知识讲解_匀变速直线运动复习与巩固(提高).pdf
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1、高中物理 高中物理 匀变速直线运动复习与巩固 【学习目标】1、正确理解描述质点运动的物理量,即位移和路程、速度(平均速度和瞬时速度)和加速度。2、熟练掌握匀变速直线运动的特点、规律及自由落体运动的规律,并能在实际问题中加以运用。3、正确理解并熟练掌握匀速直线运动和匀变速直线运动的 x-t 图象、v-t 图象的物理意义。【知识网络】【要点梳理】【高清课程:描述直线运动的概念的规律】要点一、质点的概念 要点诠释:1、定义 用来代替物体的有质量的点称为质点。2、说明 质点是一个理想化的模型,是对实际物体科学的抽象,真正的质点是不存在的。在实际所研究的问题中,如果物体的形状和大小对所研究运动的影响可以
2、忽略不计时,可将物体视为质点。一个物体能否被看成质点,与物体的大小无关。【高清课程:描述直线运动的概念的规律】要点二、几个基本概念的区分 要点诠释:物理量 概念或物理意义 标、矢量 对应运动量 区别与联系 时 间 和 时 刻 时刻 一瞬间 标量 状态量 时刻在时间轴上表示轴上一点,通常说法有:第几秒末、第几秒初、第几秒时 时间是两个时刻间的间隔,在时间表示轴上一段,通常说法有:前(头)几秒内,后几秒内、第几秒内 时 间 一段时间,两时刻间隔 标量 过程量 位 移 位 移 表示质点的位置变化的物理量 矢量 方向:由初位置指向末过程量 与时间相对应 位移是矢量,是由初位置指向末位置的有向线段;路程
3、是质点运动所通过的实际轨迹的长度。一般情况下,路程不等于位移的大小,只有在单向高中物理 高中物理 和 路 程 位置 直线运动中,路程才等于位移的大小 路 程 质点运动轨迹的长度 标量 过程量 与时间相对应 速 度 瞬时 速度 运动物体在某一时刻(或某一位置)的速度 矢量 方向:物体的运动方向 状态量 与时刻相对应 平均速度是指质点通过的总位移与所用时间的比值,是矢量,方向与位移的方向相同;表示运动物体在某一段时间内的平均快慢程度,只能粗略地描述物体的运动。做变速运动的物体,不同时间(或不同位移)内的平均速度一般是不同的,因此,平均速度必须指明是对哪段时间(或哪段位移)而言的。瞬时速度可以精确地
4、描述物体的运动,在公式中,如果时间 t 非常短,接近于零,表示的是某一瞬时,这时的速度称为瞬时速度。平均速率是指质点通过的总路程与所用时间的比值,是标量。平均 速度 物体的位移与发生这段位移所用时间的比值,矢量 方向:与物体位移方向相同。过程量 与时间相对应 平均 速率 质点通过的总路程与所用时间的比值 标量 过程量 与时间相对应【高清课程:描述直线运动的概念的规律】要点三、加速度的物理意义 要点诠释:1、定义 物体速度的变化与完成这一变化所用时间的比值,叫做物体的加速度,用 a 来表示,即0vvvatt,式中v表示速度的变化量,0v表示开始时刻的速度(初速度),v表示经过一段时间 t 后末了
5、时刻的速度(末速度)2、物理意义 加速度是表示速度变化快慢的物理量。3、单位 在国际单位制中,加速度的单位是2m/s,读作米每二次方秒。4、矢量 加速度是矢量,它的方向同速度变化的方向。5、速度、速度的变化、加速度的区别与联系 物理量 公式 物理意义 区别与联系 速度 xvt 也称为“位置变化率”,描述物体运动快慢的物理量,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。加速度 a 与速度v无直接联系,与v也 无 直 接 联系,v大,a 不一定大;v大,a也不一定大。速度的 变化 0vvv 描述速度改变的物理量,是运动过程量,对应于某一段时间(或发生某一段位移),若取0v为正,则0
6、v 表示速度增加,0v 表示速度减小,0v 表示速度不变。高中物理 高中物理 加速度 0vvvatt 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。【高清课程:描述直线运动的概念的规律】要点四、匀变速直线运动及其规律 要点诠释:1匀变速直线运动 定义:在任意相等的时间内,速度的变化都相等的直线运动。特点:a 恒定不变 对于做匀变速运动的质点,当质点的加速度与速度方向相同时,表示质点做加速运动;当质点的加速度与速度方向相反时,表示质点做减速运动。2匀变速直线运动的规律 (1)基本规律 速度公式 0vvat 位移公式 2220001222vvxv tatvvaxx
7、vtt 说明:a、以上四式只适用于匀变速直线运动;b、式中0v、v、a和x均为矢量,应用时要规定正方向,凡是与正方向相同者取正值,相反者取负值(通常将0v的方向规定为正方向),所求矢量为正值表示与正方向相同,为负者表示与正方向相反。(2)一些有用的推论 a做匀变速直线运动的物体,在任何两个连续相等的时间内的位移的差是一个恒量:2xaT b做匀变速直线运动的物体,在某段时间内的平均速度,等于该段时间的中间时刻的瞬时速度:0t22vvvv c做匀变速直线运动的物体,在某段位移中点的瞬时速度22022xvvv d初速度为零的匀变速直线运动 前 1 秒、前 2 秒、前 3 秒内的位移之比为 149 第
8、 1 秒、第 2 秒、第 3 秒内的位移之比为 135 前 1 米、前 2 米、前 3 米所用的时间之比为1:2:3:第 1 米、第 2 米、第 3 米所用的时间之比为1:(21):(32):要点五、自由落体运动及其规律 要点诠释:、自由落体运动 (1)定义:物体只在重力作用下,从静止开始下落的运动 (2)特点:初速度 v0=0,加速度 a=g 的匀加速直线运动 高中物理 高中物理、自由落体的运动规律 (说明:只需将 v0=0,a=g 代入匀变速直线运动的公式中即可)(1)基本规律 速度公式:vgt 位移公式:22122hgtvgh (2)自由落体运动的有关推论:中间时刻的瞬时速度22tvvv
9、 连续相等时间间隔内的位移之差是2xgT 前 1 秒、前 2 秒、前 3 秒内的位移之比为 149 第 1 秒、第 2 秒、第 3 秒内的位移之比为 135 前 1 米、前 2 米、前 3 米所用的时间之比为1:2:3:第 1 米、第 2 米、第 3 米所用的时间之比为1:(21):(32):要点六、质点运动规律的图象描述 要点诠释:用图象表述物理规律是物理学中常用的一种处理方法,图象具有简明、直观等特点对于物理图象需要从图象上的轴、点、线、面、斜率、截距等方面来理解它的物理意义,因为不同的物理函数图象中,这几方面所对应的物理意义不同。1、位移时间图象(x-t 图象)(1)物理意义:表示质点位
10、移随时间变化的关系图象 注意:位移图象不是质点运动轨迹。(2)从图象可获得的信息 a位移与时刻的对应关系;图象与位移轴的交点表示物体的初位移,两条图象的交点表示两质点相遇。b图象的斜率表示速度的大小和方向(斜率的正负表示速度的方向)。c判断物体的运动性质:图象与时间轴平行表示物体静止;若位移图象是倾斜的直线,表示物体做匀速直线运动;若位移图象是曲线,表示物体做变速运动。2、速度时间图象(v-t 图象)(1)物理意义:反映质点速度随时间变化的关系图象。(2)从图象可获得的信息 a瞬时速度与时刻的对应关系;图象与 v 轴的交点表示初速度,两条图象交点表示速度相等;根据速度的正负判断运动的方向,速度
11、为正,表示物体沿正方向运动;速度为负,表示物体沿负方向运动。注意:v-t 图象相交的点不是质点相遇的点(只有从同一地点出发,且“面积”代数累计相等时,质点才会相遇)。b判断物体运动的性质:在 v-t 图象中,平行于时间轴的直线表示匀速直线运动;和时间轴重合的直线表示静止;倾斜的直线表示匀变速直线运动;曲线表示变加速直线运动。c速度图象的斜率表示加速度的大小和方向(斜率的正负表示加速度的方向)d速度图象和时间轴所围成的面积表示位移的大小,且 t 轴上方取正值,t 轴下方取负值,总位移为其代数和。高中物理 高中物理 要点七、用打点计时器测速度和加速度 要点诠释:1、用打点计时器测速度 打点计时器是
12、记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器。电磁打点计时器的工作电压为交流 46V,电火花计时器的工作电压为交流 220V,当电源频率为 50Hz 时,它们每隔 0.02s 打一个点。在纸带上打点后,用txv即可求得包含测量点在内的两点间的平均速度。若两点离得较近,便可将此平均速度作为该测量点的瞬时速度。2、用打点计时器测加速度 (1)判定被测物体的运动是否为匀变速直线运动的方法:可以计算出相邻相等时间内的位移差 x2-x1、x3-x2、x4-x3、如果它们在允许的误差范围内位移差相等,则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动.(2)求瞬时速度 v 的方法:若纸带做匀变速直线运动,可利用平均速度公
13、式2txvvt求解。如:232xxvcT (3)求加速度 a 的方法 -22(-)xxxmnaaTm n T或 利用任意两段相邻记数点间的位移差求解。“逐差法”求解。如从纸带上得到 6 个相邻相等时间内的位移,则 4561232()()9xxxxxxaT 利用 v-t 图线求 a:求出 A、B、C、D、E、F 各点的即时速度,画出 v-t 图线(如图所示),图线的斜率就是加速度 a。(4)注意事项 实验中应先根据测量和计算得出的各x 判断纸带是否做匀变速直线运动,根据估算,如果各x差值在 5%以内,可认为它们是相等的,纸带做匀变速直线运动。每打好一条纸带,将定位轴上的复写纸换个位置,以保证打点
14、清晰,同时注意纸带打完后及时断开电源。应区别计时器打出的点与人为选取的计数点,不可混淆。不要分段测量各段位移,应一次测量完毕(可先统一量出到点 O 之间的距离),读数时应估读到毫米下一位。【典型例题】高中物理 高中物理 类型一、位移和路程的区别和联系 例 1、一个电子在匀强磁场中沿半径为 R 的圆周运动。转了 3 圈回到原位置,运动过程中位移大小的最大值和路程的最大值分别是()A2R,2R;B2R,6R;C2R,2R;D0,6R。【思路点拨】注意本题强调的是最大值。【答案】B【解析】位移的最大值应是 2R,而路程的最大值应是 6R。即 B 选项正确。【点评】位移是表示质点位置变化的物理量,它是
15、由质点运动的起始位置指向终止位置的矢量。而路程是质点运动路线的长度,是标量。只有做直线运动的质点始终朝着一个方向运动时,位移的大小才与运动路程相等。举一反三【变式】已知物体 t 时刻的末位置 Q,要完全确定该物体在 t=0 时的初位置 P,还必须知道()A.位移 B.路程 C.平均速率 D.平均速度【答案】A【解析】从 t=0 时刻的初位置 P 经过 t 时间运动到末位置 Q,全过程位移是唯一确定的,即从 P 到 Q 的有向线段.故若已知末位置 Q,只有知道位移才能够确定物体在 t=0 时刻的初位置 P.类型二、瞬时速度和平均速度的区别和联系 例 2、甲、乙两辆汽车沿平直公路从某地同时驶向同一
16、目标,甲车在前一半时间内以速度 V1做匀速直线运动,后一半时间内以速度 V2做匀速直线运动;乙车在前一半路程中以速度 V1做匀速直线运动,后一半路程中以速度 V2做匀速直线运动,则()A甲先到达 B.乙先到达 C.甲、乙同时到达 D.不能确定 【思路点拨】根据平均速度的定义列出时间 t 的表达式即可。【答案】A【解析】设甲、乙车从某地到目的地距离为 x,则对甲车有:122xtVV甲 对于乙车有:121212()222VV xxxtVVVV乙 所以22121)(4VVVVtt乙甲 由数学知识知212214)(VVVV,故tt甲乙【点评】瞬时速度是运动物体在某一时刻或某一位置的速度,而平均速度是指
17、运动物体在某一段时间t或某段位移x的平均速度,它们都是矢量。当0t时,平均速度的极限,就是该时刻的瞬时速度。同时要注意数学不等式2()4abab的应用。类型三、速度、速度的变化和加速度的区别和联系 例 3、下列所描述的运动中,可能的有()A速度变化大,加速度很小 B速度变化方向为正,加速度方向为负 C速度越来越大,而加速度越来越小 D速度变化越来越大,而加速度越来越小 【思路点拨】速度与加速度没有必然联系;速度变化越快,加速度越大。【答案】ACD 高中物理 高中物理【解析】加速度的概念:加速度是描述速度变化快慢的物理量(vat),加速度的方向始终与速度变化的方向一致,因此 B 是错误的;质点是
18、否做加速直线运动不是由加速度大小和如何变化决定的,而是由加速度方向与速度方向共同决定的。当加速度方向与质点运动方向一致时,不论加速度大小如何变化,质点的速度都将是越来越大因此,A、C、D 都是正确的【点评】加速度是描述速度变化的快慢和方向的物理量,是速度的变化和所用时间的比值,加速度的大小和方向与速度的大小和方向没有必然的联系。只要速度在变化,无论速度多小,都有加速度;只要速度不变化,无论速度多大,加速度总是零;只要速度变化快,无论速度是大、是小或是零,物体的加速度就大。加速度的与速度的变化v也无直接关系。物体有了加速度,经过一段时间速度有一定的变化,因此速度的变化v是一个过程量,加速度大,速
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