内容正文:
物理
专题一 直线运动
一、质点与参考系
1.质点:在某些情况下,可以忽略物体的大小和形状,把要研究的对象简化为一个具有质量的点,这样的点叫作质点(理想化模型)。
2.对质点的三点说明:
(1)质点是一种理想化物理模型,实际并不存在。
(2)物体能否被看作质点是由所研究问题的性质决定的,并非依据物体自身大小和形状来判断。
(3)质点不同于几何“点”,是忽略了物体的大小和形状的有质量的点,而几何中的点仅仅表示空间中的某一位置。
3.参考系:在描述物体的运动时,被选定做参考、假定为不动的其他物体。
4.参考系的选取:
(1)参考系的选取是任意的,既可以是运动的物体,也可以是静止的物体,但被选为参考系的物体应认为是静止的,通常选地面为参考系。
(1)对于同一物体,选择不同的参考系时观察到的运动结果一般不同。
二、描述运动的物理量
1.时刻:时刻在时间轴上用点表示,对应的是位置、瞬时速度、瞬时加速度等,时刻是状态量。
2.时间:时间是两个时刻间的一段间隔,在时间轴上用线段表示,对应的是位移、平均速度、速度变化量等,时间是过程量。
3.位移:初位置指向末位置的有向线段,只要物体的初、末位置确定,这个有向线段就是确定的,它不因路径的不同而改变,是矢量。
4.路程:物体运动轨迹的长度,是标量。
5.位移和路程
概念
区别
联系
位移
位移表示质点的位置变化,它是从初位置指向末位置的有向线段
(1)位移是矢量,方向由初位置指向末位置;运算法则是平行四边形定则或三角形定则;
(2)路程是标量,没有方向,运算符合代数 运算法则
(1)一般情况下,位移的大小小于路程;
(2)在单向直线运动中,位移大小等于路程
路程
路程是物体实际运动轨迹的长度
6.速度是表示质点运动快慢的物理量。
(1)物体在某一瞬间的速度叫瞬时速度;物体在某一段时间的速度叫平均速度。
(2)瞬时速度的大小叫瞬时速率,通常简称为速率,速率只有大小,没有方向,是标量。
7.平均速度和瞬时速度的区别
(1)平均速度是过程量,与位移和时间有关,表示物体在某段位移或某段时间内的平均运动快慢程度。
(2)瞬时速度是状态量,与位置和时刻有关,表示物体在某一位置或某一时刻的运动快慢程度。
(3)平均速度和瞬时速度的联系
①瞬时速度等于运动时间Δt→0时的平均速度。
②对于匀速直线运动,瞬时速度与平均速度相等。
8.加速度:是描述物体速度变化快慢的物理量。
(1)加速度的定义式:
(2)加速度的大小与物体速度大小无关。
(3)速度大加速度不一定大;速度为零加速度不一定为零;加速度为零速度不一定为零。
(4)速度改变等于末速减初速。加速度等于速度改变与所用时间的比值(速度的变化率)加速度大小与速度改变量的大小无关。
(5)加速度是矢量,加速度的方向和速度变化方向相同。
(6)加速度的国际单位是m/s2。
9.速度、速度变化量、加速度
速度
速度变化量
加速度
物理意义
描述物体运动的快慢
描述物体速度的变化
描述物体速度变化的快慢
定义式
Δv=v-v0
单位
m/s
m/s
m/s2
方向
与位移Δx同向,即物体运动的方向
由v-v0或a的方向决定
与Δv的方向一致,由合力F的方向决定,而与v0、v的方向无关
决定因素
匀变速直线运动中,由v=v0+at知,v的大小由v0、a、t决定
由Δv=aΔt知,Δv由a与Δt决定
由知,a由F、m决定,与v、Δv、Δt无关
关系
三者无必然联系,v很大,Δv可以很小,甚至为0,a可大可小
三、匀变速直线运动的规律:
1、速度:匀变速直线运动中速度和时间的关系:
注:一般我们以初速度的方向为正方向,则物体作加速运动时,a取正值,物体作减速运动时,a取负值。
(1) 做匀变速直线运动的物体中间时刻的瞬时速度等于初速度和末速度的平均。
(2)做匀变速运动的物体中间时刻的瞬时速度等于平均速度,等于初速度和末速度的平均值。
2、位移:匀变速直线运动位移和时间的关系:。
注意:当物体作加速运动时a取正值,当物体作减速运动时a取负值。
3、推论:2as=vt2-v02。
四、匀变速直线运动的三个重要推论
(1)任意两个连续相等的时间间隔T内的位移之差为一恒量,即:Δx=x2-x1=x3-x2=…=xn-xn-1=aT2。可以推广到:xm-xn=(m-n)aT 2。
(2)物体在一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度,还等于初、末时刻速度矢量和的一半,即:= = 。
(3)匀变速直线运动位移中点的瞬时速度公式,既适用于匀加速直线运动,也适用于匀减速直线运动。不论物体是做匀加速直线运动还是做匀减速直线运动,总有>。
五、初速度为零的匀变速直线运动的推论:
(1)1T末、2T末、3T末……瞬时速度的比为:
v1∶v2∶v3∶…∶vn=1∶2∶3∶…∶n。
(2)1T内、2T内、3T内……位移的比为:
x1∶x2∶x3∶…∶xn=12∶22∶32∶…∶n2。
(3)第一个T内、第二个T内、第三个T内……位移的比为:x1∶x2∶x3∶…∶xn=1∶3∶5∶…∶(2n-1)。
(4)从静止开始通过连续相等的位移所用时间的比为:
t1∶t2∶t3∶…∶tn=。
6、自由落体运动和竖直抛体运动
(1)自由落体运动规律运动特点:初速度为0、加速度为g的匀加速直线运动,匀变速直线运动的一切推论公式也都适用。
(2)竖直上拋运动规律运动特点:初速度方向竖直向上,加速度为g,上升阶段做匀减速运动,下降阶段做自由落体运动。
自由落体运动
竖直上抛运动
竖直下抛运动
条件
v0=0、只受重力
v0向上、只受重力
v0向下、只受重力
基本
公式
=2gh
=-2gh
=2gh
一、匀变速直线问题
解题方法
题干特点
基本公式法
参考匀变速直线运动的基本公式
推论法
①已知某段时间t内对应位移x且做匀变速运动
②在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差为一定值,即△x=aT2
比例法
初速度为零的匀加速直线运动
逆向思维法
末速度为零的匀减速直线运动
图像法
定性分析(例如比较大小),或繁杂的计算
二、追及相遇问题
解题方法
1.追及相遇问题基本模型
(1)基本物理模型:以甲车追乙车为例.
①无论v甲增大、减小或不变,只要v甲<v乙,甲、乙的距离不断增大.
②若v甲=v乙,甲、乙的距离保持不变,此时甲、乙之间的距离具有最大值或最小值.
③无论v甲增大、减小或不变,只要v甲>v乙,甲、乙的距离不断减小.
(2)常见追及情景
①速度小者追速度大者:当二者速度相等时,二者距离最大.
②速度大者追速度小者(避免碰撞类问题):二者速度相等是判断是否追上的临界条件,若此时追不上,二者之间的距离有最小值.
2.处理追及、相遇问题的常用方法
说明
函数法
设两物体在t时刻相遇,然后根据位移关系列出关于t的方程f(t)=0,若方程f(t)=0无正实数解,则说明这两个物体不可能相遇;若方程f(t)=0存在正实数解,说明这两个物体能相遇。
图像法
(1)若用位移图像求解,分别作出两个物体的位移图像,如果两个物体的位移图像相交,则说明两物体相遇。
(2)若用速度图像求解,则注意比较速度图线与时间轴包围的面积。
三、两类匀减速直线运动问题
运动特点
求解方法
刹车类问题
匀减速直线运动到速度为零后即停止运动,加速度a突然消失
求解时要先确定物体的速度减为
零所需要的时间
双向可逆类问题
如沿光滑斜面上滑的小球、上抛运动等,到最高点后仍能以原加速度匀加速返回,全过程加速度
大小、方向均不变
求解时可对全过程列式,选好正方向并注意x、v、a等矢量的正、负号
四、自由落体、竖直上抛问题
解题方法
(1)分段法:将全程分为两个阶段,即上升过程的匀减速直线运动阶段和下落过程的自由落体运动阶段。
(2)全程法:将全过程视为初速度为v0,加速度a=-g的匀变速直线运动,必须注意物理量的矢量性。习惯上取v0的方向为正方向,则v>0时,物体正在上升;v<0时,物体正在下降;h>0时,物体在抛出点上方;h<0时,物体在抛出点下方。
五、图像问题(位移-时间图、速度-时间图)
解题方法
1.一看坐标轴
①确认纵、横坐标轴对应的物理量及其单位
②注意纵、横坐标是否从零刻度开始
2.二看截距、斜率、面积
①图线在坐标轴上的截距表示运动的初始情况
②斜率通常能够体现某个物理量(如v-t图像的斜率反映了加速度)的大小、方向及变化情况
③最常见的是v-t图像中面积表示位移大小,要注意时间轴下方的面积表示位移为负,说明这段位移方向与正方向相反
3.三看交点、转折点、渐近线
①交点往往是解决问题的切入点,注意交点表示物理量相等,不一定代表物体相遇
②转折点表示物理量发生突变,满足不同的函数关系式,如v-t图像中速度由增变减,表明加速度突然反向
③利用渐近线可以求出该物理量的极值或确定它的变化趋势
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