2011年高中物理一轮精品复习学案：第一章运动的描述、匀变速直线运动的研究(1.3运动图像追及相遇问

2011年物理一轮精品复习学案：第3节运动图像追及相遇问题【考纲知识梳理】一、直线运动的（x-t图像）位移—时间图像1.定义：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，通过描点和连线后得到的图象，简称位移图象。位移时间图象表示位移随时间的变化规律。2.图象的斜率的意义（1）若tx图象是一条倾斜直线，则表示物体做匀速直线运动，直线的斜率表示物体的速度。图像的斜率为正值，表示物体沿与规定的正方向相同的方向运动图像的斜率为负值，表示物体沿与规定的正方向相反的方向运动（2）①若tx图象与时间轴平行，说明斜率为零，即物体的速度为零，表示物体处于静止状态，若物体做非匀速直线运动，则tx图象是一条曲线。②图象上两点连线的斜率表示这段时间内的平均速度，图象上某点切线的斜率表示这点的瞬时速度。（3）x-t图像的理解①tx图象只能用来描述直线运动，反映位移x随时间t的变化关系，不表示物体的运动轨迹②由tx图象可判断各时刻物体的位置，或相对坐标原点的位移。③若图像不过原点，有两种情况：图线在纵轴上的截距表示开始计时时物体的位移不为零（相对于参考点）图线在横轴上的截距表示物体过一段时间才从参考点出发④两图线相交说明两物体相遇，其交点的横坐标表示相遇的时刻，纵坐标表示相遇处对参考点的位移。二、直线运动的（v-t图像）速度—时间图像1.物理意义：反映做直线运动的物体的速度随时间变化的关系，如下图所示。05101015205t/sv/m·s-12.图像信息：⑴斜率意义atvk大小表示加速度的大小，斜率越大代表加速度越大正负正：a正方向负：a负方向⑵图线的曲直直线表示物体做匀速直线运动或匀变速直线运动曲线表示物体做变加速度直线运动二、追及和相遇问题【要点名师精解】一、.v-t图像的理解2、交点：（1）两条速度图像交点代表两物体在交点时刻速度相同。（2）与时间轴交点是速度方向的转折点（此时速度为零，加速度却不为零，有时是加速度的转折点）3、v-t图像中唯一和路程的表示（1）图像与时间轴所包围的面积表示某段时间内的位移大小。（2）【例1】（09·山东·17）某物体做直线运动的v-t图象如图甲所示，据此判断图乙（F表示物体所受合力，x表示物体的位移）四个选项中正确的是（B）解析：由图甲可知前两秒物体做初速度为零的匀加速直线运动，所以前两秒受力恒定，2s-4s做正方向匀加速直线运动，所以受力为负，且恒定，4s-6s做负方向匀加速直线运动，所以受力为负，恒定，6s-8s做负方向匀减速直线运动，所以受力为正，恒定，综上分析B正确。考点：v-t图象、牛顿第二定律提示：在v-t图象中倾斜的直线表示物体做匀变速直线运动，加速度恒定，受力恒定。速度——时间图象特点：①因速度是矢量，故速度——时间图象上只能表示物体运动的两个方向，t轴上方代表的“正方向”，t轴下方代表的是“负方向”，所以“速度——时间”图象只能描述物体做“直线运动”的情况，如果做曲线运动，则画不出物体的“位移——时间”图象；②“速度——时间”图象没有时间t的“负轴”，因时间没有负值，画图要注意这一点；③“速度——时间”图象上图线上每一点的斜率代表的该点的加速度，斜率的大小表示加速度的大小，斜率的正负表示加速度的方向；④“速度——时间”图象上表示速度的图线与时间轴所夹的“面积”表示物体的位移。二、x-t图像与v-t图像的比较【例2】如图甲所示为物体做直线运动的v-t图象。若将该物体的运动过程用s-t图象表示出来（其中s为物体相对出发点的位移），则图乙中的四幅图象描述正确的是（）解：由甲图v-t图象可以得到：0～t1做正向匀速直线运动，t1～t2静止，t2～t3做反向匀速直线运动。对应的s-t图象中第一段为斜率为正的直线，第二段为平行于t轴的直线，第三段为斜率为负的直线。答案：C三、追击、相遇问题分析追和被追的两物体的速度相等（同向运动）是能否追上及两者相距有极值的临界条件1、第一类：速度大者减速追速度小者匀速（1）当两者速度相等时，若追者仍没有追上被追者，则永远追不上，此时两者之间有最小距离。（2）若两者速度相等时位恰能追上，这是两者避免碰撞的临界条件（3）若追者追上被追者时，追者速度仍大于被追者的速度，则被追者还有一次追上追者的机会。2、第二类：速度小者加速追速度大者匀速当两者速度相等时如果没有追上则两者之间有最大距离。3、第三类：匀速追前面匀加速度相等时若没追上，则永远追不上。若位移相等时追者速度大于被追者速度，则超过，但被追者还能再次超过追者。【例3】小汽车从静止开始以3m/s2的加速度行驶，恰有一自行车一6m/s的速度从车边匀速驶过。⑴小汽车从运动到追上自行车之前经过多长时间两者相距最远？此时距离是多少？⑵什么时候追上自行车，此时汽车的速度是多少？⑴解法一：物理分析法汽车开动时速度由零逐渐增大，而自行车速度是定值，当汽车速度还小于自行车速度是，两者的距离越来越大，当汽车的速度大于自行车速度时，两者距离越来越小，所以当两车的速度相等时，两车的距离最大，有自行车汽车vatv，所以savt2自行车，mattvxxx6212自行车汽车自行车解法二：极值法设汽车追上自行车之前t时刻相距最远2223621ttattvxxx自行车汽车自行车利用二次函数求极值条件知：mxxsabt622max最大，时，当解法三：图像法画出汽车和自行车的v-t图，当ts时两车速度相等，mxstatv6622126时两车的位移差最远即汽车解法四：相对运动法以自行车为参考系，汽车追上自行车之前初速度大小为6m/s，方向向后，加速度为大小为3m/s2，方向向前。经分析汽车先远离自行车做匀减速直线运动末速度为零时相距最远，在靠近自行车做匀加速直线运动。mx632602max⑵由第一问第三种方法中可以知道当t=4s时汽车追上自行车。名师点评：1.解答追及相遇问题的常用方法：⑴物理分析法：抓住两物体能否同时到达空间某位置这一关键列式。⑵极值法：假设时间t，列表达式，得到关于t的一元二次方程用判别式进行讨论，若0即有两个解说明可以相遇两次，若=0即有一个解说明刚好相遇或追上，若0即无解说明不能相遇。⑶图像法：通过图像使两物体的位移关系更直观、简捷。⑷相对运动法：根据需要掌握。2.求解追及相遇问题的基本思路⑴分别对两物体研究⑵画出运动过程示意图⑶列出位移方程⑷找出时间关系、速度关系、位移关系⑸解出结果，必要时进行讨论【感悟高考真题】1.（09·全国卷Ⅱ·15）两物体甲和乙在同一直线上运动，它们在0～0.4s时间内的v-t图象如图所示。若仅在两物体之间存在相互作用，则物体甲与乙的质量之比和图中时间t1分别为（B）A．13和0.30sB．3和0.30sC．13和0.28sD．3和0.28s解析：本题考查图象问题.根据速度图象的特点可知甲做匀加速,乙做匀减速.根据tva得乙甲aa3,根据牛顿第二定律有乙甲mFmF31,得3乙甲mm,由tsma4.01/104.042乙,得t=0.3s,B正确。2.（09·江苏物理·9）如图所示，两质量相等的物块A、B通过一轻质弹簧连接，B足够长、放置在水平面上，所有接触面均光滑。弹簧开始时处于原长，运动过程中始终处在弹性限度内。在物块A上施加一个水平恒力，A、B从静止开始运动到第一次速度相等的过程中，下列说法中正确的有（BCD）A．当A、B加速度相等时，系统的机械能最大B．当A、B加速度相等时，A、B的速度差最大C．当A、B的速度相等时，A的速度达到最大D．当A、B的速度相等时，弹簧的弹性势能最大解析：处理本题的关键是对物体进行受力分析和运动过程分析，使用图象处理则可以使问题大大简化。对A、B在水平方向受力分析如图，F1为弹簧的拉力；当加速度大小相同为a时，对Ａ有maFF1，对Ｂ有maF1，得21FF，在整个过程中Ａ的合力（加速度）一直减小而Ｂ的合力（加速度）一直增大，在达到共同加速度之前A的合力（加速度）一直大于Ｂ的合力（加速度），之后A的合力（加速度）一直小于Ｂ的合力（加速度）。两物体运动的v-t图象如图，tl时刻，两物体加速度相等，斜率相同，速度差最大，t2时刻两物体的速度相等，Ａ速度达到最大值，两实线之间围成的面积有最大值即两物体的相对位移最大，弹簧被拉到最长；除重力和弹簧弹力外其它力对系统正功，系统机械能增加，tl时刻之后拉力依然做正功，即加速度相等时，系统机械能并非最大值。3.（09·广东物理·3）某物体运动的速度图像如图，根据图像可知（AC）A.0-2s内的加速度为1m/s2B.0-5s内的位移为10mC.第1s末与第3s末的速度方向相同D.第1s末与第5s末加速度方向相同解析：v-t图像反映的是速度v随时t的变化规律，其斜率表示的是加速度，A正确；图中图像与坐标轴所围成的梯形面积表示的是0-5s内的位移为7m，在前5s内物体的速度都大于零，即运动方向相同，C正确；0-2s加速度为正，4-5s加速度为负，方向不同。4.（09·海南物理·7）一物体在外力的作用下从静止开始做直线运动，合外力方向不变，大小随时间的变化如图所示。设该物体在0t和02t时刻相对于出发点的位移分别是1x和2x，速度分别是1v和2v，合外力从开始至ot时刻做的功是1W，从0t至02t时刻做的功是2W,则（AC）A．215xx213vvB．122195xxvvC．212158xxWWD．212139vvWW5.（09·海南物理·8）甲乙两车在一平直道路上同向运动，其vt图像如图所示，图中OPQ和OQT的面积分别为1s和2s21ss.初始时，甲车在乙车前方0s处。（ABC）A．若012sss，两车不会相遇B．若01ss，两车相遇2次C．若01ss，两车相遇1次D．若02ss，两车相遇1次6.（09·广东理科基础·3）图1是甲、乙两物体做直线运动的v一t图象。下列表述正确的是（A）A．乙做匀加速直线运动B．0一ls内甲和乙的位移相等C．甲和乙的加速度方向相同D．甲的加速度比乙的小解析：甲乙两物体在速度图象里的图形都是倾斜的直线表明两物体都是匀变速直线,乙是匀加速，甲是匀减速,加速度方向不同A对C错；根据在速度图象里面积表示位移的方法可知在0一ls内甲通过的位移大于乙通过的位移.B错；根据斜率表示加速度可知甲的加速度大于乙的加速度，D错。7.（09·广东理科基础·9）物体在合外力作用下做直线运动的v一t图象如图所示。下列表述正确的是（A）A．在0—1s内，合外力做正功B．在0—2s内，合外力总是做负功C．在1—2s内，合外力不做功D．在0—3s内，合外力总是做正功解析：根据物体的速度图象可知，物体0-1s内做匀加速合外力做正功，A正确；1-3s内做匀减速合外力做负功。根据动能定理0到3s内，1—2s内合外力做功为零。8.（09年福建卷）21.如图甲，在水平地面上固定一倾角为θ的光滑绝缘斜面，斜面处于电场强度大小为E、方向沿斜面向下的匀强电场中。一劲度系数为k的绝缘轻质弹簧的一端固定在斜面底端，整根弹簧处于自然状态。一质量为m、带电量为q（q0）的滑块从距离弹簧上端为s0处静止释放，滑块在运动过程中电量保持不变，设滑块与弹簧接触过程没有机械能损失，弹簧始终处在弹性限度内，重力加速度大小为g。（1）求滑块从静止释放到与弹簧上端接触瞬间所经历的时间t1（2）若滑块在沿斜面向下运动的整个过程中最大速度大小为vm，求滑块从静止释放到速度大小为vm过程中弹簧的弹力所做的功W；（3）从滑块静止释放瞬间开始计时，请在乙图中画出滑块在沿斜面向下运动的整个过程中速度与时间关系v-t图象。图中横坐标轴上的t1、t2及t3分别表示滑块第一次与弹簧上端接触、第一次速度达到最大值及第一次速度减为零的时刻，纵坐标轴上的v1为滑块在t1时刻的速度大小，vm是题中所指的物理量。（本小题不要求写出计算过程．．．．．．．．．．．．）答案：（1）sin201mgqEmst;（2）)s