高考物理總復(fù)習(xí)描述運(yùn)動(dòng)的基本概念、勻速運(yùn)動(dòng) 知識(shí)講解 提高
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1、 描述運(yùn)動(dòng)的基本概念、勻速運(yùn)動(dòng) 編稿:張金虎 審稿: 【考綱要求】 1. 理解參考系、質(zhì)點(diǎn)、位移、路程、速度、平均速度、加速度等運(yùn)動(dòng)學(xué)基本概念的確切含義; 2. 掌握位移、速度、加速度的矢量性及勻速直線運(yùn)動(dòng)的相關(guān)規(guī)律。 【考點(diǎn)梳理】 考點(diǎn)一:參考系、質(zhì)點(diǎn) 要點(diǎn)詮釋: 1.參考系:為了研究物體的運(yùn)動(dòng)而假定不動(dòng)的物體. (1)描述一個(gè)物體是否運(yùn)動(dòng),決定于它相對(duì)于所選的參考系的位置是否發(fā)生變化,由于所選的參考系并不是真正靜止的,所以物體運(yùn)動(dòng)的描述具有相對(duì)性。 (2)描述同一運(yùn)動(dòng)時(shí),若以不同的物體作為參考系,描述的結(jié)果可能不同. (3)參考系的選取原則上是任意的,
2、但是有時(shí)選運(yùn)動(dòng)物體作為參考系,可能會(huì)給問(wèn)題的分析、求解帶來(lái)簡(jiǎn)便,一般情況下如無(wú)說(shuō)明, 通常都是以地面作為參考系來(lái)研究物體的運(yùn)動(dòng). 2.質(zhì)點(diǎn) (1)定義:用來(lái)代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn)叫做質(zhì)點(diǎn).質(zhì)點(diǎn)是一個(gè)理想化的模型,現(xiàn)實(shí)中并不存在. (2)可視為質(zhì)點(diǎn)的兩種情況 ①物體的形狀和大小在所研究的問(wèn)題中可以忽略,則可以把物體當(dāng)做質(zhì)點(diǎn). ②做平動(dòng)的物體由于各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況相同,可以選物體上任意一個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)來(lái)代表整個(gè)物體的運(yùn)動(dòng),此時(shí)可將物體當(dāng)做質(zhì)點(diǎn)處理. 考點(diǎn)二:時(shí)間和時(shí)刻、位移和路程 要點(diǎn)詮釋: 1.時(shí)間和時(shí)刻 意義 時(shí)間軸表示 對(duì)應(yīng)的物理量 通常的說(shuō)法 時(shí)刻 一段時(shí)間的始末,
3、一瞬間,有先后, 無(wú)長(zhǎng)短 軸上一點(diǎn) 位置、瞬時(shí)速度、瞬時(shí)加速 度 第幾秒初、 第幾秒末 時(shí)間 兩時(shí)刻之間的間隔,有長(zhǎng)短 軸上一段 位移、平均速度、速度變化 量 幾秒、第幾 秒、前幾秒、 后幾秒 2.位移和路程 位移 路程 方向 方向是由初位置指向末位置,是矢量 沒(méi)有方向,是標(biāo)量 大小 物體初位置與末位置間的直線距離, 與物體所走路徑無(wú)關(guān) 物體實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡的長(zhǎng)度, 與物體所走路徑有關(guān) 運(yùn)算法則 平行四邊形法則 代數(shù)運(yùn)算加法 聯(lián)系 一般情況下:路程大于或等于位移的大?。恢挥挟?dāng)物體做單向直線運(yùn)動(dòng)時(shí),物體的位移大小才等于路程 考點(diǎn)三:瞬時(shí)速
4、度、速率、平均速度和平均速率 要點(diǎn)詮釋: 瞬時(shí)速度 速率 平均速度 平均速率 物理意義 在某一時(shí)刻或某一位置時(shí) 物體的速度 瞬時(shí)速度的大小 某一段時(shí)間或某一段位移內(nèi)運(yùn)動(dòng)的快慢和方向 物體的路程與所用時(shí)間的比值 對(duì)運(yùn)動(dòng)的描述 精確的描述物體在某一時(shí)刻或某一位置時(shí)的運(yùn)動(dòng) 精確描述物體運(yùn)動(dòng) 的快慢 粗略描述物體運(yùn)動(dòng)的快慢和方向 僅表示物體運(yùn)動(dòng)快慢 矢、標(biāo)性 矢量 標(biāo)量 矢量 標(biāo)量 考點(diǎn)四:速度、速度變化量和加速度 要點(diǎn)詮釋: 速度(v) 速度變化量(Δv) 加速度(a) 定義 位移與時(shí)間的比值 在一段時(shí)間內(nèi)速度變化的 大小和方向
5、 速度的變化量跟所用時(shí)間的比值 定義式 及單位 v=s/t m/s ⊿v=vt–v0 m/s ( vt–v0) / t m/s2 物理意義 描述物體運(yùn)動(dòng)快慢 和方向的物理量 描述物體速度變化的大小 和方向 描述物體速度變化的快慢 和方向 性質(zhì) 矢量 矢量 矢量 方向 物體運(yùn)動(dòng)的方向 可能與初速度的方向相同, 也可與初速度的方向相反 與速度變化量的方向相同 影響因素 位置變化和時(shí)間的比值 與速度無(wú)關(guān) 與速度、速度變化量無(wú)關(guān), 與物體所 受的合外力有關(guān) 考點(diǎn)五:勻速直線運(yùn)動(dòng) 物體在一直線上運(yùn)動(dòng)且速度大小、方向都不變的運(yùn)動(dòng)稱為勻
6、速直線運(yùn)動(dòng)。 要點(diǎn)詮釋: (1)勻速直線運(yùn)動(dòng)也是一種理想模型, 它是運(yùn)動(dòng)中最簡(jiǎn)單的一種(研究復(fù)雜的問(wèn)題, 從最簡(jiǎn)單的開(kāi)始, 是一種十分有益的研究方法)。 (2)實(shí)際上物體的勻速直線運(yùn)動(dòng)是不存在的, 不過(guò)不少物體的運(yùn)動(dòng)可以按勻速直線處理。這里對(duì)物體在一直線上運(yùn)動(dòng)就不好做到, 而如果在相等的時(shí)間里位移相等, 應(yīng)理解為在任意相等的時(shí)間, 不能只理解為一小時(shí)、一分鐘、或一秒鐘, 還可以更小……。認(rèn)真體會(huì)“任意”相等的時(shí)間里位移都相等的含意, 才能理解到勻速的意義。 【典型例題】 類型一、對(duì)質(zhì)點(diǎn)概念的理解 例1、在研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí),下列物體中可以當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)處理的是 ( ) A.在研究乒乓
7、球運(yùn)動(dòng)的發(fā)球時(shí) B.研究步槍射擊的子彈時(shí) C.研究哈雷彗星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí) D.用GPS定位系統(tǒng)研究汽車位置時(shí) 【答案】BCD 【解析】乒乓球比賽中運(yùn)動(dòng)員發(fā)出的乒乓球有轉(zhuǎn)動(dòng),這種轉(zhuǎn)動(dòng)不能忽略,所以不能把乒乓球看做質(zhì)點(diǎn);研究子彈的運(yùn)動(dòng)時(shí),由于子彈各部分的運(yùn)動(dòng)情況都相同,所以可以看做質(zhì)點(diǎn);研究哈雷彗星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí),可以忽略哈雷彗星自轉(zhuǎn),也可以看做質(zhì)點(diǎn);用GPS定位系統(tǒng)研究汽車位置時(shí),不需要考慮汽車各部分運(yùn)動(dòng)的差異,汽車可以看做質(zhì)點(diǎn),所以選項(xiàng)B、C、D正確. 【總結(jié)升華】(1)不能以物體的大小和形狀為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷物體是否可以看做質(zhì)點(diǎn),關(guān)鍵要看所研究的問(wèn)題的性質(zhì).當(dāng)物體的大小和形狀對(duì)所研究的問(wèn)
8、題的影響可以忽略不計(jì)時(shí),物體可視為質(zhì)點(diǎn). (2)質(zhì)點(diǎn)并不是質(zhì)量很小的點(diǎn),要區(qū)別于幾何學(xué)中的“點(diǎn)”. (3)物理學(xué)中理想化的模型還有很多,如“點(diǎn)電荷”、“自由落體運(yùn)動(dòng)”、“純電阻電路”等,都是突出主要因素,忽略次要因素而建立的模型. 舉一反三 【變式】奧運(yùn)會(huì)中,下列幾種奧運(yùn)比賽項(xiàng)目中的研究對(duì)象可視為質(zhì)點(diǎn)的是( ) A.在撐竿跳高比賽中研究運(yùn)動(dòng)員手中的支撐桿在支撐地面過(guò)程中的轉(zhuǎn)動(dòng)情況時(shí) B.帆船比賽中確定帆船在大海中的位置時(shí) C.跆拳道比賽中研究運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作時(shí) D.鉛球比賽中研究鉛球被擲出后在空中的飛行時(shí)間時(shí) 【答案】BD 【解析】撐竿跳高中的運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作和支撐桿的轉(zhuǎn)動(dòng)情況
9、對(duì)比賽結(jié)果影響極大,不能視為質(zhì)點(diǎn);同理,跆拳道比賽中運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作對(duì)比賽結(jié)果影響也很大,不能視為質(zhì)點(diǎn).其余兩項(xiàng)可視為質(zhì)點(diǎn). 類型二、對(duì)位移、路程的考查 例2、(2014 江蘇卷)一汽車從靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),然后剎車做勻減速直線運(yùn)動(dòng),直到停止。下列速度v和位移x的關(guān)系圖像中,能描述該過(guò)程的是 【答案】A 【解析】勻加時(shí)根據(jù)速度位移關(guān)系v2= 2ax變形可得 ,勻減時(shí)變形為,根據(jù)指數(shù)函數(shù)圖像特點(diǎn)可知,A項(xiàng)正確。 【總結(jié)升華】對(duì)基本概念要理解到位,準(zhǔn)確把握相近概念的區(qū)別是關(guān)鍵。 舉一反三 【變式】為了使公路交通有序、安全,路旁立了許多交通標(biāo)志,
10、如圖所示,甲圖是限速標(biāo)志,表示允許行駛的最大速度是80 km/h;乙圖是路線指示標(biāo)志,此處到青島還有150 km.上述兩個(gè)數(shù)據(jù)表達(dá)的物理意義是 ( ) A.80 km/h是平均速度,150 km是位移 B.80 km/h是瞬時(shí)速度,150 km是路程 C.80 km/h是瞬時(shí)速度,150 km是位移 D.80 km/h是平均速度,150 km是路程 【答案】B 類型三、考查對(duì)速度概念的理解 例3、在公路的每個(gè)路段都有交通管理部門(mén)設(shè)置的限速標(biāo)志,如圖所示,這是告誡駕駛員在這一路段駕駛車輛時(shí) ( ) A.必須以這一規(guī)定速度行駛 B.平均速度大小不得超過(guò)這一規(guī)定數(shù)值
11、 C.瞬時(shí)速度大小不得超過(guò)這一規(guī)定數(shù)值 D.汽車上的速度計(jì)指示值,有時(shí)還是可以超過(guò)這一規(guī)定值的 【答案】C 【解析】限速標(biāo)志上的數(shù)值為這一路段汽車行駛的瞬時(shí)速度的最大值,汽車上的速度計(jì)指示值為汽車行駛的瞬時(shí)速度值,不能超過(guò)這一規(guī)定值,故只有C正確. 【總結(jié)升華】平均速度是位移與一段時(shí)間的比值,反應(yīng)的是物體在一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況;而瞬時(shí)速度是平均速度在時(shí)間段趨于零時(shí)的極值,反應(yīng)的是運(yùn)動(dòng)物體在某一時(shí)刻(或某一位置)時(shí)的速度. 舉一反三 【高清課程:描述運(yùn)動(dòng)的基本概念、 勻速運(yùn)動(dòng) 例4】 【變式】圖A是在高速公路上用超聲波測(cè)速儀測(cè)量車速的示意圖,測(cè)速儀發(fā)出并接收超聲波脈沖信號(hào),
12、根據(jù)發(fā)出和接收到的信號(hào)間的時(shí)間差,測(cè)出被測(cè)物體的速度。圖B中p1、p2是測(cè)速儀發(fā)出的超聲波信號(hào),n1、n2分別是p1、p2由汽車反射回來(lái)的信號(hào)。設(shè)測(cè)速儀勻速掃描,p1、p2之間的時(shí)間間隔Δt=1.0s,超聲波在空氣中傳播的速度v=340m/s,若汽車是勻速行駛的,則根據(jù)圖B可知,汽車在接收到p1、p2兩個(gè)信號(hào)之間的時(shí)間內(nèi)前進(jìn)的距離是________m,汽車的速度是________m/s。 【答案】17m 17.9m/s 類型四、平均速度的計(jì)算 例4、 汽車從甲地由靜止出發(fā),沿直線運(yùn)動(dòng)到丙地,乙地是甲丙兩地的中點(diǎn).汽車從甲地勻加速運(yùn)動(dòng)到乙地,經(jīng)過(guò)乙地速度為60 km/h;接著又從
13、乙地勻加速運(yùn)動(dòng)到丙地,到丙地時(shí)速度為120 km/h,求汽車從甲地到達(dá)丙地的平均速度. 【答案】45 km/h 【解析】設(shè)甲丙兩地距離為2s,汽車通過(guò)甲乙兩地時(shí)間為t1,通過(guò)乙丙兩地的時(shí)間為t2. 甲到乙是勻加速運(yùn)動(dòng), 由得 從乙到丙也是勻加速運(yùn)動(dòng),由 得 所以 【總結(jié)升華】(1)平均速度的大小與物體不同的運(yùn)動(dòng)階段有關(guān). (2) 是平均速度的定義式,適用于所有的運(yùn)動(dòng),而適用于勻變速直線運(yùn)動(dòng)。僅由,不能判定該物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng). 舉一反三 【變式1】一位汽車旅游愛(ài)好者打算到某風(fēng)景區(qū)去觀光,出發(fā)地和目的地之間是一條近似于直線的公路,他原計(jì)劃全程平均速度要達(dá)到40 km/
14、h,若這位旅游愛(ài)好者開(kāi)出1/3路程之后發(fā)現(xiàn)他的平均速度僅有20 km/h,那么他能否完成全程平均速度為40 km/h的計(jì)劃呢?若能完成,要求他在后的路程里開(kāi)車的速度應(yīng)達(dá)多少? 【答案】這位旅行者能完成他的計(jì)劃,他在后2x/3的路程里,速度應(yīng)達(dá)80 km/h 【解析】設(shè)后路程上的平均速度為v,總路程為x 在前x/3里用時(shí): 在后2x/3里用時(shí): 所以全程的平均速度為: 解得v=80 km/h 由結(jié)果可知,這位旅行者能完成他的計(jì)劃,他在后2x/3的路程里,速度應(yīng)達(dá)80 km/h. 【高清課程:描述運(yùn)動(dòng)的基本概念、 勻速運(yùn)動(dòng) 例2】 【變式2】一個(gè)物體由甲地沿直線運(yùn)動(dòng)到達(dá)乙地,在前
15、一半路程里的平均速度是v1,后一半路程的平均速度是v2,求整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中物體的平均速度? 【答案】 類型五、對(duì)速度和加速度的理解 例5、 有下列幾種情景,請(qǐng)根據(jù)所學(xué)知識(shí)選擇對(duì)情景的分析和判斷正確的選項(xiàng)是 ( ) ①點(diǎn)火后即將升空的火箭 ②高速公路上沿直線高速行駛的轎車為避免事故緊急剎車 ③運(yùn)動(dòng)的磁懸浮列車在軌道上高速行駛 ④太空中的空間站在繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng) A.因火箭還沒(méi)運(yùn)動(dòng),所以加速度一定為零 B.轎車緊急剎車,速度變化很快,所以加速度很大 C.高速行駛的磁懸浮列車,因速度很大,所以加速度也一定很大 D.盡管空間站做勻速圓周運(yùn)動(dòng),加速度也不為零 【答案】B
16、D 【解析】火箭雖還沒(méi)動(dòng),但火箭的加速度不為零,故A錯(cuò); 轎車緊急剎車時(shí),根據(jù),由于很大而很小,故加速度很大,B對(duì); 磁懸浮列車的速度很大,但速度變化并不快,故加速度并不大,C錯(cuò); 空間站的速度大小不變,但速度方向不斷變化,故加速度并不為零,D對(duì). 【總結(jié)升華】物體的速度大,速度變化量不一定大,加速度不一定大,而物體的速度為零時(shí),速度也可能正在改變. 舉一反三 【變式】某物體運(yùn)動(dòng)的速度圖象如圖所示,根據(jù)圖象可知( ) A.0~2 s內(nèi)的加速度為1 m/s2 B.0~5 s內(nèi)的位移為10 m C.第1 s末與第3 s末的速度方向相同 D.第1 s末與第5 s末加速度方向相
17、同 【答案】AC 【解析】0~2 s內(nèi)的加速度(即圖象的斜率)a==1 m/s2,故A對(duì); 0~5 s內(nèi)的位移為,故B錯(cuò); 從圖象可以看出,第1 s末與第3 s末物體的速度都為正值,即都與所設(shè)的正方向相同,故C對(duì); 而在第5 s末的加速度為負(fù),所以D錯(cuò)誤. 【高清課程:描述運(yùn)動(dòng)的基本概念、 勻速運(yùn)動(dòng) 例1】 【變式2】物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng),其加速度為2m/s2,那么,在任一秒內(nèi)() A.物體的加速度一定等于物體速度的2倍 B.物體的初速度一定比前一秒的末速度大2m/s C.物體的末速度一定比初速度大2m/s D.物體的末速度一定比前
18、一秒的初速度大2m/s 【答案】C 類型六、 考查對(duì)加速度的理解及公式a=(v-v0)/t的應(yīng)用 例6、(2014年 廣東卷)圖6是物體做直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖象,由圖可知,該物體 A.第1s內(nèi)和第3s內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方向相反 B.第3s內(nèi)和第4s內(nèi)的加速度相同 C.第1s內(nèi)和第4s內(nèi)的位移大小不相等 D.0~2s和0~4s內(nèi)的平均速度大小相等 【答案】B 【解析】第1s內(nèi)速度和第3s內(nèi)速度都為正值,都與規(guī)定正方向相同,所以A錯(cuò)誤。v-t圖像的斜率代表物體運(yùn)動(dòng)加速度,其中斜率的數(shù)值大小表物理加速度大小,斜率的正負(fù)代表加速度的方向,第3s內(nèi)和
19、第4s內(nèi)圖像的斜率相同,所以第3s內(nèi)加速度和第4s內(nèi)加速度相同,所以B正確。物體的位移大小等于v-t圖像的的圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積大小,所以C錯(cuò)誤;物體的平均速度,位移是矢量,0~2s和0~4s的位移相同,時(shí)間不同,所以它們的平均速度不相 同,所以D錯(cuò)誤。 【總結(jié)升華】速度與加速度無(wú)直接聯(lián)系。 舉一反三 【變式】為了測(cè)定氣墊導(dǎo)軌上滑塊的加速度,滑塊上安裝了寬度為3.0 cm的遮光板,如圖所示,滑塊在牽引力作用下先后勻加速通過(guò)兩個(gè)光電門(mén),配套的數(shù)字毫秒計(jì)記錄了遮光板通過(guò)第一個(gè)光電門(mén)的時(shí)間為,通過(guò)第二個(gè)光電門(mén)的時(shí)間為,遮光板從開(kāi)始遮住第一個(gè)光電門(mén)到開(kāi)始遮住第二個(gè)光電門(mén)的時(shí)間為.試估算: (1)滑塊的加速度多大? (2)兩個(gè)光電門(mén)之間的距離是多少? 【答案】(1)0.067 m/s2 (2)0.6 m 【解析】(1)遮光板通過(guò)第一個(gè)光電門(mén)的速度 遮光板通過(guò)第二個(gè)光電門(mén)的速度 故滑塊的加速度 (2)兩個(gè)光電門(mén)之間的距離
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