2023届新高考新教材物理人教版一轮学案-第一章专题强化课(01) 运动图像 追及和相遇问题.docx
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1、命题点一位移时间(xt)图像(自主学习)核心整合1图像的意义:xt图像反映了做直线运动的物体的位移随时间变化的规律2xt图像中的“交点”“斜率”“截距”的意义(1)交点:两图线有交点,说明两物体相遇(2)斜率:表示速度的大小及方向(3)截距:纵轴截距表示t0时刻的初始位置,横轴截距表示位移为零的时刻注意:位移时间图像只能描述物体做直线运动的情况,这是因为位移时间图像只能表示物体运动的两个方向:t轴上方代表正方向,t轴下方代表负方向题组突破1.(xt图像的理解)(多选)做直线运动的某质点的位移时间图像(抛物线)如图所示,P(2,12)为图线上的一点PQ为过P点的切线,与x轴交于点Q(0,4)已知
2、t0时质点的速度大小为8 m/s,则下列说法正确的是()A质点做匀减速直线运动B质点经过P点时的速度大小为6 m/sC质点的加速度大小为2 m/s2D01 s时间内,质点的位移大小为4 m解析:AC由题知图像为抛物线,结合匀变速直线运动的位移公式xv0tat2,而v08 m/s,t2 s时的位移x12 m,代入解得a2 m/s2,则函数表达式为x8tt2,即质点做匀减速直线运动,加速度大小为2 m/s2,故A、C正确;vP m/s4 m/s,故B错误;由位移公式可得01 s时间内质点的位移x181 m12 m7 m,故D错误2.(xt图像的应用)(2022合肥市高三质检)甲、乙两车在同一条直道
3、上行驶,它们运动的位移x随时间t变化的关系如图所示,已知乙车做匀变速直线运动,其图线与t轴相切于10 s处,则下列说法正确的是()A甲车的初速度为零B乙车的初位置在x060 m处C乙车的加速度大小为1.6 m/s2D5 s时两车相遇,此时甲车速度较大解析:C位移时间图像的斜率表示速度,则知甲车的速度不变,做匀速直线运动,初速度不为零,故A错误;甲车的速度为v甲 m/s4 m/s,乙车做匀变速直线运动,其图线与t轴相切于10 s处,则在t10 s时,乙车的速度为零,反过来看成乙车做初速度为0的匀加速直线运动,则xat2,根据图像可知, x0a102 , 20a52,解得乙车的加速度大小a1.6
4、m/s2,x080 m,故B错误,C正确;5 s时两车相遇,此时乙车的速度为v乙at1.65 m/s8 m/s,乙车的速度较大,故D错误命题点二速度时间(vt)图像(师生互动)核心整合1图像的意义:vt图像反映了做直线运动的物体的速度随时间变化的规律,它只能描述物体做直线运动的情况2图像的斜率:vt图线(或切线)的斜率表示物体的加速度斜率的绝对值表示加速度的大小,斜率为正表示加速度沿规定的正方向,但物体不一定做加速运动;斜率为负,表示加速度沿规定的负方向,但物体不一定做减速运动3vt图线与t轴所围“面积”表示这段时间内物体的位移t轴上方的“面积”表示位移沿正方向,t轴下方的“面积”表示位移沿负
5、方向,如果上方与下方的“面积”大小相等,说明物体恰好回到出发点(2021广东卷)(多选)赛龙舟是端午节的传统活动下列vt和st图像描述了五条相同的龙舟从同一起点线同时出发、沿长直河道划向同一终点线的运动全过程,其中能反映龙舟甲与其他龙舟在途中出现船头并齐的有()解析:BD选项A是速度图像,由图可知,甲的速度一直大于乙的速度,所以中途不可能出现甲乙船头并齐,故A错误;选项B是速度图像,由图可知,开始丙的速度大,后来甲的速度大,速度图像中图像与横轴围成的面积表示位移,由图可以判断在中途甲、丙位移会相同,所以在中途甲丙船头会并齐,故B正确;选项C是位移图像,由图可知,丁一直运动在甲的前面,所以中途不
6、可能出现甲丁船头并齐,故C错误;选项D是位移图像,交点表示相遇,所以甲戊在中途船头并齐,故D正确消除对运动学图像的“误会”(1)无论xt图像、vt图像是直线还是曲线,所描述的运动都是直线运动,图像的形状反映了x与t、v与t的函数关系,而不是物体运动的轨迹(2)xt图像中两图线的交点表示两物体相遇,vt图像中两图线的交点表示该时刻两物体的速度相等,并非相遇(3)位置坐标(xy)图像则能描述曲线运动,图线交点表示物体均经过该位置,但不一定相遇,因为不知道时间关系题组突破1.(vt图像的理解)如图所示,为某物体做直线运动的vt图像,由此可知()A前1 s物体的位移大小为1 mB第2 s末物体的瞬时速
7、度大小为2 m/sC第3 s内物体的加速度大小为3 m/s2D前3 s物体做匀变速直线运动解析:A在vt图像中,相应图线与时间轴所围的面积表示位移,由题图知,前1 s内物体的位移大小x12 m1 m,选项A正确;在13 s内由题图得,物体的加速度a1 m/s2,第2 s末物体的瞬时速度vv0at2 m/s1 m/s21 s1 m/s,选项B、C错误;01 s内物体做匀加速直线运动,13 s内物体做匀减速直线运动,选项D错误2(vt图像的应用)(多选)甲、乙两汽车在同一条平直公路上同向运动,其速度时间图像分别如图中甲、乙两条曲线所示已知两车在t2时刻并排行驶下列说法正确的是()A两车在t1时刻也
8、并排行驶B在t1时刻甲车在后,乙车在前C甲车的加速度大小先增大后减小D乙车的加速度大小先减小后增大解析:BD可根据速度时间图像与时间轴所围面积大小判断位移大小,在t1t2时间内,甲车位移大于乙车位移,又题中已知t2时刻两车相遇,因此在t1时刻甲车在后,乙车在前,选项A错误,选项B正确;速度时间图像的斜率的绝对值表示加速度大小,根据图像可知,甲、乙的斜率的绝对值均先减小后增大,因此甲、乙的加速度大小均先减小后增大,选项C错误,选项D正确3.(图像转换类问题)小球沿某一斜面下滑,在斜面底端与垂直斜面的挡板相碰后又回到斜面上的某一位置,小球与挡板作用时间不计,其速度v随时间t变化的关系如图所示以下滑
9、起点为位移坐标原点,以小球开始下滑时刻为t0时刻,则下列选项中能正确反映小球运动的图像是()解析:A由小球运动的vt图像可知,小球下滑和上滑都做匀变速直线运动,但两个阶段加速度大小不等,由图线斜率可以看出,下滑加速度小于上滑加速度,加速度方向都沿斜面向下(即正方向),C、D错误下滑时小球做初速度为零的匀加速直线运动,由xat2可知,xt2图像为过原点的直线,且位移x随时间增大;上滑时末速度为零,可看作反向的初速度为零的匀加速直线运动,位移随时间减小,因此,xt2图像也是一条直线由vt图像可知,小球反弹初速度小于下滑末速度,上滑运动时间比下滑时间短,因此小球速度为零时没有回到初始位置,A正确,B
10、错误命题点三非常规图像(多维探究)1四类图像(1)at图像:由vv0at可知图像与横轴所围面积表示速度变化量v,如图甲所示(2) t图像:由xv0tat2可得v0at,图像的斜率为a,如图乙所示(3)v2x图像:由v2v2ax可知v2v2ax,图像斜率为2a.(4)xv图像:x与v的关系式:2axv2v,图像表达式:x v2 v.2解题技巧(1)用函数思想分析图像:图像反映了两个变量(物理量)之间的函数关系,因此要由运动学公式推导出两个物理量间的函数关系,来分析图像的意义(2)要注意应用解析法和排除法,两者结合会提高选择题图像类题型的解题准确率和解题速度第1维度:at图像一物体在外力作用下由静
11、止开始沿直线运动,其加速度随时间变化的关系图线如图所示下列说法正确的是()A物体运动的最大速度是4 m/sBt4 s时物体回到出发点Ct4 s时物体开始反向运动Dt1 s时和t3 s时物体的瞬时速度相同解析:D图像与时间轴所围“面积”表示速度变化量,由题图可知,物体运动的最大速度为vmax 2 2 m/s 2 m/s,A错误;01 s物体做加速度增大的加速运动,12 s物体做加速度减小的加速运动,23 s物体做加速度反向增大的减速运动,34 s,物体做加速度反向减小的减速运动,根据对称性可知,物体在4 s末时速度减为零,4 s后物体又重复前面的运动,故B、C错误;由B、C项分析可知,t1 s时
12、和t3 s时物体的瞬时速度相同,故D正确第2维度: t图像一质点沿直线运动,如图所示是从t0时刻开始的质点的 t图像(x为位移),可以推知()A质点做匀减速运动B加速度的大小是1 m/s2Ct2 s时的速度是1 m/sDt2 s时位移是3 m解析:B由题意可得图线的函数表达式为1t,即xtt2,又因为匀变速直线运动中位移公式为xv0tat2,根据对应关系得v01 m/s,a1 m/s2,因此质点做匀加速运动,故A项错误,B项正确当t2 s时,根据公式vv0at,求出速度是3 m/s,故C项错误;当t2 s时, 代入表达式xtt2,可得位移是4 m,故D项错误第3维度:v2x图像一辆汽车做直线运
13、动,其v2x图像如图所示关于汽车的运动,下列说法错误的是()A汽车的初速度为4 m/sB汽车的加速度大小为0.5 m/s2C汽车第4 s末的速度为2 m/sD汽车前10 s内的位移为15 m解析:D由题图可知初始时速度的平方为16 m2/s2,则汽车的初速度v04 m/s,A项正确由题图可知v2与x的关系式为v242x,再与公式v2v2ax对比可知汽车做匀减速直线运动,加速度a0.5 m/s2,B项正确由vv0at,可得汽车第4 s末的速度为v44 m/s0.54 m/s2 m/s,C项正确因t8 s,则知第8 s 末车停止,汽车前10 s内位移x16 m,D项错误第4维度:xv图像甲、乙两质
14、点在同一时刻、从同一地点沿同一方向做直线运动质点甲做初速度为零、加速度大小为a1的匀加速直线运动,质点乙做初速度为v0、加速度大小为a2的匀减速直线运动至速度减为零保持静止,甲、乙两质点在运动过程中的xv图像如图所示,虚线与对应的坐标轴垂直下列说法正确的是()A图线a表示质点乙的运动B质点甲的加速度大小为3 m/s2C质点乙的加速度大小为1 m/s2D开始运动后,两质点在x6 m处相遇解析:C根据图像可知,a图像的速度随位移增大而增大,b图像的速度随位移增大而减小,所以图像a表示质点甲的运动,故A错误;当x0时,乙的速度为6 m/s,即质点乙的初速度v06 m/s,设质点乙、甲先后通过x6 m
15、处时的速度均为v,对质点甲:v22a1x,对质点乙:v2v2a2x,联立解得a1a23 m/s2.当质点甲的速度v18 m/s、质点乙的速度v22 m/s时,两质点通过相同的位移均为x,对质点甲:v2a1x,对质点乙:vv2a2x,联立解得a12a2,联立解得a12 m/s2,a21 m/s2,故B错误,C正确;图线a、b的交点表示两质点通过同一位置,但不是同时,故D错误命题点四追及与相遇问题(师生互动)核心整合讨论追及、相遇问题的实质,就是分析两物体在相同时间内能否到达相同的空间位置1抓住一个条件,两个关系(1)一个条件:二者速度相等它往往是能否追上或距离最大、最小的临界条件,也是分析判断的
16、切入点(2)两个关系:即时间关系和位移关系可通过画草图找出两物体的位移关系,也是解题的突破口2能否追上的判断方法常见情形:物体A追物体B,开始二者相距x0,则(1)A追上B时,必有xAxBx0,且vAvB.(2)要使两物体恰不相撞,必有xAxBx0,且vAvB.(2022安徽庐巢七校联盟第三次联考)一汽车在直线公路段上以54 km/h的速度匀速行驶,突然发现在其正前方14 m处有一辆自行车以5 m/s的速度同向匀速行驶经过0.4 s的反应时间后,司机开始刹车,则:(1)为了避免相撞,汽车的加速度大小至少为多少?(2)若汽车刹车时的加速度只为4 m/s2,在汽车开始刹车的同时自行车开始以一定的加
17、速度匀加速,则自行车的加速度至少为多大才能保证两车不相撞?解析:(1)设汽车的加速度大小为a初速度v汽54 km/h15 m/s初始距离d14 m自行车的位移为x自v自(tt0)汽车的位移为x汽v汽(tt0)at2假设汽车能追上自行车,此时有x汽x自d代入数据整理得at210t100要保证不相撞,即此方程至多只有一个解,即得10220a0解得a5 m/s2所以,为了避免相撞,汽车的加速度大小至少为5 m/s2.(2)设自行车加速度为a,同理可得v汽(tt0)a汽t2v自(tt0)at2d整理得t210t100要保证不相撞,即此方程至多只有一个解,即得10220a800,解得a1 m/s2所以,
18、自行车的加速度至少为1 m/s2才能保证两车不相撞答案:(1)5 m/s2 (2)1 m/s2追及与相遇问题的两种典型情况假设物体A追物体B,开始时,两个物体相距x0,有两种典型情况:(1)初速度小的匀加速运动的物体A追匀速运动的物体B,当vAvB时,二者相距最远(2)初速度大的匀减速运动的物体A追匀速运动的物体B,当vAvB时,若已超越,则相遇两次若恰好追上,则相遇一次若没追上,则无法相遇题组突破1(图像中的追及相遇问题)(多选)甲、乙两车在平直公路上同向行驶,其vt图像如图所示已知两车在t3 s时并排行驶,则()A在t1 s时,甲车在乙车后B在t0时,甲车在乙车前7.5 mC两车另一次并排
19、行驶的时刻是t2 sD甲、乙车两次并排行驶的位置之间沿公路方向的距离为40 m解析:BD根据vt图像知,甲、乙两车都沿正方向运动t3 s时,甲、乙两车并排行驶,此时v甲30 m/s,v乙25 m/s,由vt图线与时间轴所围“面积”对应位移知,03 s内甲车位移x甲330 m45 m,乙车位移x乙3(1025) m52.5 m故t0时,甲、乙两车相距x1x乙x甲7.5 m,即甲车在乙车前方7.5 m,选项B正确;01 s内,x甲110 m5 m,x乙1(1015) m12.5 m,x2x乙x甲7.5 mx1,说明在t1 s时甲、乙两车第一次并排行驶,选项A、C错误;甲、乙两车两次并排行驶的位置之
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