侧是曲面AC ,已知 AB 和 AC 的长度相同,甲、乙两个小球同时从A 点分别沿 AB、CD 由静止开始下滑,设甲在斜面上运动的时间为t1,乙在曲面上运动的时间为t2,则 ( ) A t1t2B t1t2C t1t2D 以上三种均可能3甲、乙两物体相距s,同时同向沿一直线运动,甲在前面做初速度为零,加速度为a1的匀加速直线运动,乙在后做初速度为v0,加速度
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