2021版高考物理一轮复习 第一章 运动的描述 匀变速直线运动的研究 1 第一节 描述运动的基本概念

第一章运动的描述匀变速直线运动的研究第一节描述运动的基本概念[考点要求]1．参考系、质点(Ⅰ)2.位移、速度和加速度(Ⅱ)3.匀变速直线运动及其公式、图象(Ⅱ)实验一：研究匀变速直线运动[高考导航]【基础梳理】提示：质量大小形状同一不同有向线段直线距离初位置末位置比值ΔxΔt运动快慢ΔvΔt速度变化量【自我诊断】1．判一判(1)研究物体的运动时，不能选择变速运动的物体作为参考系．()(2)研究里约奥运会跳水冠军陈艾森的动作时，不能把运动员看做质点．()(3)在直线运动中，物体的位移大小一定等于其路程．()(4)子弹击中目标的速度属于瞬时速度．()(5)加速度是描述速度变化大小的物理量．()(6)加速度为正值，表示速度的大小一定越来越大．()×√×√××2.做一做(1)(人教版必修1·P18，T3改编)如图所示，小明骑自行车由静止沿直线运动，他在第1s内、第2s内、第3s内、第4s内通过的位移分别为1m、2m、3m、4m，则()A．他4s末的瞬时速度大小为4m/sB．他第2s内的平均速度大小为1.5m/sC．他4s内的平均速度大小为2.5m/sD．他1s末的速度大小为1m/s提示：C(2)2019年台风“利奇马”于8月10日在浙江温岭沿海登陆，给地方造成了极大的破坏，其中心附近最大风速达52m/s(16级风，强台风级)．“利奇马”以25km/h左右的速度向偏北方向移动，强度变化不大．关于上述消息中的“52m/s、25km/h”，下述理解中正确的是()A．分别指平均速度和瞬时速度的大小B．分别指瞬时速度和平均速度的大小C．均指平均速度的大小D．均指瞬时速度的大小提示：选B.根据瞬时速度和平均速度的概念可知，“52m/s”是指某位置的瞬时速度大小；“25km/h”是指平均速度大小．对质点和参考系的理解【知识提炼】1．理想化模型(1)为了使研究的问题得以简化或研究问题方便而进行的一种科学的抽象，实际并不存在．(2)以研究目的为出发点，突出问题的主要因素，忽略次要因素而建立的“物理模型”．2．建立质点模型的两个关键点(1)质点是对实际物体的科学抽象，是研究物体运动时对实际物体进行的近似，真正的质点并不存在．(2)当物体的大小和形状对所研究运动的影响很小，可以忽略不计时，就可将其视为质点．3．参考系的选取原则：以观测方便和使运动的描述尽可能简单为原则．(1)研究地面上物体的运动时，常选地面或相对地面静止的物体作为参考系．(2)研究某一系统中物体的运动时，常选该系统为参考系．例如：研究宇航舱内物体的运动情况时，选取宇航舱为参考系．【跟进题组】1．第32届夏季奥林匹克运动会将于2020年在日本的东京举行．东京成为奥运史上亚洲第一个举办两次奥运会的城市．在评判下列运动员的比赛成绩时，运动员可视为质点的是()解析：选A.马拉松比赛时，由于路程长，运动员的体积可以忽略，可以将其视为质点，故A符合题意；跳水时，评委要关注运动员的动作，所以不能将运动员视为质点，故B不符合题意；击剑时评委需要观察运动员的肢体动作，不能将其视为质点，故C不符合题意；体操比赛时评委主要根据体操运动员的肢体动作进行评分，所以不能将其视为质点，故D不符合题意．2．中国是掌握空中加油技术的少数国家之一．如图所示是我国自行研制的第三代战斗机“歼－20”在空中加油的情景，以下列的哪个物体为参照物，可以认为加油机是运动的()A．“歼－20”战斗机B．地面上的房屋C．加油机中的飞行员D．“歼－20”战斗机里的飞行员解析：选B.加油机相对于“歼－20”战斗机位置不变，以“歼－20”战斗机为参照物，加油机是静止的，故A错误；加油机相对于地面上的房屋位置不断变化，以地面上的房屋为参照物，加油机是运动的，故B正确；加油机相对于加油机中的飞行员位置不变，以加油机中的飞行员为参照物，加油机是静止的，故C错误；加油机相对于“歼－20”战斗机里的飞行员位置不变，以“歼－20”战斗机里的飞行员为参照物，加油机是静止的，故D错误．位移与路程【知识提炼】比较项目位移x路程l决定因素由始、末位置决定由实际的运动轨迹长度决定运算规则矢量的三角形定则或平行四边形定则标量的代数运算大小关系x≤l(路程是轨迹被无限分割后，所分的各小段位移的绝对值的和)【跟进题组】1.如图所示，物体沿两个半径为R的圆弧由A到C，则它的位移和路程分别为()A.5π2R，A指向C；10RB.5π2R，A指向C；5π2RC.10R，A指向C；5π2RD.10R，C指向A；5π2R解析：选C.从A到C的直线距离l＝(3R)2＋R2＝10R，所以位移为10R，从A指向C；从A到C的路程长度为52πR，所以路程为52πR.2．(多选)2019年8月6日第十八届全国大学生机器人大赛机甲大师赛在广东深圳举行，比赛中某机器人在平面内由点(0，0)出发，沿直线运动到点(3，1)，然后又由点(3，1)沿直线运动到点(1，4)，然后又由点(1，4)沿直线运动到点(5，5)，最后又由点(5，5)沿直线运动到点(2，2)，平面坐标系横、纵坐标轴的单位长度为1m．整个过程中机器人所用时间是22s，则下列说法正确的是()A．机器人的运动轨迹是一条直线B．机器人不会两次通过同一点C．整个过程中机器人的位移大小为22mD．整个过程中机器人的位移方向与由点(5，5)运动到点(2，2)的位移方向相反解析：选CD.在坐标系中画出机器人的运动轨迹如图所示，可见其运动轨迹不是一条直线，图线的交点表示机器人两次通过同一点，A、B均错误；整个过程中机器人的位移为从点(0，0)到点(2，2)的有向线段，大小为22m，C正确；(0，0)、(2，2)、(5，5)三个坐标点在一条直线上，故可得出整个过程中机器人的位移方向与由点(5，5)到点(2，2)的位移方向相反，D正确．平均速度与瞬时速度【知识提炼】物理量平均速度平均速率瞬时速度物理意义描述物体在一段时间(或一段位移)内位置改变的平均快慢及方向描述物体沿轨迹运动的平均快慢描述物体在某一时刻(或某一位置)的运动快慢及方向标矢性矢量标量矢量物理量平均速度平均速率瞬时速度大小与方向对应一段位移或一段时间(1)平均速度＝位移时间(2)方向与位移的方向相同(1)平均速率＝路程时间注意：不一定等于平均速度的大小(2)无方向(1)当Δt很小时，v＝ΔxΔt，物体在t时刻的速度大小，叫瞬时速率(2)方向就是物体运动的方向实际应用物理实验中通过光电门测速，把遮光条通过光电门时间内的平均速度视为瞬时速度注意：关于用平均速度法求瞬时速度(1)方法概述：由平均速度公式v－＝ΔxΔt可知，当Δx、Δt都非常小，趋向于极限时，这时的平均速度就可认为是某一时刻或某一位置的瞬时速度．(2)选用思路：当已知物体在微小时间Δt内发生的微小位移Δx时，可由v－＝ΔxΔt粗略地求出物体在该位置的瞬时速度．【跟进题组】1．(多选)“枫叶落秋风，片片枫叶转．”离地10m的枫树树梢上一片枫叶在萧瑟的秋风中颤抖着飘落到地面，完成了它最后叶落归根的使命．若枫叶下落时间为5s，则下列论述中正确的是()A．枫叶下落过程中的平均速度一定是2m/sB．枫叶下落过程中的平均速度可能大于2m/sC．枫叶刚着地时的瞬时速度一定等于2m/sD．枫叶刚着地时的瞬时速度可能等于1m/s解析：选BD.枫叶在秋风的吹动下通常不会沿直线下落到地面，也就是说枫叶的位移大小大于10m，由于枫叶的下落时间为5s，由平均速度的定义式v＝ΔxΔt可知，A错误，B正确；而枫叶的“飘落”是难以确定的变速运动，它运动的速度常常会时大时小，变幻莫测，故C错误，D正确．2.(多选)2019年达喀尔拉力赛中，如图所示为某选手在一次训练中的路线图，他先用地图计算出出发地A和目的地B的直线距离为9km，实际从A运动到B用时5min，赛车上的里程表指示的里程数增加了15km，当他经过某路标C时，车内速度计指示的示数为150km/h，那么可以确定的是()A．整个过程中赛车的平均速率大小为108km/hB．整个过程中赛车的平均速度大小为108km/hC．赛车经过路标C时的瞬时速度大小为150km/hD．赛车经过路标C时速度方向为由A指向B解析：选BC.从A到B位移为9km，路程为15km，用时112h，可得整个过程的平均速率为180km/h、平均速度大小为108km/h，故A错、B对；速度计显示的是瞬时速度大小，故C对；赛车经过路标C时的速度方向为沿运动轨迹在C点的切线方向，故D错．3.(2020·北京西城区模拟)用如图所示的计时装置可以近似测出气垫导轨上滑块的瞬时速度．已知固定在滑块上遮光条的宽度为4.0mm，遮光条经过光电门的遮光时间为0.040s，则滑块经过光电门位置时的速度大小为()A．0.10m/sB．100m/sC．4.0m/sD．0.40m/s解析：选A.遮光条经过光电门的遮光时间很短，所以可以把遮光条经过光电门的平均速度当做滑块经过光电门位置时的瞬时速度，即v＝dt＝4.0×10－30.040m/s＝0.10m/s，A正确．加速度【知识提炼】1．速度、速度变化量和加速度的对比比较项目速度速度变化量加速度物理意义描述物体运动快慢和方向的物理量，是状态量描述物体速度改变的物理量，是过程量描述物体速度变化快慢和方向的物理量，是状态量定义式v＝ΔxΔtΔv＝v－v0a＝ΔvΔt＝v－v0t比较项目速度速度变化量加速度决定因素v的大小由v0、a、Δt决定由a与Δt决定(Δv＝aΔt)由F、m决定(a不是由v、t、v0决定的)方向与位移同向，即物体运动的方向由a的方向决定与Δv的方向一致，由F的方向决定，与v0、v的方向无关2.判断质点做加速直线运动或减速直线运动的方法【典题例析】为了测定气垫导轨上滑块的加速度，滑块上安装了宽度为L＝3.0cm的遮光板，如图所示，滑块在牵引力作用下先后匀加速通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为Δt1＝0.30s，通过第二个光电门的时间为Δt2＝0.10s，遮光板从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间间隔为Δt＝3.0s．试估算：(1)滑块的加速度大小(保留2位有效数字)；(2)两个光电门之间的距离．[解析](1)遮光板通过第一个光电门的速度大小v1＝LΔt1＝3.0×10－20.30m/s＝0.10m/s遮光板通过第二个光电门的速度大小v2＝LΔt2＝3.0×10－20.10m/s＝0.30m/s故滑块的加速度大小a＝v2－v1Δt＝0.30－0.103.0m/s2≈0.067m/s2.(2)两个光电门之间的距离x＝v1＋v22Δt＝0.10＋0.302×3.0m＝0.6m.[答案](1)0.067m/s2(2)0.6m【迁移题组】迁移1加速度与速度及速度变化量之间的制约关系1．关于速度、速度的变化量和加速度，下列说法正确的是()A．物体运动的速度变化量越大，它的加速度一定越大B．速度很大的物体，其加速度可能为零C．某时刻物体的速度为零，其加速度不可能很大D．加速度很大时，物体运动的速度一定很快变大解析：选B.由a＝ΔvΔt可知，在Δv很大但不知道Δt的大小时，无法确定加速度的大小，故A错误；高速匀速飞行的战斗机，速度很大，但速度不变化，加速度为零，故B正确；炮筒中的炮弹，在火药刚刚燃烧的时刻，炮弹的速度为零，但加速度很大，故C错误；加速度很大，说明速度变化很快，速度可能很快变大，也可能很快变小，故D错误．迁移2加速度的计算2．如图所示，子弹和足球的初速度均为v1＝10m/s，方向向右．设它们分别与木板作用的时间都是0.1s，那么：(1)子弹击穿木板后速度大小变为7m/s，求子弹击穿木板时加速度大小及方向；(2)足球与木板作用后反向弹回的速度大小为7m/s，求足球与木板碰撞反弹时的加速度大小及方向．解析：(1)设子弹初速度方向为正方向，则知子弹的初速度v1＝10m/s，末速度v2＝7m/s，根据加速度的定义知，此过程中子弹的加速度a1＝7－100.1m/s2＝－30m/s2，负号表示加速度的方向与初速度的方向相反．(2)设足球初速度方向为正方向，则