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前(头)几秒内,后几秒内、第几秒内时间一段时间,两时刻间隔标量过程量位移位移表示质点的位置变化的物理量矢量方向:
由初位置指向末过程量与时间相对应位移是矢量,是由初位置指向末位置的有向线段;
路程是质点运动所通过的实际轨迹的长度。
一般情况下,路程不等于位移的大小,只有在单向和路程位置直线运动中,路程才等于位移的大小路程质点运动轨迹的长度标量过程量与时间相对应速度瞬时速度运动物体在某一时刻(或某一位置)的速度矢量方向:
物体的运动方向状态量与时刻相对应平均速度是指质点通过的总位移与所用时间的比值,是矢量,方向与位移的方向相同;
表示运动物体在某一段时间内的平均快慢程度,只能粗略地描述物体的运动。
做变速运动的物体,不同时间(或不同位移)内的平均速度一般是不同的,因此,平均速度必须指明是对哪段时间(或哪段位移)而言的。
瞬时速度可以精确地描述物体的运动,在公式中,如果时间t非常短,接近于零,表示的是某一瞬时,这时的速度称为瞬时速度。
平均速率是指质点通过的总路程与所用时间的比值,是标量。
平均速度物体的位移与发生这段位移所用时间的比值,矢量方向:
与物体位移方向相同。
过程量与时间相对应平均速率质点通过的总路程与所用时间的比值标量过程量与时间相对应【高清课程:
描述直线运动的概念的规律】要点三、加速度的物理意义要点诠释:
11、定义物体速度的变化与完成这一变化所用时间的比值,叫做物体的加速度,用a来表示,即0vvvatt,式中v表示速度的变化量,0v表示开始时刻的速度(初速度),v表示经过一段时间t后末了时刻的速度(末速度)22、物理意义加速度是表示速度变化快慢的物理量。
33、单位在国际单位制中,加速度的单位是2m/s,读作米每二次方秒。
44、矢量加速度是矢量,它的方向同速度变化的方向。
55、速度、速度的变化、加速度的区别与联系物理量公式物理意义区别与联系速度xvt也称为位置变化率,描述物体运动快慢的物理量,是运动状态量,对应于某一时刻(或某一位置)的运动快慢和方向。
加速度a与速度v无直接联系,与v也无直接联系,v大,a不一定大;
v大,a也不一定大。
速度的变化0vvv描述速度改变的物理量,是运动过程量,对应于某一段时间(或发生某一段位移),若取0v为正,则0v表示速度增加,0v表示速度减小,0v表示速度不变。
加速度0vvvatt也称为速度变化率,表示在单位时间内的速度变化量,反映了速度变化的快慢及方向。
描述直线运动的概念的规律】要点四、匀变速直线运动及其规律要点诠释:
11.匀变速直线运动定义:
在任意相等的时间内,速度的变化都相等的直线运动。
特点:
a恒定不变对于做匀变速运动的质点,当质点的加速度与速度方向相同时,表示质点做加速运动;
当质点的加速度与速度方向相反时,表示质点做减速运动。
22.匀变速直线运动的规律
(1)基本规律速度公式0vvat位移公式2220001222vvxvtatvvaxxvtt说明:
a、以上四式只适用于匀变速直线运动;
b、式中0v、v、a和x均为矢量,应用时要规定正方向,凡是与正方向相同者取正值,相反者取负值(通常将0v的方向规定为正方向),所求矢量为正值表示与正方向相同,为负者表示与正方向相反。
(2)一些有用的推论a.做匀变速直线运动的物体,在任何两个连续相等的时间内的位移的差是一个恒量:
2xaTb.做匀变速直线运动的物体,在某段时间内的平均速度,等于该段时间的中间时刻的瞬时速度:
0t22vvvvc.做匀变速直线运动的物体,在某段位移中点的瞬时速度22022xvvvd.初速度为零的匀变速直线运动①前1秒、前2秒、前3秒内的位移之比为1∶4∶9∶②第1秒、第2秒、第3秒内的位移之比为1∶3∶5∶③前1米、前2米、前3米所用的时间之比为1:
2:
3:
④第1米、第2米、第3米所用的时间之比为1:
(21):
(32):
要点五、自由落体运动及其规律要点诠释:
1、自由落体运动
(1)定义:
物体只在重力作用下,从静止开始下落的运动
(2)特点:
初速度v0=0,加速度a=g的匀加速直线运动2、自由落体的运动规律(说明:
只需将v0=0,a=g代入匀变速直线运动的公式中即可)
(1)基本规律速度公式:
vgt位移公式:
22122hgtvgh
(2)自由落体运动的有关推论:
中间时刻的瞬时速度22tvvv连续相等时间间隔内的位移之差是2xgT前1秒、前2秒、前3秒内的位移之比为1∶4∶9∶第1秒、第2秒、第3秒内的位移之比为1∶3∶5∶前1米、前2米、前3米所用的时间之比为1:
第1米、第2米、第3米所用的时间之比为1:
要点六、质点运动规律的图象描述要点诠释:
用图象表述物理规律是物理学中常用的一种处理方法,图象具有简明、直观等特点.对于物理图象需要从图象上的轴、点、线、面、斜率、截距等方面来理解它的物理意义,因为不同的物理函数图象中,这几方面所对应的物理意义不同。
11、位移时间图象(xx--tt图象)
(1)物理意义:
表示质点位移随时间变化的关系图象注意:
位移图象不是质点运动轨迹。
(2)从图象可获得的信息a.位移与时刻的对应关系;
图象与位移轴的交点表示物体的初位移,两条图象的交点表示两质点相遇。
b.图象的斜率表示速度的大小和方向(斜率的正负表示速度的方向)。
c.判断物体的运动性质:
图象与时间轴平行表示物体静止;
若位移图象是倾斜的直线,表示物体做匀速直线运动;
若位移图象是曲线,表示物体做变速运动。
22、速度时间图象(vv--tt图象)
(1)物理意义:
反映质点速度随时间变化的关系图象。
(2)从图象可获得的信息a.瞬时速度与时刻的对应关系;
图象与v轴的交点表示初速度,两条图象交点表示速度相等;
根据速度的正负判断运动的方向,速度为正,表示物体沿正方向运动;
速度为负,表示物体沿负方向运动。
注意:
v-t图象相交的点不是质点相遇的点(只有从同一地点出发,且面积代数累计相等时,质点才会相遇)。
b.判断物体运动的性质:
在v-t图象中,平行于时间轴的直线表示匀速直线运动;
和时间轴重合的直线表示静止;
倾斜的直线表示匀变速直线运动;
曲线表示变加速直线运动。
c.速度图象的斜率表示加速度的大小和方向(斜率的正负表示加速度的方向)d.速度图象和时间轴所围成的面积表示位移的大小,且t轴上方取正值,t轴下方取负值,总位移为其代数和。
要点七、用打点计时器测速度和加速度要点诠释:
11、用打点计时器测速度打点计时器是记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器。
电磁打点计时器的工作电压为交流4~6V,电火花计时器的工作电压为交流220V,当电源频率为50Hz时,它们每隔0.02s打一个点。
在纸带上打点后,用txv即可求得包含测量点在内的两点间的平均速度。
若两点离得较近,便可将此平均速度作为该测量点的瞬时速度。
22、用打点计时器测加速度
(1)判定被测物体的运动是否为匀变速直线运动的方法:
可以计算出相邻相等时间内的位移差x2-x1、x3-x2、x4-x3、如果它们在允许的误差范围内位移差相等,则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动.
(2)求瞬时速度v的方法:
若纸带做匀变速直线运动,可利用平均速度公式2txvvt求解。
如:
232xxvcT(3)求加速度a的方法-22(-)xxxmnaaTmnT或①利用任意两段相邻记数点间的位移差求解。
②逐差法求解。
如从纸带上得到6个相邻相等时间内的位移,则4561232()()9xxxxxxaT③利用v-t图线求a:
求出A、B、C、D、E、F各点的即时速度,画出v-t图线(如图所示),图线的斜率就是加速度a。
(4)注意事项①实验中应先根据测量和计算得出的各x判断纸带是否做匀变速直线运动,根据估算,如果各x差值在5%以内,可认为它们是相等的,纸带做匀变速直线运动。
②每打好一条纸带,将定位轴上的复写纸换个位置,以保证打点清晰,同时注意纸带打完后及时断开电源。
③应区别计时器打出的点与人为选取的计数点,不可混淆。
④不要分段测量各段位移,应一次测量完毕(可先统一量出到点O之间的距离),读数时应估读到毫米下一位。
【典型例题】类型一、位移和路程的区别和联系例例1、一个电子在匀强磁场中沿半径为R的圆周运动。
转了3圈回到原位置,运动过程中位移大小的最大值和路程的最大值分别是()A.2R,2R;
B.2R,6R;
C.2R,2R;
D.0,6R。
【思路点拨】注意本题强调的是最大值。
【答案】B【解析】位移的最大值应是2R,而路程的最大值应是6R。
即B选项正确。
【点评】位移是表示质点位置变化的物理量,它是由质点运动的起始位置指向终止位置的矢量。
而路程是质点运动路线的长度,是标量。
只有做直线运动的质点始终朝着一个方向运动时,位移的大小才与运动路程相等。
举一反三【变式】已知物体t时刻的末位置Q,要完全确定该物体在t=0时的初位置P,还必须知道()A.位移B.路程C.平均速率D.平均速度【答案】A【解析】从t=0时刻的初位置P经过t时间运动到末位置Q,全过程位移是唯一确定的,即从P到Q的有向线段.故若已知末位置Q,只有知道位移才能够确定物体在t=0时刻的初位置P.类型二、瞬时速度和平均速度的区别和联系例例2、甲、乙两辆汽车沿平直公路从某地同时驶向同一目标,甲车在前一半时间内以速度V1做匀速直线运动,后一半时间内以速度V2做匀速直线运动;
乙车在前一半路程中以速度V1做匀速直线运动,后一半路程中以速度V2做匀速直线运动,则()A.甲先到达B.乙先到达C.甲、乙同时到达D.不能确定【思路点拨】根据平均速度的定义列出时间t的表达式即可。
【答案】A【解析】设甲、乙车从某地到目的地距离为x,则对甲车有:
122xtVV甲对于乙车有:
121212()222VVxxxtVVVV乙所以22121)(4VVVVtt乙甲由数学知识知212214)(VVVV,故tt甲乙【点评】瞬时速度是运动物体在某一时刻或某一位置的速度,而平均速度是指运动物体在某一段时间t或某段位移x的平均速度,它们都是矢量。
当0t时,平均速度的极限,就是该时刻的瞬时速度。
同时要注意数学不等式2()4abab的应用。
类型三、速度、速度的变化和加速度的区别和联系例例3、下列所描述的运动中,可能的有()A.速度变化大,加速度很小B.速度变化方向为正,加速度方向为负C.速度越来越大,而加速度越来越小D.速度变化越来越大,而加速度越来越小【思路点拨】速度与加速度没有必然联系;
速度变化越快,加速度越大。
【答案】ACD【解析】加速度的概念:
加速度是描述速度变化快慢的物理量(vat),加速度的方向始终与速度变化的方向一致,因此B是错误的;
质点是否做加速直线运动不是由加速度大小和如何变化决定的,而是由加速度方向与速度方向共同决定的。
当加速度方向与质点运动方向一致时,不论加速度大小如何变化,质点的速度都将是越来越大.因此,A、C、D都是正确的.【点评】加速度是描述速度变化的快慢和方向的物理量,是速度的变化和所用时间的比值,加速度的大小和方向与速度的大小和方向没有必然的联系。
只要速度在变化,无论速度多小,都有加速度;
只要速度不变化,无论速度多大,加速度总是零;
只要速度变化快,无论速度是大、是小或是零,物体的加速度就大。
加速度的与速度的变化v也无直接关系。
物体有了加速度,经过一段时间速度有一定的变化,因此速度的变化v是一个过程量,加速度大,速度的变化v不一定大;
反过来,v大,加速度也不一定大。
举一反三【变式】有下列几种情景,请根据所学知识选择对情景的分析和判断正确的说法()①点火后即将升空的火箭②高速公路上沿直线高速行驶的轿车为避免事故紧急刹车③运动的磁悬浮列车在轨道上高速行驶④太空的空间站在绕地球做匀速转动A.①因火箭还没运动,所以加速度一定为零B.②轿车紧急刹车,速度变化很快,所以加速度很大C.③高速行驶的磁悬浮列车,因速度很大,所以加速度很大D.④尽管空间站匀速转动,加速度也不为零【答案】BD【解析】判断加速度是否存在的依据是看合外力是否为零或看速度变化的快慢,而不是看速度大小,所以选项B正确.一个物体运动速度大,但速度不发生变化,如匀速直线运动,它的加速度为零,所以选项C错误.曲线运动的速度方向发生了变化,速度就发生了变化,所以一定有加速度,选项D正确.点火后虽然火箭速度为零,但由于合外力很大而具有很大的加速度,所以选项A错误.类型四、应用运动图象解决质点运动问题例例4、一物体自t=0时开始做直线运动,其速度图线如图所示。
下列选项正确的是()A.在06s~内,物体离出发点最远为30mB.在06s~内,物体经过的路程为40mC.在04s~内,物体的平均速率为7.5m/sD.在04s~内,物体的位移为50m【思路点拨】速度图线中,速度可以直接从纵坐标轴上读出,其正、负就表示速度方向,位移为速度图线下的面积,在坐标轴下方的面积为负.【答案】BC【解析】速度图线中,速度可以直接从纵坐标轴上读出,其正、负就表示速度方向,位移为速度图线下的面积,在坐标轴下方的面积为负。
对A,05s,物体向正向运动,56s向负向运动,故5s末离出发点最远,A错对B,由面积法求出05s的位移s1=35m,56s的位移s2=-5m,总路程为40m,B对对C,由面积法求出04s~的位移s=30m,平度速度为:
v=s/t=7.5m/s,C对,D错【点评】运动图象包括速度图象和位移图象,要能通过坐标轴及图象的形状识别各种图象,知道它们分别代表何种运动,注意速度图象和位移图象斜率的物理意义不同,x-t图象的斜率为速度,而v-t图象的斜率为加速度,图线和t轴所围的面积表示物体的位移。
举一反三【变式1】龟兔赛跑的故事流传至今,按照龟兔赛跑的故事情节,兔子和乌龟的位移图象如图所示,下列关于兔子和乌龟的运动正确的是()A.兔子和乌龟是同时从同一地点出发的B.乌龟一直做匀加速运动,兔子先加速后匀速再加速C.骄傲的兔子在T4时刻发现落后奋力追赶,但由于速度比乌龟的速度小,还是让乌龟先到达预定位移S3D.在0~T5时间内,乌龟的平均速度比兔子的平均速度大【答案】D【解析】从图中看出,0T1这段时间内,兔子没有运动,而乌龟在做匀速运动,所以A选项错;
乌龟一直做匀速运动,兔子先静止后匀速再静止,所以B选项错;
在T4时刻以后,兔子的速度比乌龟的速度大,所以C选项错;
在0~T5时间内,乌龟位移比兔子的位移大,所以乌龟的平均速度比兔子的平均速度大,即D选项正确。
【变式2】一质点从A点开始运动,沿直线运动到B点停止,在运动过程中,物体能以a1=6.4m/s2的加速度加速,也能以a2=1.6m/s2的加速度减速,也可以做匀速直线运动.若AB间的距离为1.6km,质点应该怎样运动,才能使它的运动时间最短,最短时间为多少?
【答案】先匀加速运动,再匀减速运动50s【解析】根据题意,质点运动方式可能有:
①先做一段时间的匀加速运动,中间经历一段时间的匀速直线运动,最后做匀减速运动至B点速度正好为零.②中间不经历匀速运动,先匀加速一段时间,后做匀减速运动停在B点.分别作出两种运动的v-t图象,考虑到位置相等(两斜线部分的面积应相等).从图中容易看出第二种运动方式时间最短.由图中可看出t1、t2两段时间内的平均速度为0v/2,则01020222vtvtvt又因为:
01122vatat有:
012010221112212vaavavaaataataat和v0=1212aaaa.所以:
t=312122()21.610(1.66.4)1.66.4saaaa=50s故应先匀加速运动,再匀减速运动;
最短时间为50s.类型五、应用匀变速直线运动的规律解决问题例例5、一质点做匀变速直线运动,从A至B用了5s,其中前三秒的位移为18m,后三秒的位移为24m,求质点通过A点和B点的瞬时速度及质点在每一秒内的位移。
【思路点拨】画出运动示意图,根据运动学公式即可求出。
【答案】A4.5m/svB9.5m/sv5m6m7m8m9m【解析】在求解运动问题时应根据题意画出运动的示意图。
利用所给的条件,可以很容易地求出前三秒的平均速度为6m/s,即为前三秒的中间时刻vC的瞬时速度,C6m/sv。
后三秒的平均速度为8m/s,为后三秒的中间时刻vD的瞬时速度D8m/sv由题意可知自C至D所用时间为2s,速度变化2m/sv。
质点的加速度2a1m/svt由AC,历时1.5s,速度应增加1.5m/s,故A4.5m/sv由DB,历时也为1.5s,速度也增加1.5m/s,故B9.5m/sv质点在第一秒内的位移22IA11tat4.51115m22xv又22aT111mx。
第二秒位移为6m,第三秒位移为7m,第四秒位移为8m,第五秒位移为9m。
【点评】做匀变速直线运动的物体在整个运动过程中的加速度始终保持不变,不仅加速度的大小不变,而且方向也不变。
我们在学习过程中要把握住匀变速直线运动的特点,利用规律处理实际问题。
在处理问题中,要注意一题多解,例如本题由于应用了匀变直线运动的平均速度等于中间时刻的瞬时速度这一关系,大大简化了运算过程。
如果套用运动学三公式,则因未知数较多,求解过程将较繁杂。
举一反三:
描述直线运动的概念的规律535页例题】【变式1】骑自行车的人以5m/s的初速度冲上斜坡,作匀减速运动,加速度大小是0.4m/s2,经过多长时间骑车人的速度减为零?
经过10s,在斜坡上通过多长距离?
【答案】12.5s30m【变式2】某矿井的升降机,由井底从静止开始做匀加速直线运动,经过5秒钟速度达到5m/s,又匀速上升了30s钟,最后8s钟做匀减速运动停在井口。
求矿井的深度?
【答案】182.5m类型六、自由落体运动例例6、如图所示,悬挂的直杆AB长为L1,在其下L2处,有一长为L3的无底圆筒CD,若将悬线剪断,则直杆穿过圆筒所用的时间为多少?
【思路点拨】画好运动的示意图是关键。
【答案】12322()2LLLLtgg【解析】直杆穿过圆筒所用的时间是从杆B点落到筒C端开始,到杆的A端落到D端结束。
设杆B落到C端所用的时间为t1,杆A端落到D端所用的时间为t2,由位移公式221gth得:
gLt212,gLLLt)(23212所以,gLgLLLttt2321122)(2【点评】自由落体运动是初速度为零的匀变速直线运动,画出运动示意图,且从下落起点开始列式计算往往比较简单。
举一反三【变式】一个物体从塔顶上下落,在到达地面前最后1s内通过的位移是整个位移的9/25,求塔高。
(g取10m/s2)【答案】125m类型七、匀减速直线运动问题的处理例例7、汽车以20m/s的速度做匀速运动,某时刻关闭发动机而做匀减速运动,加速度大小为5m/s2,则它关闭发动机后通过x=37.5m所需的时间为()A.3sB.4sC.5sD.6s【思路点拨】注意刹车陷阱【答案】A【解析】设汽车初速度的方向为正方向,即20V20m/s,a5m/s,s37.5m-则由位移公式2021attVs得:
5.37521202tt解得:
t1=3s,t
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