内容正文:
第一章 运动的描述 匀变速直线运动的研究
[考情分析及命题规律解读]
第1讲 运动的描述
[学习目标] 1.了解质点和位移的概念,知道把物体看成质点的条件。2.了解参考系的作用,会在实例中选择合适的参考系。3.掌握速度、加速度的概念,体会比值定义法和极限思想。
课时作业 巩固提高训练
考点一 对质点、参考系、位移的理解
考点二 平均速度 瞬时速度
考点三 加速度
内容索引
考点一 对质点、参考系、位移的理解
一
6
盘点 核心知识
1.质点
(1)用来代替物体的有 的点叫作质点。
(2)研究一个物体的运动时,如果物体的 和 对所研究问题的影响可以忽略,该物体就可以看成质点。
(3)质点是一种理想化模型,实际并不存在。
质量
形状
大小
2.参考系
(1)参考系是描述物体运动时用来作为参考的物体,其可以是运动的物体,也可以是 的物体,但被选为参考的物体,我们都假定它是静止的。
(2)比较两物体的运动情况时,必须选同一 。
(3)选取不同的物体作为参考系,对同一物体运动的描述可能 。通常以 为参考系。
静止
参考系
不同
地面
3.位移和路程
(1)定义:位移表示质点位置的变化,它是质点由 指向
的有向线段;路程等于质点 的长度。
(2)区别:位移是 ,方向由初位置指向末位置;路程是标量,没有 。
(3)联系:在单向直线运动中,位移的大小 路程;其他情况下,位移的大小 路程。
初位置
末位置
运动轨迹
矢量
方向
等于
小于
[判断正误]
1.质点是一种理想化模型,实际并不存在。 ( )
2.参考系必须选择静止不动的物体。 ( )
3.做直线运动的物体,其位移大小一定等于路程。( )
√
×
×
考向1 质点和参考系
[典例1] (2024·浙江1月卷)杭州亚运会顺利举行,如图所示为运动会中的四个比赛场景。在下列研究中可将运动员视为质点的是( )
A.研究甲图运动员的入水动作
B.研究乙图运动员的空中转体姿态
C.研究丙图运动员在百米比赛中的平均速度
D.研究丁图运动员通过某个攀岩支点的动作
提升 关键能力
C
[解析] 研究甲图运动员的入水动作时,运动员
的形状和大小对所研究问题的影响不能够忽略,
此时运动员不能视为质点,故A错误;研究乙图运
动员的空中转体姿态时,运动员的形状和大小对
所研究问题的影响不能够忽略,此时运动员不能
视为质点,故B错误;研究丙图运动员在百米比赛中的平均速度时,运动员的形状和大小对所研究问题的影响能够忽略,此时运动员能视为质点,故C正确;研究丁图运动员通过某个攀岩支点的动作时,运动员的形状和大小对所研究问题的影响不能够忽略,此时运动员不能视为质点,故D错误。
[典例2] 神舟十五号飞船和空间站天和核心舱成功对接后,在轨运行如图所示,则( )
A.选地球为参考系,天和是静止的
B.选地球为参考系,神舟十五号是静止的
C.选天和为参考系,神舟十五号是静止的
D.选神舟十五号为参考系,天和是运动的
C
[解析] 神舟十五号飞船和空间站天和核心舱成功对接后,在轨绕地球做圆周运动,选地球为参考系,二者都是运动的,A、B错误;成功对接后二者相对静止,C正确,D错误。
考向2 位移和路程
[典例3] (2025·福建三明模拟)为推动三明市三沙同城化和区域经济发展,同时对三元区三明东、三明西、三明南、三明北至沙县区沙县、虬江、三明机场3个高速公路收费站,两组之间跨区往返通行的闽G牌照9座以下(含9座)一类小型客车的高速公路通行费用由政府统一支付,车主免费通行。如图是手机导航从沙县机场收费站到三明西收费站的截图,则下列说法正确的是( )
A.“44分钟”指的是时刻
B.这两个收费站间的位移为58 km
C.这两个收费站间的路程为58 km
D.若研究小型客车通过某个隧道的时间,
一定可以把车看成质点
C
[解析] “44分钟”指的是时间,故A错误;这两个收费站间的路程为58 km,故B错误,C正确;若研究小型客车通过某个隧道的时间,若小型客车与隧道的长度相差不是很大,不可以把车看成质点,故D错误。
二
考点二 平均速度 瞬时速度
17
盘点 核心知识
1.平均速度:物体发生的 与发生这段位移所用时间之比,即=,是矢量,其方向就是对应 的方向。
2.瞬时速度:运动物体在 或经过 的速度,是矢量,其方向是物体在这一时刻的运动方向或运动轨迹的 方向。
3.速率: 的大小,是标量。
4.平均速率:物体运动的 与通过这段路程所用时间的比值,
(选填“一定”或“不一定”)等于平均速度的大小。
位移
位移
某一时刻
某一位置
切线
瞬时速度
路程
不一定
[判断正误]
1.瞬时速度的方向就是物体在该时刻或该位置的运动方向。 ( )
2.瞬时速度的大小叫速率,平均速度的大小叫平均速率。 ( )
3.一个物体在一段时间内的平均速度为0,平均速率也一定为0。 ( )
4.在直线运动中,物体的平均速度大小等于平均速率。 ( )
√
×
×
×
考向1 平均速度和瞬时速度的理解
[典例4] (2025·浙江宁波高三月考)平潭海峡公铁两用大桥全长16.34 km,该大桥所处的平潭海峡是世界三大风暴海域之一,以“风大、浪高、水深、涌急”著称。为了保证安全,环境风速超过20 m/s时,列车通过该桥的运行速度不能超过300 km/h。下列说法正确的是( )
A.题目中“全长16.34 km”指的是位移大小
B.“风速超过20 m/s”“不能超过300 km/h”所指的速度均为瞬时速度
C.“风速超过20 m/s”指的是平均速度,“不能超过300 km/h”指的是瞬时速度
D.假设某火车通过该大桥所用时间为0.08 h,则平均速度约为204 km/h
提升 关键能力
B
[解析] 题目中“全长16.34 km”指的是该大桥的长度,即路程,A错误;“风速超过20 m/s”“不能超过300 km/h”均指的是某一时刻的速度,均为瞬时速度,B正确,C错误;由于不知道通过大桥时的位移,所以无法计算平均速度,204 km/h是通过该大桥时的平均速率,D错误。
考向2 平均速度和瞬时速度的计算
[典例5] (多选)如图,气垫导轨上装有两个光电计时装置A与B,A、B间距离为L=30 cm,为了测量滑块的加速度,在滑块上安装了一个宽度为d=1 cm的遮光条。现让滑块以某一加速度通过A、B,记录遮光条通过A、B的时间分别为0.010 s、0.005 s,滑块从A到B所用时间为0.200 s,则下列说法正确的是( )
A.滑块通过A的速度大小为1 m/s
B.滑块通过B的速度大小为2 cm/s
C.滑块在A、B间的平均速度大小为1.5 m/s
D.滑块在A、B间的平均速度大小为3 m/s
AC
[解析] 滑块通过A的速度大小为
vA== m/s=1 m/s,故A正确;
滑块通过B的速度大小为
vB== cm/s=200 cm/s,故B错误;
滑块在A、B间的平均速度大小为
== m/s=1.5 m/s,故C正确,D错误。
1.判断某速度是否为瞬时速度,关键是看该速度是否对应“位置”或“时刻”。
2.求平均速度要找准对应的“位移”和发生这段位移所需的“时间”。
3.=是平均速度的定义式,适用于所有的运动。
方法技巧
三
考点三 加速度
25
1.速度、速度变化量和加速度的比较
盘点 核心知识
比较
项目 速度 速度变化量 加速度
物理
意义 描述物体运动 和方向的物理量 描述物体速度变化的物理量,是过程量 描述物体_________
的物理量
定义式 v= Δv= a= =
快慢
速度变化
快慢
v-v0
比较项目 速度 速度变化量 加速度
决定
因素 v的大小由 、
、Δt决定 Δv由v与v0进行矢量运算得到,由
Δv=aΔt知Δv由
与 决定 a不是由 、Δt、
决定的,而是由 、
决定的,即加速度的决定式是a=
方向 与 方向相同 与 的方向相同 由 的方向决定,而与v0、v的方向无关,与Δv同向
v0
a
a
Δt
v
Δv
F
m
位移
加速度
F
2.对加速度大小和方向的进一步理解
[判断正误]
1.物体的速度为零,加速度可能很大。 ( )
2.物体的速度变化量很大,加速度一定很大。 ( )
3.只要物体的速度变化快,加速度就大。 ( )
4.甲的加速度a甲=2 m/s2,乙的加速度a乙=-2 m/s2,a甲>a乙。( )
5.物体的加速度增大,速度也可能减小。 ( )
√
×
√
×
√
考向1 加速度的理解
[典例6] (2025·重庆缙云教育联盟诊断)下列几种运动中,实际中不可能存在的是( )
A.物体的速率不变,但加速度不为零
B.物体的速度越来越小,加速度越来越大
C.物体的加速度越来越小,速度越来越大
D.物体的加速度不变(不为零),速度也保持不变
提升 关键能力
D
[解析] 物体的速率不变,但加速度不为零是可能的,例如匀速圆周运动,故A可能存在;当加速度与速度反向时,物体做减速运动,速度越来越小,加速度越来越大时,速度减小得越来越快,故B可能存在;当加速度与速度同向时,物体做加速运动,若加速度越来越小,速度增大得越来越慢,但仍增大,故C可能存在;若加速度不为零,则速度一定发生变化,故D不可能存在。
考向2 物体速度变化规律分析
[典例7] (多选)一个物体做变速直线运动,物体的加速度(方向不变)大小从某一值逐渐减小到零,则在此过程中,关于该物体的运动情况的说法可能正确的是( )
A.物体速度不断增大,加速度减小到零时,物体速度最大
B.物体速度不断减小,加速度减小到零时,物体速度为零
C.物体速度减小到零后,反向加速再匀速
D.物体速度不断增大,然后逐渐减小
ABC
[解析] 物体做变速直线运动,若速度方向与加速度方向相同,加速度逐渐减小,速度不断增大,当加速度减小到零时,速度达到最大,而后做匀速直线运动,A正确;若速度方向与加速度方向相反,加速度逐渐减小,速度不断减小,当加速度减小到零时,物体速度可能恰好为零,也可能当速度减为零时,加速度不为零,然后物体反向做加速直线运动,加速度等于零后,物体做匀速运动,B、C正确;物体的速度不断增大,说明加速度方向和速度方向一样,在加速度减小到零的过程中,不可能出现速度减小的情况,D错误。
考向3 加速度的计算
[典例8] 一物体以6 m/s的速度沿一光滑倾斜木板从底端向上滑行,经过
2 s,物体仍向上滑行,速度大小为1 m/s;若增大木板倾角,仍使物体以6 m/s的速度从底端向上滑行,经过2 s,物体向下滑行,其速度大小变为1 m/s。以沿木板向上为正方向,用a1、a2分别表示物体在前后两种情况下的加速度,则以下选项正确的是( )
A.a1=-2.5 m/s2,a2=-2.5 m/s2 B.a1=-3.5 m/s2,a2=-3.5 m/s2
C.a1=-2.5 m/s2,a2=-3.5 m/s2 D.a1=2.5 m/s2,a2=-3.5 m/s2
C
[解析] 物体沿光滑木板向上做匀减速直线运动,根据速度时间关系有a1== m/s2=-2.5 m/s2,a2== m/s2=-3.5 m/s2,故选C。
1.一质点在x轴上运动,初速度v0>0,加速度a>0,在加速度a由零逐渐增大到某一值后再逐渐减小到零的过程中,则该质点( )
A.速度先增大后减小,直到加速度等于零为止
B.速度一直在增大,直到加速度等于零为止
C.位移先增大,后减小,直到加速度等于零为止
D.位移一直在增大,直到加速度等于零为止
B
教参独具
解析:由于加速度的方向始终与速度方向相同,质点速度逐渐增大,当加速度减小到零时,速度达到最大值,A错误,B正确;位移逐渐增大,当加速度减小到零时,速度不再变化,位移将随时间继续增大,C、D错误。
2.如图甲所示,这是我国复兴号高铁,考虑到旅客的舒适程度,高铁出站时,速度在10分钟内由0增大到350 km/h;如图乙所示,汽车以108 km/h的速度行驶,急刹车时能在2.5 s内停下来。若以车辆前进的方向为正方向,下列说法正确的是( )
A.2.5 s内汽车的速度改变量为-30 m/s
B.10分钟内复兴号高铁速度改变量为350 m/s
C.汽车速度变化比复兴号高铁慢
D.复兴号高铁的加速度比汽车的大
A
解析:2.5 s内汽车的速度改变量Δv1=0-v1=-108 km/h=-30 m/s,A正确;10分钟内复兴号高铁速度改变量Δv2=v2-0=350 km/h≈97.2 m/s,B错误;汽车和高铁的加速度大小分别为a1==12 m/s2,a2=≈0.16 m/s2,所以汽车速度变化比高铁快,高铁的加速度比汽车的加速度小,C、D错误。
3.(多选)一物体做匀变速直线运动,某时刻速度大小为 4 m/s,1 s后速度的大小变为10 m/s,在这1 s内该物体的运动情况可能为( )
A.加速度的大小为6 m/s2,方向与初速度的方向相同
B.加速度的大小为6 m/s2,方向与初速度的方向相反
C.加速度的大小为14 m/s2,方向与初速度的方向相同
D.加速度的大小为14 m/s2,方向与初速度的方向相反
AD
解析:以初速度的方向为正方向,若初、末速度方向相同,加速度a== m/s2=6 m/s2,方向与初速度的方向相同,A正确,B错误;若初、末速度方向相反,加速度a== m/s2=-14 m/s2,负号表示方向与初速度的方向相反,C错误,D正确。
四
课时作业 巩固提高训练
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
1.下列说法中正确的是( )
A.足球比赛挑边时,上抛的硬币落回地面猜测正反面,硬币可以看成质点
B.研究乒乓球运动员的发球技术时,乒乓球不能看成质点
C.研究短跑运动员的起跑动作时,可将运动员看成质点
D.研究汽车在上坡时有无翻倒的危险时,可将汽车看成质点
B
A 夯实基础
解析:上抛的硬币落回地面猜测正反面时,硬币不能看成质点,A错误;研究乒乓球运动员的发球技术时,要考虑乒乓球的转动,乒乓球不能看成质点,B正确;研究短跑运动员的起跑动作时,所研究对象的大小和形状不能忽略,故运动员不能看成质点,C错误;研究汽车有无翻倒的危险时,汽车的大小和形状不能忽略,故汽车不能看成质点,D错误。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2.如图为某老师绕学校四百米跑道跑步的轨迹记录图及相关数据。以下说法正确的是( )
A.本次跑步位移大小不超过100 m
B.本次跑步平均速度大小约为 10 km/h
C.6.67公里指的是位移
D.5分54秒表示时刻
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
A
解析:由本次跑步的轨迹可知本次跑步位移大小不超过100 m,故A正确;由于不知道本次跑步的位移大小,故无法计算平均速度,故B错误;6.67公里是运动轨迹的长度,指的是路程,故C错误;平均配速5分54秒表示跑每公里所需时间为5分54秒,5分54秒对应一个过程,指时间间隔,故D错误。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
3.关于加速度的理解,下列说法错误的是( )
A.高速行驶的赛车,加速度可能为零
B.汽车启动的一瞬间,加速度一定不为零
C.汽车启动得越快,加速度越大
D.汽车的加速度为-5 m/s2,表明汽车在做减速运动
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
D
解析:由a=可知,加速度是描述物体运动速度变化快慢的物理量,高速行驶的赛车,若速度不变,则加速度为零,A正确;汽车启动的一瞬间,汽车由静止开始运动,汽车的速度一定产生变化,所以加速度一定不为零,B正确;汽车启动得越快,说明汽车的速度变化越快,加速度越大,C正确;汽车的加速度为-5 m/s2,加速度中的正、负号表示加速度方向,若汽车运动方向与加速度方向相同,汽车做加速运动,若不同,汽车做减速运动,D错误。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
4.(多选)沿直线做匀变速运动的一列火车和一辆汽车的速度分别为v1和v2,v1、v2在各个时刻的大小如表所示。从表中数据可以看出( )
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
AD
t/s 0 1 2 3 4
v1/(m·s-1) 18.0 17.5 17.0 16.5 16.0
v2/(m·s-1) 9.8 11.0 12.2 13.4 14.6
A.火车的速度变化较慢 B.汽车的加速度较小
C.火车的位移在减小 D.汽车的位移在增加
解析:从表格中可得火车的加速度a火== m/s2=-0.5 m/s2,汽车的加速度a汽== m/s2=1.2 m/s2,故火车的加速度较小,即火车的速度变化较慢,A正确,B错误;由于汽车和火车的速度一直为正值,速度方向不变,则位移都增加,C错误,D正确。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
5.杭州湾跨海大桥全长36 km,某次节假日大桥全程限速70 km/h。某人驾驶小型汽车通过大桥全程时用时40 min,则( )
A.“70 km/h”为平均速度
B.计算行车时间时汽车可视为质点
C.此过程中汽车的位移大小为36 km
D.此次驾车过程肯定没有超速行驶
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
B
解析:“70 km/h”为瞬时速度,而不是平均速度,A错误;计算行车时间时,可以忽略汽车的形状和大小,汽车可视为质点,B正确;36 km指的是路程,而不是位移,C错误;汽车过桥的平均速率== km/h=54 km/h,尽管过桥的平均速率小于限速,但无法确定汽车的任何瞬时速度都小于限制速度,即无法确定小车有无超速行驶,D错误。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
6.一架无人机在同一水平面内运动,初始时悬停于空中,开始运动后在5 s内向西沿直线飞行了40 m,之后经过5 s向北沿直线飞行30 m后再次悬停。无人机的运动轨迹俯视图如图所示,则无人机在整个运动过程中( )
A.平均速度大小为5 m/s
B.平均速度大小为7 m/s
C.平均速率为5 m/s
D.平均速率为8 m/s
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
A
解析:连接无人机初、末位置,如图所示,可得无人机的位移为 x= m=50 m,则平均速度大小为v==5 m/s;无人机的路程为s=30 m+40 m=70 m,则平均速率为v'==7 m/s,故选A。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
7.小球正在粗糙水平桌面上做匀减速直线运动,用照相机对着小球每隔0.1 s拍照一次,得到一幅频闪照片,用刻度尺量得照片上小球各位置如图所示,已知照片与实物的比例为1∶10,则小球( )
A.在通过图中8 cm距离内的平均速度是0.2 m/s
B.在通过图中8 cm距离内的平均速度是1.6 m/s
C.通过图中6 cm处的瞬时速度是2.5 m/s
D.通过图中6 cm处的瞬时速度是2 m/s
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
D
解析:照相机每隔0.1 s拍照一次,所以小球通过题图中8 cm距离时所用的时间t=0.4 s,照片与实物的比例为1∶10,所以题图中8 cm对应的实际位移x=80 cm=0.8 m,则小球在通过题图中8 cm距离内的平均速度== m/s
=2 m/s,A、B错误;小球通过题图中6 cm处的瞬时速度可用题图中3.5 cm到7.5 cm这一段位移的平均速度表示,题图中3.5 cm到7.5 cm这一段对应的实际位移x'=40 cm=0.4 m,所用时间t'=0.2 s,所以小球通过题图中6 cm处的瞬时速度v'== m/s=2 m/s,C错误,D正确。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
8.某些汽车品牌会在尾部标明车辆启动加速度,例如55 TFSI(如图),其启动加速度约为0.55g,即5.5 m/s2。如果一辆纯电动汽车从0加速到100 km/h需要1.9 s,那么它的尾部标写的数字约为( )
A.100 B.120
C.150 D.180
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
C
解析:纯电动汽车的加速度为a== m/s2≈15 m/s2,尾部标写的数字约为150,故选C。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
9.我国的某新型潜航器在某次试航中,测试垂直急速下潜、上浮性能,水面舰艇上的测试员发现仪表上显示潜航器在某时刻的速度为负值,加速度也是负值且绝对值不断减小直到为零,则该潜航器的运动情况为( )
A.位移先增大后减小,直到加速度等于零为止
B.位移一直在增大,直到加速度为零为止
C.速度先增大后减小,直到加速度等于零为止
D.速度一直在增大,直到加速度等于零为止
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
D
B 能力提升
解析:速度和加速度均为负值,两者方向相同,速度一直增大,直到加速度等于零为止;在加速度减为零的过程中,位移一直增大,加速度为零时,速度不为零,位移仍在增大,故A、B、C错误,D正确。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
10.在一次蹦床比赛中,运动员从高处自由落下,以大小为8 m/s的竖直速度着网,与网作用后,沿着竖直方向以大小为10 m/s的速度弹回,已知运动员与网接触的时间Δt=1.0 s,那么运动员在与网接触的这段时间内加速度的大小和方向分别为( )
A.2.0 m/s2,竖直向下
B.8.0 m/s2,竖直向上
C.10.0 m/s2,竖直向下
D.18 m/s2,竖直向上
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
D
解析:规定竖直向下为正方向,v1方向与正方向相同,v2方向与正方向相反,根据加速度定义式得 a= m/s2=-18 m/s2,负号表示与正方向方向相反,即加速度方向竖直向上,故选D。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
11.(多选)(2025·陕西渭南第一次质检)一段高速公路上限速120 km/h,为监测车辆是否超速,设置了一些“电子警察”系统,其工作原理如图所示:路面下,距离L埋设两个传感器线圈A和B,当有车辆经过线圈正上方时,传感器能向数据采集器发出一个电信号。若有一辆汽车(在本题中可看成质点)经过该路段,两传感器先后向数据采集器发送信号,时间间隔为Δt,经微型计算机处理后得出该车的速度,若超速,则计算机将控制架设在路面上方的照相机C对汽车拍照,留下违章证据。根据以上信息,下列说法正确的是( )
A.计算汽车速度的表达式v=
B.计算汽车速度的表达式v=
C.若L=5 m,Δt=0.2 s,照相机将会拍照
D.若L=5 m,Δt=0.2 s,照相机不会拍照
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
AD
解析:汽车在Δt时间内通过的距离为L,故汽车速度的表达式为v=,A正确,B错误;若L=5 m,Δt=0.2 s,则汽车的速度为v==25 m/s=90 km/h<120 km/h,未超速,故照相机不会拍照,C错误,D正确。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
12.(10分)让小球从斜面的顶端滚下,如图所示,用闪光照相机拍摄小球在斜面上运动的过程,已知闪频为10 Hz,且O点是0.4 s时小球所处的位置。试根据此图估算:
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
(1)小球从O点到B点的平均速度大小;
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
解析:依题意知,相邻两次闪光的时间间隔
Δt= s=0.1 s。
== m/s=0.8 m/s。
答案:0.8 m/s
(2)小球在A点和B点的瞬时速度大小;
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
解析: 小球在A点的瞬时速度大小
vA==0.8 m/s,
小球在B点的瞬时速度大小
vB== m/s=1.0 m/s。
答案: 0.8 m/s 1.0 m/s
(3)小球运动的加速度大小。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
解析: 由加速度的定义得,小球的加速度大小
a== m/s2=2.0 m/s2。
答案: 2.0 m/s2
$$