内容正文:
第一章 运动的描述 匀变速直线运动的研究
第2讲 匀变速直线运动的规律
[学习目标] 1.理解匀变速直线运动的基本公式,并能熟练灵活应用。 2.掌握匀变速直线运动的推论,并能应用其解决问题。
考点一 匀变速直线运动的基本规律
考点二 处理匀变速直线运动的常用方法
内容索引
考点一 匀变速直线运动的基本规律
一
5
盘点 核心知识
1.匀变速直线运动
沿着一条直线且 不变的运动。
如图所示,v-t图线是一条倾斜的直线。
2.匀变速直线运动的基本规律
(1)速度与时间的关系式:vt= 。
(2)位移与时间的关系式:s= 。
由以上两式联立可得速度与位移的关系式: 。
加速度
v0+at
v0t+at2
-=2as
3.公式选用原则
以上三个公式共涉及五个物理量,每个公式有四个物理量。选用原则如下:
不涉及位移,选用vt=v0+at;
不涉及末速度,选用s=v0t+at2;
不涉及时间,选用-=2as。
4.正方向的选取
以上三式均为矢量式,无论是匀加速直线运动还是匀减速直线运动,通常以初速度v0的方向为正方向;当v0=0时,一般以加速度a的方向为正方向。速度、加速度、位移的方向与正方向相同时取正,相反时取负。
[判断正误]
1.匀变速直线运动是速度均匀变化的直线运动。( )
2.匀变速直线运动是加速度均匀变化的直线运动。( )
3.匀加速直线运动的位移是均匀增加的。( )
4.匀变速直线运动中,经过相同的时间,速度变化量相同。( )
√
×
×
√
提升 关键能力
考向1 基本公式的应用
[典例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减为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
[解析] 根据题干可知汽车做匀减速直线运动,由公式vt=v0-at,代入数据可得加速度大小a=6 m/s2,C正确。
C
考向2 两种匀减速直线运动的比较
[典例2] (2025·八省联考云南卷)司机驾驶汽车以36 km/h的速度在平直道路上匀速行驶。当司机看到标有“学校区域限速20 km/h”的警示牌时,立即开始制动,使汽车做匀减速直线运动,直至减到小于20 km/h的某速度,则该匀减速阶段汽车的行驶时间和加速度大小可能是( )
A.9.0 s,0.5 m/s2 B.7.0 s,0.6 m/s2
C.6.0 s,0.7 m/s2 D.5.0 s,0.8 m/s2
A
[解析] 汽车制动做匀减速直线运动过程中的初速度v0为36 km/h=
10 m/s,末速度v不大于限速为20 km/h≈5.56 m/s,该过程汽车速度的变化量大小Δv不小于v0-v≈4.44 m/s,根据匀变速运动速度与时间关系Δv=at可知,匀减速阶段汽车的行驶时间和加速度大小的乘积不小于4.44 m/s,结合选项内容,符合题意的仅有A选项。
二
考点二 处理匀变速直线运动的常用方法
12
盘点 核心知识
1.匀变速直线运动的常用推论
(1)平均速度公式:做匀变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于这段时间内初、末时刻速度矢量和的一半,还等于中间时刻的瞬时速度。即:==。此公式可以求某时刻的瞬时速度。
(2)位移差公式:连续相等的相邻时间间隔T内的位移差相等。
即:Δs=s2-s1=s3-s2=…=sn-=aT2。
不相邻相等的时间间隔T内的位移差sm-sn=(m-n)aT2,此公式可以求加速度。
2.初速度为零的匀加速直线运动的四个重要比例式
(1)T末、2T末、3T末、…、nT末的瞬时速度之比为v1∶v2∶v3∶…∶vn=1∶2∶3∶…∶n。
(2)前T内、前2T内、前3T内、…、前nT内的位移之比为s1∶s2∶s3∶…∶sn=1∶4∶9∶…∶n2。
(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sⅠ∶sⅡ∶sⅢ∶…∶sN=1∶3∶5∶…∶(2n-1)。
(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∶(-1)∶(-)∶…∶(-)。
3.处理匀变速直线运动的方法选取技巧
(1)若知道匀变速直线运动多个过程的运动时间及对应时间内的位移,常用平均速度法。
(2)匀减速到0的运动常用逆向思维法。
(3)处理纸带类问题时用Δs=s2-s1=aT2、sm-sn=(m-n)aT2求加速度。
提升 关键能力
考向1 平均速度法
[典例3] (多选)(2026·广东深圳模拟)一物体沿一直线运动,先后经过匀加速、匀速和匀减速运动过程,已知物体在这三个运动过程中的位移均为s,所用时间分别为2t、t和t,则( )
A.物体做匀加速运动时加速度大小为
B.物体做匀减速运动时加速度大小为
C.物体在这三个运动过程中的平均速度大小为
D.物体做匀减速运动的末速度大小为
BD
[解析] 物体做匀速运动的速度为v=。设匀加速运动的初速度为v1,根据匀变速直线运动的平均速度公式有=,联立解得v1=0,则对匀加速运动过程,有s=a1(2t)2,解得a1=,A错误;设匀减速直线运动的末速度为v2,根据匀变速直线运动的平均速度公式有=,解得v2=,则匀减速直线运动的加速度大小a2=||==,B、D正确;物体在这三个运动过程中的平均速度大小==,C错误。
考向2 位移差公式的应用
[典例4] (2026·广东梅州模拟)如图所示为一辆无人送货车正在做匀加速直线运动。某时刻起开始计时,在第一个4 s内位移为9.6 m,第二个4 s内位移为16 m,下面说法正确的是( )
A.计时时刻送货车的速度为0
B.送货车的加速度大小为1.6 m/s2
C.送货车在第1个4 s末的速度大小为3.2 m/s
D.送货车在第2个4 s内的平均速度大小为3.6 m/s
C
[解析] 根据匀变速运动推论可得加速度大小a== m/s2=
0.4 m/s2,根据匀变速运动中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度可知送货车在第1个4 s末的速度大小v1= m/s=3.2 m/s,根据速度时间公式可得计时时刻送货车的速度v0=3.2 m/s-0.4×4 m/s=1.6 m/s,故A、B错误,C正确;送货车在第2个4 s内的平均速度大小v= m/s=
4 m/s,故D错误。
考向3 逆向思维法解决匀变速直线运动问题
[典例5] (2026·广东佛山模拟)如图所示,粗糙程度处处相同的水平桌面上有一长为L的轻质细杆,一端可绕竖直光滑轴O转动,另一端与质量为m的小木块相连。木块以水平初速度v0出发,恰好能完成两个完整的圆周运动。在运动过程中,完成第一圈与第二圈所用时间之比为( )
A.(-1)∶1 B.2∶1
C.1∶1 D.1∶
A
[解析] 小木块在粗糙程度处处相同的水平桌面上运动,受到与运动方向相反的大小相等的摩擦力作用,木块恰好完成两个完整的圆周运动,可以等效成木块做初速度为v0的匀减速直线运动至速度为0,逆向思维,根据初速度为0的匀加速直线运动相邻相等位移所用时间的比例关系,可得完成第一圈与第二圈圆周运动所用时间之比t1∶t2=(-1)∶1,故A正确,B、C、D错误。
考向4 初速度为零的匀变速直线运动的比例法
[典例6] (2026·广东珠海模拟)如图为港珠澳大桥上四段110 m的等跨钢箱连续梁桥,若汽车从a点由静止开始做匀加速直线运动,通过ab段的时间为t,则( )
A.通过cd段的时间为t
B.通过ce段的时间为(2-)t
C.ae段的平均速度等于c点的瞬时速度
D.ac段的平均速度等于b点的瞬时速度
B
[解析] 根据初速度为零的匀加速直线运动规律可知,汽车通过ab、bc、cd、de段所用的时间之比为1∶(-1)∶(-)∶(2-),可得出通过cd段的时间为(-)t,通过de段的时间为(2-)t,则通过ce段的时间为(2-)t,A错误,B正确;通过ae段的时间为2t,通过b点的时刻为通过ae段的中间时刻,故通过b点的瞬时速度等于ae段的平均速度,C、D错误。
$