内容正文:
第2讲 匀变速直线运动的规律
考点一 匀变速直线运动的规律及应用
强基础•固本增分
匀变速直线运动的概念及规律
加速度
相同
相反
v0+at
考点一
考点二
研考点•精准突破
1.选用合适公式
题目中所涉及的物理量
(包括已知量、待求量) 没有涉及的物理量 适宜选用的公式
v0、v、a、t x v=v0+at
v0、a、t、x v x=v0t+at2
v0、v、a、x t v2-=2ax
特别提醒 除时间t外,x、v0、v、a均为矢量,所以需要确定正方向,一般以v0的方向为正方向。当v0=0时,一般选加速度a的方向为正方向。
考点一
考点二
2.思维流程
审题
→
画出示意图
→
判断运动性质
→
选取正方向
→
选用公式列方程
→
求解方程
考点一
考点二
考向一基本公式的应用
典题1 如图所示,多辆车在路口停止线后依次排列等候绿灯,第一辆车的前端刚好与路口停止线相齐,且每辆车的尾部与相邻后车的前端距离均为1 m。为了安全,前车尾部与相邻后车前端距离至少为5 m时后车才能开动。已知车长均为4 m,开动后车都以2 m/s2的加速度做匀加速直线运动直到离开路口。绿灯亮起瞬间,第一辆车立即开动,求:
(1)第二辆车刚开动时,第一辆车已行驶的时间至少为多少?
(2)第六辆车前端刚到达停止线时的速度大小为多少?
考点一
考点二
答案 (1)2 s (2)10 m/s
解析 (1)当第一辆车向前行驶4 m时,第二辆车开始启动,根据位移时间关系可得x1=
代入数据解得t1=2 s。
(2)第六辆车前端距离停止线25 m,根据速度位移关系可得v2=2ax6,解得v=10 m/s。
考点一
考点二
考向二刹车类问题
典题2 (2025山东莱州月考)酒后驾驶会导致许多安全隐患。酒后驾驶员的反应时间变长,“反应时间”是指驾驶员从发现情况到采取制动的时间,表中“反应距离”是指“反应时间”内汽车行驶的距离;“制动距离”是指驾驶员从发现情况到汽车停止行驶的距离。假设汽车以不同速度行驶时制动的加速度大小都相同。
速度/(m·s-1) 反应距离/m 制动距离/m
正常 酒后 正常 酒后
15 7.5 15.0 22.5 30.0
考点一
考点二
分析表中数据可知,下列说法错误的是( )
A.若汽车的初速度增加一倍,制动距离也增大一倍
B.驾驶员酒后反应时间比正常情况下多0.5 s
C.驾驶员采取制动措施后汽车刹车的加速度大小为7.5 m/s2
D.若汽车以25 m/s的速度行驶时发现前方60 m处有险情,酒后驾驶不能安全停车
A
考点一
考点二
解析 由题意可知,制动距离x=v0t0+可知,若汽车的初速度增加一倍,制动距离增大不是一倍,故A错误;根据题意分析可知,驾驶员采取制动措施时,有一定的反应时间,若是正常情况下,由x=vt可得t0= s=0.5 s,若是酒后,则由x1=vt1可得t1= s=1 s,所以驾驶员酒后反应时间比正常情况下多0.5 s,故B正确;根据题意分析可知,制动距离减去反应距离才是汽车制动过程中发生的位移x=(22.5-7.5) m=15 m,由v2=2ax可得a= m/s2=7.5 m/s2,故C正确;根据题意分析可知,当驾驶员酒后驾驶汽车以25 m/s的速度行驶时,反应距离x2=(25×1) m=25 m,根据匀变速直线运动的公式有,减速行驶的距离x3= m=41.7 m,制动距离为x=x2+x3=25 m+41.7 m>60 m,不能安全停车,故D正确。
考点一
考点二
考点一
考点二
考向三双向可逆类问题
典题3 在足够长的光滑固定斜面上,有一物体以10 m/s的初速度沿斜面向上运动,物体的加速度大小始终为5 m/s2、方向沿斜面向下,重力加速度g取10 m/s2。
(1)当速度为零时,求物体前进的位移大小。
(2)当物体的位移大小为7.5 m时,求物体运动的时间和物体的速度大小。
(3)如果上述斜面与物体之间有摩擦,动摩擦因数为,其他条件不变,当物体的位移大小为7.5 m时,求物体运动的时间。
考点一
考点二
规范答题指津
解:(1)对于物体沿斜面向上运动的过程
选沿斜面向上为正方向,a=-5 m/s2
当速度为零时,根据速度位移公式有0-=2ax
解得x=10 m。
指明研究对象和研究过程
指明选用的公式或规律
考点一
考点二
(2)当物体的位移为沿斜面向上7.5 m时,x1=7.5 m
由运动学公式x1=v0t+at2,解得t1=3 s或t2=1 s
当物体的位移为沿斜面向下7.5 m时,x2=-7.5 m
由运动学公式x2=v0t'+at'2
解得t1'=(2+) s或t2'=(2-) s(舍去)
由速度公式v=v0+at,解得v1=-5 m/s,v2=5 m/s或v3=-5 m/s。
不用写出具体的计算过程
存在多个解时,说明取舍情况
考点一
考点二
(3)根据题设条件可知,斜面的倾角为30°
根据牛顿第二定律,有
上升阶段-mgsin 30°-μmgcos 30°=ma1
下滑阶段-mgsin 30°+μmgcos 30°=ma2
解得a1=-7.5 m/s2,a2=-2.5 m/s2
当速度为零时,根据速度位移公式0-=2a1x3
解得x3= m<7.5 m
可知当物体的位移大小为7.5 m时,处在下滑阶段
由速度公式0=v0+a1t3得
物体上升阶段用时t3= s
符号使用规范,不能混用
写出必要的文字说明
考点一
考点二
物体下滑阶段,由位移公式可得-7.5 m- m=a2
解得t4= s
因此物体运动的时间t总=t3+t4= s。
不要遗漏单位
考点一
考点二
考点一
考点二
考点二 匀变速直线运动的推论及应用
强基础•固本增分
1.匀变速直线运动的三个重要推论
特别提醒 公式适用于任何运动,公式只适用于匀变速直线运动。
(m-n)
考点一
考点二
2.初速度为零的匀加速直线运动的四个重要推论
(1)T末、2T末、3T末、…、nT末的瞬时速度之比为v1∶v2∶v3∶…∶vn= 。
(2)前T内、前2T内、前3T内、…、前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xⅠ∶xⅡ∶xⅢ∶…∶xN= 。
(4)从静止开始通过连续相等的位移所用时间之比为t1∶t2∶t3∶…∶tn= 。
1∶2∶3∶…∶n
1∶4∶9∶…∶n2
1∶3∶5∶…∶(2n-1)
1∶(-1)∶()∶…∶()
考点一
考点二
研考点•精准突破
解决匀变速直线运动问题的常用“六法”
考点一
考点二
考向一平均速度公式的应用
典题4 (2023山东卷)如图所示,电动公交车做匀减速直线运动进站,连续经过R、S、T三点。已知ST间的距离是RS间的距离的两倍,RS段的平均速度是10 m/s,ST段的平均速度是5 m/s,则公交车经过T点时的瞬时速度为( )
A.3 m/s B.2 m/s
C.1 m/s D.0.5 m/s
C
解析 根据题意=10 m/s,=5 m/s,根据RS间的距离和ST间的距离的关系,公交车经过RS的时间是经过ST时间的,故4(vR-vS)=vS-vT,解得vT=1 m/s,选项A、B、D错误,C正确。
考点一
考点二
考向二位移差公式的应用
典题5 (★一题多解)图甲为游客排队依次滑冰滑梯的场景,在工作人员的引导下,每间隔相同时间从滑梯顶端由静止开始滑下一名游客,将某次拍到的滑梯上同时有多名游客的照片简化为图乙所示。已知A、B和B、C间的距离分别为2.5 m和3.5 m,若游客在滑梯上做匀加速直线运动,求:
(1)C、D间的距离;
(2)此刻A的上端滑道上游客的人数;
(3)此时A距滑道顶端的距离。
答案 (1)4.5 m (2)2 (3)2 m
考点一
考点二
解析 解法一(推论法)
(1)游客在滑梯上做匀加速直线运动,根据匀加速直线运动的规律可知,在相邻相等时间内位移差相等,即Δx=lCD-lBC=lBC-lAB=1 m
解得lCD=4.5 m。
(2)因为Δx=1 m,所以此刻A的上端滑道上还有2名游客。
(3)设相邻两名游客(两点)间的时间间隔为T,下滑的加速度为a,则有Δx=lCD-lBC=aT2
即aT2=1 m
由平均速度公式有vB==vA+aT
联立两式解得vA=
此时A距滑道顶端的距离l==2 m。
考点一
考点二
解法二(基本公式法)
设相邻两名游客(两点)间的时间间隔为T,下滑的加速度为a,A点的速度为vA,则有
lAB=vAT+aT2
lAB+lBC=2vAT+a·(2T)2
lAB+lBC+lCD=3vAT+a·(3T)2
联立解得lCD=4.5 m,vAT=2 m,aT2=1 m
由此可知此刻A的上端滑道上还有2名游客
A距滑道顶端的距离l==2 m。
考点一
考点二
思维点拨 转化研究对象——将多名游客的运动转化为一名游客的运动,A、B、C、D可看成其不同时刻的位置。
请用推论法和基本公式法求解。
考点一
考点二
考向三初速度为零的匀变速直线运动比例式的应用
典题6 (2024山东卷)如图所示,固定的光滑斜面上有一木板,其下端与斜面上A点距离为l。木板由静止释放,若木板长度为l,通过A点的时间间隔为Δt1;若木板长度为2l,通过A点的时间间隔为Δt2。Δt2∶Δt1为( )
A.(-1)∶(-1) B.()∶(-1)
C.(+1)∶(+1) D.()∶(+1)
A
考点一
考点二
解析 解法一(位移公式) 木板在斜面上运动时,加速度不变,设木板的加速度为a,木板从静止释放到下端到达A点的过程,根据运动学公式有l=,木板从静止释放到上端到达A点的过程,当木板长度为l时有2l=,当木板长度为2l时有3l=,又Δt1=t1-t0,Δt2=t2-t0,联立解得Δt2∶Δt1=(-1)∶(-1),故选A。
解法二(比例式) 以木板为参考系,A点沿斜面向上做初速度为0的匀加速直线运动,由题意可知Δt2∶Δt1即为A点通过第二、第三个l的总时间与通过第二个l的时间之比,故Δt2∶Δt1=(-1)∶(-1),A正确。
考点一
考点二
思维点拨 木板沿斜面向下做初速度为0的匀加速直线运动,通过A点的位移即木板的长度。请分别用匀加速直线运动的位移公式和比例式求解。
考点一
考点二
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