内容正文:
第2课时 匀变速直线运动的研究
考点一 匀变速直线运动的基本规律及应用
1.匀变速直线运动:沿一条直线且 不变的运动。
2.基本公式 均为矢量式,a可正可负
(1)速度公式:v= 。
(2)位移公式:x= 。
(3)速度—位移关系式: 。
加速度
v0+at
v0t+at2
v2-=2ax
考向1 基本公式法的应用
1.恰当选择公式
2.注意选择方向
一般情况下,规定初速度v0的方向为正方向,与初速度同向的物理量取正值,反向的物理量取负值,当v0=0时,一般以加速度a的方向为正方向。
典例1 (2025南通开学考试)某同学利用无人机做“投球”游戏。如图所示,无人机从地面A点由静止开始斜向上做匀加速直线运动,加速度a=5 m/s2,经时间t1=2 s后释放小球。已知:θ=53°,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,重力加速度g取10 m/s2。求:
(1)小球被释放时距地面的高度h;
(2)小球释放后运动到最高点的时间t2。
答案 (1)8 m (2)0.8 s
解析 (1)根据题意,无人机斜向上做匀加速直线运动,则
h=·sin θ
代入数据解得
h=8 m。
(2)小球释放时速度大小为v1=at1
小球释放后运动到最高点的时间为
t2=
解得t2=0.8 s。
对点演练1 (2025江苏卷)新能源汽车在辅助驾驶系统测试时,感应到前方有障碍物立刻制动,做匀减速直线运动。2 s内速度由12 m/s减至0。该过程中加速度大小为( )
A.2 m/s2 B.4 m/s2
C.6 m/s2 D.8 m/s2
C
解析 根据运动学公式v=v0+at,代入数值解得a=-6 m/s2,故加速度大小为6 m/s2。故选C。
考向2 两种匀减速直线运动的比较
1.刹车类问题
(1)运动特点:匀减速到速度为零后停止运动,加速度a突然消失。
(2)求解方法:求解时要注意确定实际运动时间。
2.双向可逆类问题
(1)运动特点:如沿光滑固定斜面上滑的小球,到最高点后仍能以原加速度匀加速下滑,全过程加速度大小、方向均不变。
(2)求解方法:求解时可分过程列式,也可对全过程列式,但必须注意x、v、a等矢量的正负号及物理意义。
典例2 汽车在水平地面上因故刹车,可以看成做匀减速直线运动,其位移与时间的关系是x=12t-2t2,则( )
A.刹车阶段的初速度为6 m/s
B.刹车阶段的加速度为2 m/s2
C.刹车开始之后4 s内的位移为16 m
D.汽车刹车2 s后速度的大小为4 m/s
D
典例3 (教材改编)在足够长的光滑斜面上,有一物体以10 m/s的初速度沿斜面向上运动,物体的加速度始终为5 m/s2,方向沿斜面向下。当物体的位移大小为7.5 m时,下列说法错误的是( )
A.物体运动时间可能为1 s
B.物体运动时间可能为3 s
C.物体运动时间可能为(2+) s
D.物体此时的速度大小一定为5 m/s
D
解析 以沿斜面向上为正方向,a=-5 m/s2,当物体的位移为向上的7.5 m时,x=+7.5 m,由运动学公式x=v0t+at2解得t1=3 s或t2=1 s,故A、B正确;当物体的位移为向下的7.5 m时,x=-7.5 m,由x=v0t+at2解得t3=(2+) s或t4=(2-) s(舍去),故C正确;由速度公式v=v0+at解得v1=-5 m/s、v2=5 m/s、v3=-5 m/s,故D错误。
考点二 匀变速直线运动的推论及应用
1.平均速度:v== ,即匀变速直线运动中一段时间内的平均速度等于这段时间 时刻的瞬时速度,也等于这段时间初、末时刻速度矢量和的 。
2.位移中点速度:= 。
3.位移差公式: 任意两个连续相等时间间隔(T)内的位移之差 ,即Δx=x2-x1=x3-x2=…=xn-=aT2。
常用于纸带或闪光照片逐差法求加速度
中间
平均值
相等
考向1 平均速度、中间时刻速度和位移中点速度
典例4 光滑斜面长度为L,一物体自斜面顶端由静止开始匀加速滑至底端,经历的时间为t,则下列说法不正确的是( )
A.物体运动全过程中的平均速度是
B.物体在
C.物体运动到斜面中点时的瞬时速度是
D.物体从顶端运动到斜面中点所需的时间是
B
对点演练2 某物体做匀加速直线运动,先后经过M、N两点的速度分别为v和3v,MN间的距离为x,则下列说法正确的是( )
A.物体经过MN中点时的速度为2v
B.物体经过MN中点时的速度小于2v
C.从M到N运动的加速度为
D.从M到N的时间为
D
考向2 位移差公式的应用
典例5 (2025南师大苏州实验学校调研)物体从静止开始做匀加速直线运动,已知第4 s内与第2 s内的位移之差是8 m,则下列说法错误的是( )
A.物体运动的加速度为4 m/s2
B.第2 s内的位移为6 m
C.第2 s末的速度为2 m/s
D.物体在0~5 s内的平均速度为10 m/s
C
解析 根据位移差公式xⅣ-xⅡ=2aT2得a= m/s2=4 m/s2,故A项正确,不符合题意;第2 s内的位移为前两秒位移减去第一秒位移,即x2-x1= ×4×(22-12) m=6 m,故B项正确,不符合题意;第2 s末速度为v=at2=4×2 m/s=8 m/s,故C项错误,符合题意;物体在5 s内的平均速度 m/s=10 m/s,故D项正确,不符合题意。
考点三 初速度为零的匀变速直线运动常用的结论
1.相等时间间隔T的运动规律
(1)1T末、2T末、3T末、…、nT末的瞬时速度之比为
v1∶v2∶v3∶…∶vn= 。
(2)1T内、2T内、3T内、…、nT内的位移之比为
x1∶x2∶x3∶…∶xn= 。
(3)第1个T内、第2个T内、第3个T内、…、第n个T内的位移之比为
x1'∶x2'∶x3'∶…∶xn'= 。
1∶2∶3∶…∶n
12∶22∶32∶…∶n2
1∶3∶5∶…∶(2n-1)
2.相等位移间隔x的运动规律
(1)通过前x、前2x、前3x、…、前nx的位移所用时间之比:
t1∶t2∶t3∶…∶tn= 。
(2)通过连续相等的位移所用时间之比:t1'∶t2'∶t3'∶…∶tn'=
。
(3)通过前x、前2x、前3x、…、前nx的位移时的瞬时速度之比为v1∶v2∶v3∶…∶vn= 。
1∶∶…∶
1∶(-1)∶()∶…∶()
1∶∶…∶
考向1 相等位移间隔的运动规律的应用
典例6 (教材改编)子弹垂直射入叠在一起的相同木板,穿过第4块木板后的速度恰好为0。可以把子弹视为质点,已知子弹穿过最后一块木板所用时间为t,认为子弹在各块木板中运动的加速度都相同,则( )
A.子弹穿过第1块木板的时间为4t
B.子弹穿过第1块木板的时间为(-1)t
C.子弹在木板中运动的总时间为4t
D.子弹在木板中运动的总时间为2t
D
解析 应用逆向思维法,将子弹的运动看作初速度为零的匀加速直线运动的逆过程,由推论可知子弹穿过第1块木板的时间为(2-)t,故A、B错误;子弹穿过最后一块木板的位移表达式为L=at2,则子弹在木板中运动的位移表达式为4L=,所以t总=2t,故C错误,D正确。
考向2 相等时间间隔的运动规律的应用
典例7 国家发展改革委、交通运输部、中国铁路总公司联合发布了《中长期铁路网规划》,勾画了新时期“八纵八横”高速铁路网的宏大蓝图。设某高铁进站时做匀减速直线运动,从开始减速到停下所用时间为3 s,则该高铁最后3 s内,每秒依次通过的位移之比为( )
A.5∶3∶1 B.1∶4∶9
C.9∶4∶1 D.1∶3∶5
A
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