内容正文:
核心素养测评
(40分钟 70分)
四 运动图像
【基础巩固练】
1.(6分)(体育运动)(2024·重庆选择考)如图所示,某滑雪爱好者经过M点后在水平雪道滑行。然后滑上平滑连接的倾斜雪道,当其达到N点时速度为0,水平雪道上滑行视为匀速直线运动,在倾斜雪道上的运动视为匀减速直线运动。则M到N的运动过程中,其速度大小v随时间t的变化图像可能是( )
【解析】选C。滑雪爱好者在水平雪道上做匀速直线运动,滑上平滑连接(没有能量损失,速度大小不变)的倾斜雪道,在倾斜雪道上做匀减速直线运动。
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2.(6分)(体育运动)(2024·河北选择考)篮球比赛前,常通过观察篮球从一定高度由静止下落后的反弹情况判断篮球的弹性。某同学拍摄了该过程,并得出了篮球运动的v-t图像,如图所示。图像中a、b、c、d四点中对应篮球位置最高的是( )
A.a点 B.b点 C.c点 D.d点
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【解题指南】结合速度随时间的变化判断运动特点,在v-t图像中图像与坐标轴围成的面积表示位移,分析上升的高度。
【解析】选A。由图像可知,图像第四象限表示向下运动,速度为负值。当向下运动到速度最大时篮球与地面接触,运动发生突变,速度方向变为向上并做匀减速运动。故第一次反弹后上升至a点,此时速度第一次向上减为零,到达离地面最远的位置。故四个点中篮球位置最高的是a点,故选A。
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3.(6分)(2025·河南适应性演练)某运动员参加百米赛跑,起跑后做匀加速直线运动,一段时间后达到最大速度,此后保持该速度运动到终点。下列速度—时间(v-t)和位移—时间(x-t)图像中,能够正确描述该过程的是( )
【解析】选B。因为v-t图像的斜率表示加速度,由速度与时间关系可知v=at,则匀加速阶段为一条倾斜直线,匀速阶段为一条平行于时间轴的直线,故A错误,B正确;根据位移与时间的关系x=at2,可知x-t图像在匀加速阶段为开口向上的抛物线,匀速阶段为一条倾斜直线,故C、D错误,故选B。
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4.(6分)一质点从静止开始做直线运动,其a-t图像如图所示,则下列说法正确的是( )
A.质点在1~4 s内做匀速直线运动
B.质点在1~4 s内的位移大小等于30 m
C.质点第1 s末的速度大小为4 m/s
D.质点在第1.2 s末的运动方向与第1 s末相反
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【解析】选B。由图像可知,1~4 s内质点加速度a恒定不为零,即做匀变速直线运动,故A错误;由图像可知,a-t图像与时间轴所围面积表示速度改变量,则第1 s末的速度v-0=×1=-2 m/s
则第1 s末的速度大小为2 m/s;1~4 s内位移
x=-2×3 m+×8×32 m=30 m
故B正确,C错误;第1.2 s末的速度为
v'=v+at=(-2+8×0.2) m/s=-0.4 m/s
故质点在第1.2 s末的运动方向与第1 s末相同,故D错误。
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5.(6分)(2025·许昌模拟)“笛音雷”是某些地区春节期间常放的一种鞭炮,其着火后一段时间内的速度—时间图像如图所示(取竖直向上为正方向),其中t0时刻为“笛音雷”起飞时刻,DE段是斜率大小为重力加速度g的直线。不计空气阻力,则关于“笛音雷”的运动,下列说法正确的是( )
A.“笛音雷”在t2时刻上升至最高点
B.t3~t4时间内“笛音雷”做自由落体运动
C.t0~t1时间内“笛音雷”的平均速度小于
D.t1~t2时间内“笛音雷”的加速度先减小后增大
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【解析】选C。由题图可知,t0~t4时间内“笛音雷”的速度一直为正值,表明其速度方向始终向上,可知“笛音雷”在t2时刻并没有上升至最高点,上升至最高点应该在t4时刻之后,故A错误;t3~t4时间内“笛音雷”速度方向向上,图像斜率为一恒定的负值,表明这一段时间内“笛音雷”在向上做竖直上抛运动,其加速度就是重力加速度,故B错误;将A、B用直线连起来,该直线代表匀加速直线运动,其平均速度为=
而AB线段与横轴所围的面积大于AB曲线与横轴所围的面积,该面积表示位移,根据=可知,AB线段代表的匀加速直线运动的平均速度大于AB曲线代表的变加速直线运动的平均速度,即t0~t1时间内“笛音雷”的平均速度小于,故C正确;根据v-t图像中图线的切线斜率表示加速度,可知t1~t2时间内“笛音雷”的加速度逐渐减小,故D错误。
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6.(6分·多选)(2025·德州模拟)甲、乙两质点沿同一直线运动,其中甲做匀变速直线运动,乙以大小为5 m/s 的速度做匀速直线运动,在t=3 s时,两质点相遇,它们的位置随时间变化及相遇时切线数据如图所示,在0~3 s时间内,下列判断正确的是( )
A.相遇时甲质点的速度大小为3 m/s
B.甲质点的初速度大小为7 m/s
C.甲质点的加速度大小为2 m/s2
D.在t=1.5 s时,甲、乙两质点相距最远
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【解析】选B、C。图像斜率表示速度,则相遇时甲质点的速度大小为
v3= m/s=1 m/s
故A错误;设甲初速度为v0,加速度大小为a,有v3=v0-a×3 s
x=3v0-a×(3 s)2=3×5 m-3 m
解得v0=7 m/s,a=2 m/s2
故B、C正确;甲、乙速度相等时,两质点相距最远,有v0-2 m/s2×t=v
解得t=1 s,故D错误。
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【综合应用练】
7.(6分·多选)(2025·成都模拟)一辆警车沿平直街道以10 m/s 的速度匀速巡逻,通过O点时,发现前方某处有警情,立即前往处理。警车加速度a随警车到O点的距离x变化的关系如图所示,且警车速度为0时刚好到达警情发生处。下列说法正确的是( )
A.在距离O点0~30 m范围内,警车做匀减速直线运动
B.警车速度大小再次为10 m/s时,其到O点的距离为60 m
C.警情发生处到O点的距离为(30+20) m
D.警车距离O点30 m时有最大速度10 m/s
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【解析】选B、C。由a-x图像可知随着位移增大,加速度逐渐减小,则0~30 m内,警车做变加速直线运动,故A错误;由速度—位移关系v2-=2ax得ax=
即a-x图像与横轴围成的面积代表,因v0=10 m/s则图像面积(图中横轴上下两个三角形面积)等于零时,末速度为10 m/s,由图可得位移为60 m,故B正确;a-x图像与横轴夹角的正切值tanθ=
设警情发生处到O点的距离为x0,到达警情发生处速度为0,a-x图像与横轴围成的面积代表,即×10×30 m2/s2-(x0-30)(x0-30)tanθ m2/s2= 解得x0=(30+20) m
故C正确;由a-x图像与横轴围成的面积的意义可知,面积为正的最大时,末速度最大,即在警车距离O点为30 m时的速度最大,有= m2/s2 解得vmax=20 m/s 故D错误。
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8.(6分)两辆汽车A、B从同一地点同时出发,且沿同一方向做直线运动,它们的速度的平方(v2)随位移(x)的变化图像如图所示,则下列判断错误的是( )
A.汽车A的初速度大小为6 m/s
B.汽车A、B在x=6 m处的速度大小为2 m/s
C.汽车B的加速度大小为2 m/s2
D.汽车A经过3 s速度减为零
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【解析】选C。根据匀变速直线运动速度与位移关系式有v2-=2ax
则有v2=+2ax
根据A图像可知=36 m2/s2
所以汽车A的初速度大小为6 m/s,故A正确,不符合题意;根据上述可知,v2-x图像的斜率的绝对值表示加速度的2倍,则由A的图像有2a1= m/s2
可得汽车A的加速度大小为a1=2 m/s2
由B的图像有2a2= m/s2
可得汽车B的加速度大小为a2=1 m/s2
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故C错误,符合题意;由图可知,汽车A、B在x=6 m 处的速度大小相等,对B的图像分析,结合上述,根据匀变速直线运动的规律可知v2=2a2x
解得在x=6 m处速度大小为2 m/s,故B正确,不符合题意;结合上述,由A的图像可知,汽车A做初速度为6 m/s、加速度大小为2 m/s2的匀减速直线运动,设汽车A经过t0时间速度减为零,由运动学公式可得v0-a1t0=0
代入数据可得t0=3 s
D正确,不符合题意。
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9.(6分)(2024·常德模拟)在飞机降落过程中,利用传感器得到飞机从接触平直跑道到最终停止在跑道上的过程中,飞机的-关系图像,如图所示,则下列说法中不正确的是( )
A.飞机先做匀速直线运动,后做匀减速直线运动
B.飞机刚接触平直跑道时的速度为75 m/s
C.图中b数值为
D.飞机从刚接触平直跑道到最终停止在跑道上的过程中运动的位移为1.5 km
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【解析】选D。由匀速直线运动x=v0t得=v0,由匀变速直线运动的位移公式x=v0t+at2,得=v0+a,结合题图知飞机先做匀速直线运动,后做匀减速直线运动,故A正确;由图像交点可得=- m/s2、v0= m/s
解得a=-1.875 m/s2、v0=75 m/s,故B正确;飞机做匀减速所用的时间为
t==s=40 s
则80 s- s=40 s,解得b=,故C正确;飞机做匀减速运动的位移为x=t=×40 m
=1.5 km,由于飞机先做匀速直线运动后做匀减速直线运动,则飞机在跑道上运动的位移大于1.5 km,故D错误。选不正确的,故选D。
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【总结提升】处理图像问题的操作流程:
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【情境创新练】
10.(16分)假期将至,高速路上有两车A、B一直并排直线行驶,某一瞬间,前方发生事故,两车同时开始刹车,其运动图像v2-x如图所示。
(1)两车刹车后谁先停下来;(10分)
答案:(1)A车先停下
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【解析】(1)根据动力学公式v2-=2ax整理得v2=2ax+
可得=49 m2/s2,k=2aA=- m/s2
=36 m2/s2,k'=2aB=- m/s2
解得vA0=7 m/s,aA=- m/s2
vB0=6 m/s,aB=- m/s2
A车停下的时间为tA==4 s
B车停下的时间为tB== s>tA
故A车先停下。
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(2)两车在刹车过程中能否再次相遇?请计算证明。(6分)
答案: (2)会再次相遇,计算过程见解析
【解析】(2)两车相遇时有vA0t+aAt2=vB0t+aBt2
联立解得t=1.94 s<tA
故两车在刹车过程中会再次相遇。
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