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直线运动

 

一、一周知识概述

  本周学习机械运动、位移、速度、加速度等概念,学习位移图象和速度图象,以及匀变速直线运动的规律等内容,要理解基本概念,掌握两种图象的物理意义,掌握匀变速直线运动的规律,会运用规律处理实际问题。

二、重难点知识归纳及讲解

(一)基本概念

1、参考系:在描述一个物体的机械运动时,选来作为标准的另外的物体,叫做参考系。

2、质点:用来代替物体的有质量的点叫做质点。

3、路程和位移:路程是质点运动的轨迹线的长度。位移是运动物体初位置指向末位置的有向线段。路程是标量,位移是矢量,只有当物体在直线上沿一个方向运动时,物体的位移大小才等于路程。

4、速度:速度是描述物体运动快慢的物理量,大小等于物体的位移和发生这段位移所用时间的比值。定义式为:,速度是矢量。

5、平均速度:某段时间内的平均速度,等于这段时内的位移与所用时间的比值。即:

6、瞬时速度:物体在某一时刻或某一位置时的速度,叫该时刻或该位置的瞬时速度。瞬时速度大小叫速率。

7、加速度:加速度等于速度的改变跟发生这一改变所用时间的比值。定义式为:。加速度是矢量,它反映物体的速度变化的快慢,方向始终与物体速度变化(vt-v0)的方向相同。

(二)位移—时间图象和速度—时间图象

1、位移—时间图象

  在平面直角坐标系中,用纵轴表示位移 s,用横轴表示时间t,得到位移—时间图象(s—t图象),简称位移图象。 匀速直线运动 的位移图象是一条倾斜的直线,是一次函数的图象,如图所示。

  位移图象反映了位移随时间的变化规律。图象中的任一点表示某一时刻的位移,从图象中还可知道发生某一位移所对应的时间。

  变速直线运动 的位移图象不是直线,而是曲线。利用位移——时间图象还可以求出运动物体每时刻的速度,它就是该时刻所对应位移——时间图象上那一点切线的斜率。

2、速度—时间图象

  在平面直角坐标系中,用纵轴表示速度 v,用横轴表示时间t,得到速度—时间图象(v—t图象),简称速度图象。

  在匀速直线运动中,物体的速度——时间图象是一条与时间轴平行的直线。

  匀变速直线运动的 v—t图象是一条倾斜直线,它虽然与匀速直线运动的s—t的图象“形”同,但表示物理意义完全不同,应严格加以区别,非匀变速直线运动的v—t图象是曲线。

  在速度—时间图象中可以读出物体在任何时刻的速度。

  在速度—时间图象中,物体在一段时间内的位移等于物体速度—时间图象与这段时间轴所围的面积。 t轴上方面积表示沿正方向发生的位移,下方面积表示沿负方向发生的位移,它们的代数和表示总位移。

  在速度—时间图象中,物体在任意时刻的加速度就是速度—时间图象上所对应的点的切线的斜率。

(三)匀变速直线运动的规律:

1、速度公式:vt=v0+at

2、位移公式:

3、平均速度公式:

(四)例题

例1、甲、乙、丙三人各乘一个热气球,甲看到楼房匀速上升,乙看到甲匀速上升,甲看到丙匀速上升,丙看到乙匀速下降,那么,从地面上看,甲、乙、丙的运动情况可能是( )

A.甲、乙匀速下降,v>v,丙停在空中

B.甲、乙匀速下降,v>v,丙匀速上升

C.甲、乙匀速下降,v>v,丙匀速下降,且v>v

D.以上说法均不对

解析:

  楼房和地面相当于同一参考系,所以,甲是匀速下降,乙看到甲匀速上升,说明乙匀速下降,且乙的速度 v大于甲的速度v。甲看到丙匀速上升,有三种可能性:

  (1)丙静止;

  (2)丙匀速上升;

  (3)丙匀速下降,且它们的速度v<v

  丙看到乙匀速下降,也有三种可能性:

  (1)丙静止;

  (2)丙匀速上升;

  (3)丙匀速下降,且速度关系为v<v

  综上所述,选项 A、B正确。

答案:AB

例2、在研究物体的运动时,下列物体中可以当做质点处理的是( )

A.研究一端固定可绕该端转动的木杆的运动时,此杆可作为质点来处理

B.在大海中航行的船,要确定它在大海的位置时,可以把它当做质点来处理

C.研究杂技演员在走钢丝的表演时,杂质演员可以当做质点来处理

D.研究地球绕太阳公转时,地球可以当做质点来处理

解析:

  根据判断物体能否当做质点处理的原则:转动的物体在研究它的转动情况时,均不可以当做质点处理,杂技演员走钢丝时的运动含有转动的运动,所以 A、C两选项错误。船虽然较大,但是它相对于大海来讲,可当质点处理,转动的地球,既作转动,又相当的大,但是研究地球绕太阳公转时,地球的直径相对公转的半径来讲可忽略不计,也可以作为质点处理。所以,B、D两选项正确。

答案:BD

例3、如图是两个由同一地点出发沿同一直线向同一方向运动的物体A和B的速度—时间图象。

(1)由图象可知,A、B出发的情况为( )

A.A、B同时开始运动

B.A、B初速度均为零

C.开始时A的加速度比B小

D.开始一段时间内,A在B前面

(2)运动过程中,A、B的运动情况为( )

A.A的速度一定比B大,B没有追上A

B.B的速度一直比A大,B追上A

C.A在t1时刻后改做匀速运动,在t2时刻B追上A

D.在t2时刻,A、B速度相等,A在B的前面,尚未被B追上,但此后B一定会追上A

解析:

  根据速度——时间图象的物理意义进行判断。

  由图可以看出, A、B两物体是同时开始做初速度为零的匀加速运动,但A的加速度比B大,所以开始一段时间内,A的速度比B大;经过时间t1后,A作匀速直线运动,B继续做匀加速直线运动,在t2时刻A、B的速度相等,但是A在B的前面(因为A的速度图线与时间轴所围的面积比B的速度图线所围的面积大,也就是A的位移比B的位移大),以后B的速度继续增大,B是一定会追上A并超过A。综上所述,对于(1)中的A、B、D三选项和(2)中的D选项正确。

答案:(1)A、B、D   (2)D

例4、关于加速度,下列说法中正确的是( )

 A.速度变化越大,加速度一定越大

 B.速度变化所用时间越短,加速度一定越大

 C.速度变化越快,加速度一定越大

 D.速度为零,加速度一定为零

解析:

  根据加速度的定义进行判断。

  由加速度的定义式 可知,加速度是由速度的变化量和变化所用的时间两个因素共同决定的,速度变化越大,加速度不一定越大;速度变化所用时间越短,但速度变化量的大小没有确定,也不能确定加速度一定越大;加速度是描述速度变化快慢的物理量,速度变化越快,加速度一定越大;速度为零,并不是速度的变化量为零,故加速度不一定为零。综上所述,C选项正确。

答案: C

例5、一物体作匀变速直线运动,某时刻的速度大小为4m/s,1s后速度大小变为10m/s,在这1s内该物体的( )

 A.位移的大小可能小于4m

 B.位移的大小可能大于10m

 C.加速度的大小可能小于4m/s2

 D.加速度的大小可能大于10 m/s2

解析:考虑到速度的矢量性,设初速度为 v1=4m/s,经1s后速度为v2

(1)若v2与v1同向,即v2=10m/s,由运动学公式得1s内的位移和加速度

(2)若v2与v1反向,即v2=-10m/s,同理可得:

故正确答案为 A、D。

答案: AD

例6、正以v=30m/s的速度运行中的列车,接到前方小站的请求,在该站停靠1分钟,接一个危重病人上车。司机决定,以加速度a1=-0.6m/s2作匀减速运动到小站,停车1分钟后以a2=1.0m/s2匀加速起动,恢复到原来的速度后再匀速行驶。试问:由于临时停车,共耽误了多少时间?

解析:

  先计算出匀减速停车和匀加速起动时间,用匀变速直线运动的规律计算出制动过程和起动过程列车运行路程,然后依据题意分析求解。

  对匀减速停车过程,所用时间

  匀加速起动过程,所用时间

  从开始制动到恢复原速运动,共用时间: t=t1+t2+60=140s.

  制动过程,列车运行路程

  起动过程,列车运行路程

  列车以速度v匀速通过(s1+s2)路程,所用时间

  可见,因抢救危重病人的临时停车,实际耽误的时间为:△ t=t-t′=100s.

答案:100s.

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