高一物理第四讲匀变速直线运动 vtxa关系学生版中学教育高考_中学教育-高中教育.pdf
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1、第四讲 匀变速直线运动中的 v、x、t、a 的关系【基础知识】一、匀加速(减速)直线运动的定义:物体的速度随时间均匀增加(减少)的变速直线运动,即相同时间 t 内速度变化量 v 都相等。二、匀变速直线运动的运动规律 速度与时间关系:位移与时间关系:速度与位移关系:三、公式推导及深入理解(一)速度与时间 1、由匀变速直线运动的规律atv可得tv a 即 v-v0=at,v=v0+at 2、矢量性:(1)公式中的 v0、v、a 为矢量,应用公式解题时,一般取 v0的方向为正方向,a、v 与 v0的方向相同时取正值,与 v0的方向相反时取负值(2)a 与 v0方向相同时,物体做匀加速运动,a 与 v
2、0方向相反时,物体做匀减速直线运动(二)位移与时间 1、在匀变速直线运动中,其 v-t 图象是一条倾斜的直线,要求 t 时间内物体的位移,我们可以把时间分成 n 小段,从每小段起始时刻的速度乘以时间tn就近似等于这段时间的位移,各段位移可用一高而窄的小矩形的面积表示,把所有小矩形的面积相加,就近似等于总位移如图甲所示如果 n的取值趋向于无穷大,那么结果就很精确了,实际上 v-t 直线下面梯形的面积就表示了物体的位移如图乙所示,面积为:S12(OCAB)OA,换上对应的物理量得 x12(v0v)t,把 vv0at代入,即得 xv0t12at2.2、矢量性:因为 v0、a、x 均为矢量,使用公式时
3、应先规定正方向一般以 v0的方向为正方向(1)若 a 与 v0同向,则 a 取正值;(2)若 a 与 v0反向,则 a 取负值;(3)若位移计算结果为正值,说明这段时间内位移的方向为正;(4)若位移计算结果为负值,说明这段时间内位移的方向为负 3、重要推论(1)匀变速直线运动的平均速度等于初速度和末速度之和的一半即:(2)某段时间内中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度即:(三)速度与位移 1、公式推导 由 v=v0+at 可得av-vt0代入 x=v0t+21at2可得 v2-v02=2ax 2、速度与位移的关系式 v2v202ax 为矢量式,应用它解题时,一般先规定初速度 v0的方向为正
4、方向(1)物体做加速运动时,a 取正值,做减速运动时,a 取负值(2)x0,说明位移的方向与初速度的方向相同,x0,说明位移的方向与初速度的方向相反(3)当 v00 时,公式简化为 v22ax.当加速度一定时,可通过位移求解末速度或通过末速度求解位移(4)当 v0 时,公式简化为v 022ax.在加速度一定时,可通过位移求解初速度或通过初速度求解位移 四、匀变速直线运动的基本公式的比较 v0=0 时 1关于基本公式的比较 一般形式 v00 涉及的物理量 不涉及 速度公式 vv0at vat v、v0、a、t 位移 x 位移公式 xv0t12at2 x12at2 x、v0、t、a 末速度 一般形
5、式 v00 涉及的物理量 不涉及 速度与位移关系公式 v2v202ax v22ax v、v0、a、x 时间 平均速度求位移公式 xv0v2t xv2t x、v0、v、t 加速度 a 2.解题时选取公式的基本原则(1)vv0atxv0t12at2为基本公式,原则上可解决任何匀变速直线运动问题如果问题中涉及运动时间,一般优先考虑用两个基本公式求解问题(2)如果题中无运动时间 t,也不让求运动时间,一般选用导出公式 v2v202ax.(3)如果题中无加速度 a,也不涉及到加速度的问题,用vxtv0v2计算比较方便.【课堂精讲】题型一、速度公式 vv0at 的应用 例 1、(2013 金山区一模)质量
6、为 lkg 的小球从空中某处自由下落,与水平地面相碰后弹到空中某一高度,其速度随时间变化的关系如图所示,则()A小球下落时离地面的高度为 0.45m B小球在 0.8s 内的路程为 0.8m C小球第一次反弹后的加速度大小为 10m/s2 D小球与地面碰撞过程中速度的变化量的大小为 2m/s 解析:A、小球下落时离地面的高度等于图象在 00.5s 内“面积”大小,即得h1=m55.021=1.25m故 A错误 B、小球在 0.50.8s 时间内上升的高度为 h2=mm45.03.03.021则小球在 0.8s 内的路程为 S=h1+h2=1.7m故B 错误 C、速度图象的斜率等于物体的加速度,
7、则得小球第一次反弹后的加速度大小为 a=tv=3.03m/s2=10m/s2故 C正确 D、小球与地面碰撞过程中速度的变化量为v=3m/s5m/s=8m/s,速度的变化量的大小为 8m/s故 D 错误 直线运动即相同时间内速度变化量都相等二匀变速直线运动的运动规律位移与时间关系速度与时间关系时速度与位移关系三公式推导及深入理解一速度与时间可得由匀变速直线运动的规律即矢量性公式中的为矢量应用公式解题时一物体做匀减速直线运动二位移与时间在匀变速直线运动中其图象是一条倾斜的直线要求时间内物体的位移我们可以把时间分成小段从每小段起始时刻的速度乘以时间就近似等于这段时间的位移各段位移可用一高而窄的小矩形
8、的面积线下面梯形的面积就表示了物体的位移如图乙所示面积为换上对应的物理量得把代入即得矢量性因为均为矢量使用公式时应先规定正方向一般以的方向为正方向若与同向则取正值若与反向则取负值若位移计算结果为正值说明这段时答题技巧:本题解题的关键在于正确理解图象的意义:速度图象的“面积”大小等于物体在某一段时间内发生的位移、斜率等于物体的加速度熟练掌握运用图象处理物理问题的能力 变式 1、(2013 郑州一模)做匀加速沿直线运动的质点在第一个 3s 内的平均速度比它在第一个 5s 内的平均速度小3m/s,则质点的加速度大小为()A1 m/s2 B2 m/s2 C3 m/s2 D4 m/s2 变式 2、一质点
9、由静止开始做匀加速直线运动,当它时间为 t 时,未速度为 vt,当它的时间为 nt 时,末速度为()A nvt Bvtn C n2vt Dntv 变式 3、如图所示,在一条平直的公路上有等间距的五个点 A,B,C,D,E,相邻两点间距离为 L=30m一辆汽车在公路上做匀加速直线运动,经过这五个点,已知汽车(车头最前端)通过 AB段和 BC 段所用时间分别为 3s 和2s试求:(1)汽车的加速度 a 的大小;(2)汽车(车头最前端)经过 E 点时刻的速度 V的大小(3)汽车(车头最前端)经过 BE 所用时间 变式 4、猎豹是目前世界上在陆地奔跑速度最快的动物,时速可达上百公里,但不能维持长时间高
10、速奔跑,否则会因身体过热而危及生命 猎豹在一次追击猎物时(如图),经过 4s 匀加速,速度由零达到最大,然后匀速运动保持了4s仍没追上猎物,为保护自己它放弃了这次行动,以大小为3m/s2的加速度减速,经过 10s 停下,设此次追捕猎豹始终沿直线运动,求:(1)画出猎豹奔跑过程的速度时间图象;(2)猎豹加速时的加速度多大;(3)全过程中,猎豹奔跑的位移为多少?直线运动即相同时间内速度变化量都相等二匀变速直线运动的运动规律位移与时间关系速度与时间关系时速度与位移关系三公式推导及深入理解一速度与时间可得由匀变速直线运动的规律即矢量性公式中的为矢量应用公式解题时一物体做匀减速直线运动二位移与时间在匀变
11、速直线运动中其图象是一条倾斜的直线要求时间内物体的位移我们可以把时间分成小段从每小段起始时刻的速度乘以时间就近似等于这段时间的位移各段位移可用一高而窄的小矩形的面积线下面梯形的面积就表示了物体的位移如图乙所示面积为换上对应的物理量得把代入即得矢量性因为均为矢量使用公式时应先规定正方向一般以的方向为正方向若与同向则取正值若与反向则取负值若位移计算结果为正值说明这段时题型二、位移公式 xv0t12at2的应用 例 2、(2010 江西模拟)一架飞机静止在水平直跑道上飞机起飞过程可分为两个匀加速运动阶段,其中第一阶段飞机的加速度为 a1,运动时间为 t1当第二阶段结束时,飞机刚好达到规定的起飞速度
12、v0飞机起飞过程中,在水平直跑道上通过的路程为 s;求第二阶段飞机运动的加速度 a2的大小和时间 t2 解析:第一、二阶段结束时飞机运动速度分别为 V1=a1t1 V0=V1+a2t2 运动的距离分别为211121tas 22221221tatVs所以总距离为 s=s1+s2解得 a2=2112121202ta-sta-V t2=1102112taVta-s 答题技巧:本题是匀变速直线运动规律的直接应用,比较简单 变式 1、(2007 北京)图示为高速摄影机拍摄到的子弹穿透苹果瞬间的照片该照片经放大后分辨出,在曝光时间内,子弹影象前后错开的距离约为子弹长度的 1%2%已知子弹飞行速度约为 50
13、0m/s,由此可估算出这幅照片的曝光时间最接近()A103s B106s C109s D1012s 变式 2、为了测试某一赛车的加速性能,让该赛车在平直的道路上做匀加速直线运动,它经过某一路标时开始计时,此时的速度是 6m/s,经 2s 它的速度提升到 14m/s,求:(1)该赛车的加速度有多大?(2)5S 末该赛车的速度是多少?(3)经过 6s 该赛车通过的位移是多少?变式 3、(2014 蒙山县模拟)“10 米折返跑”的成绩反应了人体的灵敏素质测定时,在平直跑道上,受试者以站立式起跑姿势站在起点终点线前,当听到“跑”的口令后,全力跑向正前方 10 米处的折返线,测试员同时开始计时 受试者到
14、达折返线处时,用手触摸折返线处的物体(如木箱),再转身跑向起点终点线,当胸部到达起点终点线的垂直面时,测试员停表,所用时间即为“10 米折返跑”的成绩设受试者起跑的加速度大小为 4m/s2,运动过程中的最大速度为 4m/s,快到达折返线处时需减速到零,减速的加速度大小为 8m/s2,返回时达到最大速度后不需减速,保持最大速度冲线求:(1)该受试者在前 10 米的过程中匀速运动的时间;(2)该受试者“10 米折返跑”的成绩为多少秒?变式 4、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 t 内,两辆汽车的加速度大小不变,汽车甲的加速度大小是 a,汽车乙的加速度大小是
15、 2a;在接下来的相同时间间隔 t 内,汽车甲的加速度大小变为 2a,汽车乙的加速度大小变为 a求甲乙两车各自在这两段时间间隔内走过的总路程之比 直线运动即相同时间内速度变化量都相等二匀变速直线运动的运动规律位移与时间关系速度与时间关系时速度与位移关系三公式推导及深入理解一速度与时间可得由匀变速直线运动的规律即矢量性公式中的为矢量应用公式解题时一物体做匀减速直线运动二位移与时间在匀变速直线运动中其图象是一条倾斜的直线要求时间内物体的位移我们可以把时间分成小段从每小段起始时刻的速度乘以时间就近似等于这段时间的位移各段位移可用一高而窄的小矩形的面积线下面梯形的面积就表示了物体的位移如图乙所示面积为
16、换上对应的物理量得把代入即得矢量性因为均为矢量使用公式时应先规定正方向一般以的方向为正方向若与同向则取正值若与反向则取负值若位移计算结果为正值说明这段时 题型三、速度与位移公式 v2v202ax 的应用 例 3、做匀加速直线运动的物体,速度从 v 增加到 2v 时经过的位移是 x,则它的速度从 3v 增加到 4v 时所发生的位移是()Ax23 Bx25 Cx35 Dx37 解析:令物体做匀加速直线运动的加速度为 a,则根据匀变速直线运动的速度位移关系 v2v02=2ax 有:(2v)2v2=2ax,则有xva232当物体速度由 3v 增加到 4v 时,同样根据速度位移关系有:(4v)2(3v)
17、2=2ax代入xva232得:x=x37故选 D 答题技巧:根据速度位移关系列式求解,注意速度因为是匀加速直线运动,物体速度由 v 增加到 2v 和由 3v 增加到4v 时间相同,物体在这两段加速的时间里平均速度不同 变式 1、(2011 河南模拟)甲乙丙三辆汽车以相同的速度经过同一路标,从此时开始,甲做匀速直线运动,乙车先加速后减速,丙车先减速后加速,他们通过下一路标的速度相同,则()A甲车先通过下一路标 B乙车先通过下一路标 C丙车先通过下一路标 D三辆车同时通过下一路标 变式 2、列车长为 L,铁路桥长也是 L,列车沿平直轨道匀加速过桥,车头过桥头的速度是 v1,车头过桥尾的速度是v2,
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