内容正文:
专题突破1 运动图像 追及和相遇问题
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1.两种图像比较
突破点一 运动学中的图像问题
教材走向高考
图像 x-t图像 v-t图像
图像实例
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图像 x-t图像 v-t图像
图线
含义 图线①表示质点做匀速直线运动(斜率表示速度v) 图线①表示质点做匀加速直线运动(斜率表示加速度a)
图线②表示质点静止 图线②表示质点做匀速直线运动
图线③表示质点向负方向做匀速直线运动 图线③表示质点做匀减速直线运动
交点④表示此时三个质点相遇 交点④表示此时三个质点有相同的速度
点⑤表示t1时刻质点位移为x1(图中阴影部分的面积没有意义) 点⑤表示t1时刻质点速度为v1(图中阴影部分的面积表示质点在0~t1时间内的位移)
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2.两种图像的四点说明
(1)x-t图像、v-t图像都不是物体运动的轨迹,图像中各点的坐标值x、v与t一一对应。
(2)x-t图像、v-t图像的形状由x与t、v与t的函数关系决定。
(3)无论是x-t图像还是v-t图像,所描述的运动都是直线运动。
(4)时间轴是位移(x-t图像)或速度方向(v-t图像)改变的分界线。
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运动学图像是高考的热点,近几年高考对图像问题的考查很好地体现了“源于教材高于教材”的原则。教材习题的设置以加强基本知识的训练为主,通常以单一研究对象的匀速直线运动或匀加速直线运动为背景,考查位移—时间图像或速度—时间图像的基本信息的应用;而高考命题常以多个物体为研究对象,考查图像的综合应用,有时还会涉及追及相遇问题。下面结合教材习题和高考题,试举两例剖析,望同学们认真体会。
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典例1 [教科版必修1·P26·T1]
在图中,各图像分别表示物体做何种直线运动?
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[答案] 见解析
[解析] 图(a)表示物体先负方向做匀减速直线运动,后正方向做匀加速直线运动;
图(b)表示物体做匀速直线运动;
图(c)表示物体先正方向做匀减速直线运动,后负方向做匀加速直线运动;
图(d)表示物体做变速直线运动。
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典例2 [教科版必修1·P41·T1]
根据如图所示的v-t图像,分析物体在做什么运动,并计算出物体在各时间段内运动的速度和加速度。
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[答案] 见解析
[解析] 先做匀加速直线运动,再做匀速运动,后做匀减速直线运动。0~2 s内:初速度为10 m/s,末速度为30 m/s,加速度为10 m/s2;2~3 s内:速度为30 m/s;3~6 s内:初速度为30 m/s,末速度为0,加速度为-10 m/s2。
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拓展❶ 由单一物体运动的x-t图像拓展为多物体运动x-t图像
(多选)(2018·全国Ⅲ卷)甲、乙两车在同一平直公路上同向运动,甲做匀加速直线运动,乙做匀速直线运动。甲、乙两车的位置x随时间t的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.在t1时刻两车速度相等
B.从0到t1时间内,两车走过的路程相等
C.从t1到t2时间内,两车走过的路程相等
D.在t1到t2时间内的某时刻,两车速度相等
CD
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【真题命题立意】 本题在典例1利用图像信息分析单一物体运动位移和速度的基础上,拓展为两物体的运动信息的比较,考查的核心知识点仍然是x-t图像斜率、交点的意义。
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解析:x-t图像的斜率表示两车速度,则可知t1时刻乙车速度大于甲车速度,A错误;由两图线的纵截距知,出发时甲在乙前面,t1时刻图线相交表示两车相遇,可得0到t1时间内乙车比甲车多走了一段距离,B错误;t1和t2两图线相交,表明两车均在同一位置,从t1到t2时间内,两车走过的路程相等,C正确;在t1到t2时间内,两图线有斜率相等的一个时刻,即该时刻两车速度相等,D正确。
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拓展❷ 由单一物体运动的v-t图像拓展为多物体运动v-t图像
(多选)(2018·全国Ⅱ卷)甲、乙两汽车在同一条平直公路上同向运动,其速度—时间图像分别如图中甲、乙两条曲线所示。已知两车在t2时刻并排行驶,下列说法正确的是( )
A.两车在t1时刻也并排行驶
B.在t1时刻甲车在后,乙车在前
C.甲车的加速度大小先增大后减小