2019-2020年高三物理第二輪專題復習學案 直線運動規(guī)律及追及問題.doc

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2019-2020年高三物理第二輪專題復習學案 直線運動規(guī)律及追及問題 一 、 例題 例題1.一物體做勻變速直線運動，某時刻速度大小為4m/s，1s后速度的大小變?yōu)?0m/s，在這1s內(nèi)該物體的 （ ） A.位移的大小可能小于4m B.位移的大小可能大于10m C.加速度的大小可能小于4m/s D.加速度的大小可能大于10m/s 析：同向時 反向時 式中負號表示方向跟規(guī)定正方向相反 答案：A、D 例題2：兩木塊自左向右運動，現(xiàn)用高速攝影機在同一底片上多次曝光，記錄下木快每次曝光時的位置，如圖所示，連續(xù)兩次曝光的時間間隔是相等的，由圖可知 （ ） A 在時刻t2以及時刻t5兩木塊速度相同 B 在時刻t1兩木塊速度相同 C 在時刻t3和時刻t4之間某瞬間兩木塊速度相同 D 在時刻t4和時刻t5之間某瞬間兩木塊速度相同 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 解析：首先由圖看出：上邊那個物體相鄰相等時間內(nèi)的位移之差為恒量，可以判定其做勻變速直線運動；下邊那個物體很明顯地是做勻速直線運動。由于t2及t3時刻兩物體位置相同，說明這段時間內(nèi)它們的位移相等，因此其中間時刻的即時速度相等，這個中間時刻顯然在t3、t4之間 答案：C 例題3 一跳水運動員從離水面10m高的平臺上躍起，舉雙臂直立身體離開臺面，此時中心位于從手到腳全長的中點，躍起后重心升高0.45m達到最高點，落水時身體豎直，手先入水（在此過程中運動員水平方向的運動忽略不計）從離開跳臺到手觸水面，他可用于完成空中動作的時間是多少？（g取10m/s2結(jié)果保留兩位數(shù)字） 解析：根據(jù)題意計算時，可以把運動員的全部質(zhì)量集中在重心的一個質(zhì)點，且忽略其水平方向的運動，因此運動員做的是豎直上拋運動，由可求出剛離開臺面時的速度，由題意知整個過程運動員的位移為－10m（以向上為正方向），由得： －10=3t－5t2 解得：t≈1.7s 思考：把整個過程分為上升階段和下降階段來解，可以嗎？ B A C D 例題4.如圖所示，有若干相同的小鋼球，從斜面上的某一位置每隔0.1s釋放一顆，在連續(xù)釋放若干顆鋼球后對斜面上正在滾動的若干小球攝下照片如圖，測得AB=15cm，BC=20cm，試求： （1） 拍照時B球的速度； （2） A球上面還有幾顆正在滾動的鋼球 解析：拍攝得到的小球的照片中，A、B、C、D…各小球的位置，正是首先釋放的某球每隔0.1s所在的位置.這樣就把本題轉(zhuǎn)換成一個物體在斜面上做初速度為零的勻加速運動的問題了。求拍攝時B球的速度就是求首先釋放的那個球運動到B處的速度；求A球上面還有幾個正在滾動的小球變換為首先釋放的那個小球運動到A處經(jīng)過了幾個時間間隔（0.1s） （1）A、B、C、D四個小球的運動時間相差△T=0.1s VB==m/s=1.75m/s （2）由△s=a△T2得： a=m/s2==5m/s2 例5：火車A以速度v1勻速行駛，司機發(fā)現(xiàn)正前方同一軌道上相距s處有另一火車B沿同方向以速度v2（對地，且v2〈v1〉做勻速運動，A車司機立即以加速度（絕對值）a緊急剎車，為使兩車不相撞，a應滿足什么條件？ 分析：后車剎車做勻減速運動，當后車運動到與前車車尾即將相遇時，如后車車速已降到等于甚至小于前車車速，則兩車就不會相撞，故取s后=s+s前和v后≤v前求解 解法一：取取上述分析過程的臨界狀態(tài)，則有 v1t－a0t2＝s＋v2t v1－a0t = v2 a0 = 所以當a≥ 時，兩車便不會相撞。 法二：如果后車追上前車恰好發(fā)生相撞，則 v1t－at2 ＝ s ＋v2t 上式整理后可寫成有關(guān)t的一元二次方程，即 at2＋（v2－v1）t＋s ＝ 0 取判別式△〈0，則t無實數(shù)解，即不存在發(fā)生兩車相撞時間t。△≥0，則有 （v2－v1）2≥4（a）s 得a≤ v v1 v2 0 t t0 A C B θ （ 為避免兩車相撞，故a≥ 法三：運用v-t圖象進行分析，設(shè)從某時刻起后車開始以絕對值為a的加速度開始剎車，取該時刻為t=0，則A、B兩車的v-t圖線如圖所示。圖中由v1 、v2、C三點組成的三角形面積值即為A、B兩車位移之差（s后－s前）=s，tanθ即為后車A減速的加速度絕對值a0。因此有 （v1－v2）=s 所以 tanθ=a0= 若兩車不相撞需a≥a0= 二、習題 1、 下列關(guān)于所描述的運動中，可能的是 （ ） A 速度變化很大，加速度很小 B 速度變化的方向為正，加速度方向為負 C 速度變化越來越快，加速度越來越小 D 速度越來越大，加速度越來越小 解析：由a=△v/△t知，即使△v很大，如果△t足夠長，a可以很小，故A正確。速度變化的方向即△v的方向，與a方向一定相同，故B錯。加速度是描述速度變化快慢的物理量，速度變化快，加速度一定大。故C錯。加速度的大小在數(shù)值上等于單位時間內(nèi)速度的改變量，與速度大小無關(guān)，故D正確。 答案：A、D 2、 一個物體在做初速度為零的勻加速直線運動，已知它在第一個△t時間內(nèi)的位移為s，若 △t未知，則可求出 （ ） A． 第一個△t時間內(nèi)的平均速度 B． 第n個△t時間內(nèi)的位移 C． n△t時間的位移 D． 物體的加速度 解析：因=，而△t未知，所以不能求出，故A錯.因有，（2n-1）s，故B正確；又s∝t2 所以=n2，所以sn=n2s，故C正確；因a=，盡管△s=sn-sn-1可求，但△t未知，所以A求不出，D錯. 答案：B、C 3 、汽車原來以速度v勻速行駛,剎車后加速度大小為a,做勻減速運動,則t秒后其位移為( ) A B C D 無法確定 解析:汽車初速度為v，以加速度a作勻減速運動。速度減到零后停止運動，設(shè)其運動的時間t，=。當t≤t，時，汽車的位移為s=；如果t＞t，，汽車在t，時已停止運動，其位移只能用公式v2=2as計算，s= 答案：D 4、汽車甲沿著平直的公路以速度v0做勻速直線運動，當它路過某處的同時，該處有一輛汽車乙開始做初速度為零的勻加速運動去追趕甲車，根據(jù)上述的已知條件（ ） A. 可求出乙車追上甲車時乙車的速度 B. 可求出乙車追上甲車時乙車所走的路程 C. 可求出乙車從開始起動到追上甲車時所用的時間 D. 不能求出上述三者中任何一個 分析：題中涉及到2個相關(guān)物體運動問題，分析出2個物體各作什么運動，并盡力找到兩者相關(guān)的物理條件是解決這類問題的關(guān)鍵，通常可以從位移關(guān)系、速度關(guān)系或者時間關(guān)系等方面去分析。 解析：根據(jù)題意，從汽車乙開始追趕汽車甲直到追上，兩者運動距離相等，即s甲= =s乙=s，經(jīng)歷時間t甲=t乙=t. 那么，根據(jù)勻速直線運動公式對甲應有： 根據(jù)勻加速直線運動公式對乙有：，及 v vt v0 0 t 乙 甲 S甲 S乙 由前2式相除可得at=2v0，代入后式得vt=2v0，這就說明根據(jù)已知條件可求出乙車追上甲車時乙車的速度應為2v0。因a不知，無法求出路程和時間，如果我們采取作v－t圖線的方法，則上述結(jié)論就比較容易通過圖線看出。圖中當乙車追上甲車時，路程應相等，即從圖中圖線上看面積s甲和s乙，顯然三角形高vt等于長方形高v0的2倍，由于加速度a未知，乙圖斜率不定，a越小，t越大，s也越大，也就是追趕時間和路程就越大。 答案：A 5 、在輕繩的兩端各栓一個小球，一人用手拿者上端的小球站在3層樓陽臺上，放手后讓小球自由下落，兩小球相繼落地的時間差為T，如果站在4層樓的陽臺上，同樣放手讓小球自由下落，則兩小球相繼落地時間差將 （ ） A 不變 B 變大 C 變小 D 無法判斷 v v1 0 t △t1 △t2 v2 v1＇ v2＇ 解析：兩小球都是自由落體運動，可在一v-t圖象中作出速度隨時間的關(guān)系曲線，如圖所示，設(shè)人在3樓陽臺上釋放小球后，兩球落地時間差為△t1，圖中陰影部分面積為△h，若人在4樓陽臺上釋放小球后，兩球落地時間差△t2，要保證陰影部分面積也是△h；從圖中可以看出一定有△t2〈△t1 答案：C －1 1 a／ms－2 t/s 1 2 3 4 0 6、一物體在A、B兩點的正中間由靜止開始運動（設(shè)不會超越A、B），其加速度隨時間變化如圖所示。設(shè)向A的加速度為為正方向，若從出發(fā)開始計時，則物體的運動情況是（ ） A 先向A ，后向B，再向A，又向B，4秒末靜止在原處 B 先向A ，后向B，再向A，又向B，4秒末靜止在偏向A的某點 C 先向A ，后向B，再向A，又向B，4秒末靜止在偏向B的某點 D 一直向A運動，4秒末靜止在偏向A的某點 v/ms－1 1 0 t/s 2 3 1 4 解析：根據(jù)a-t圖象作出其v-t圖象，如右圖所示，由該圖可以看出物體的速度時大時小，但方向始終不變，一直向A運動，又因v-t圖象與t軸所圍“面積”數(shù)值上等于物體在t時間內(nèi)的位移大小，所以4秒末物體距A點為2米 答案：D 7、天文觀測表明，幾乎所有遠處的恒星（或星系）都在以各自的速度背離我們而運動，離我們越遠的星體，背離我們運動的速度（稱為退行速度）越大；也就是說，宇宙在膨脹，不同星體的退行速度v和它們離我們的距離r成正比，即v=Hr。式中H為一常量，稱為哈勃常數(shù)，已由天文觀察測定，為解釋上述現(xiàn)象，有人提供一種理論，認為宇宙是從一個大爆炸的火球開始形成的，假設(shè)大爆炸后各星體即以不同的速度向外勻速運動，并設(shè)想我們就位于其中心，則速度越大的星體現(xiàn)在離我們越遠，這一結(jié)果與上述天文觀測一致。 由上述理論和天文觀測結(jié)果，可估算宇宙年齡T，其計算式如何？根據(jù)近期觀測，哈勃常數(shù)H=310-2m/（s 光年），其中光年是光在一年中行進的距離，由此估算宇宙的年齡約為多少年？ 解析：由題意可知，可以認為宇宙中的所有星系均從同一點同時向外做勻速直線運動，由于各自的速度不同，所以星系間的距離都在增大，以地球為參考系，所有星系以不同的速度均在勻速遠離。則由s=vt可得r=vT，所以，宇宙年齡：T=== 若哈勃常數(shù)H=310-2m/（s 光年） 則T==1010年 思考：1 宇宙爆炸過程動量守恒嗎？如果爆炸點位于宇宙的“中心”，地球相對于這個“中心”做什么運動？其它星系相對于地球做什么運動？ 2 其它星系相對于地球的速度與相對于這個“中心”的速度相等嗎？ 8、摩托車在平直公路上從靜止開始起動，a1=1.6m/s2，稍后勻速運動，然后減速，a2=6.4m/s2，直到停止，共歷時130s，行程1600m。試求： （1） 摩托車行駛的最大速度vm； （2） 若摩托車從靜止起動，a1、a2不變，直到停止，行程不變，所需最短時間為多少？ 分析：（1）整個運動過程分三個階段：勻加速運動；勻速運動；勻減速運動?？山柚鷙-t圖象表示。 （2）首先要回答摩托車以什么樣的方式運動可使得時間最短。借助v-t圖象可以證明：當摩托車以a1勻加速運動，當速度達到v/m時，緊接著以a2勻減速運動直到停止時，行程不變，而時間最短 v/ms－1 vm 0 t/s 130 a1 a2 解：（1）如圖所示，利用推論vt2-v02=2as有：+（130-）vm+=1600.其中a1=1.6m/s2,a2=6.4m/s2.解得：vm=12.8m/s（另一解舍去）. v/ms－1 vm＇ 0 t/s 130 a1 a2 tmin (2)路程不變，則圖象中面積不變，當v越大則t越小，如圖所示.設(shè)最短時間為tmin，則tmin= ①=1600 ② 其中a1=1.6m/s2,a2=6.4m/s2.由②式解得vm=64m/s，故tmin=.既最短時間為50s. 答案：（1）12.8m/s （2）50s 9一平直的傳送以速率v=2m/s勻速行駛，傳送帶把A處的工件送到B處，A、B兩處相距L=10m，從A處把工件無初速度地放到傳送帶上，經(jīng)時間t=6s能傳送到B處，欲使工件用最短時間從A處傳送到B處，求傳送帶的運行速度至少應多大？ 解析：物體在傳送帶上先作勻加速運動，當速度達到v=2m/s后與傳送帶保持相對靜止，作勻速運動.設(shè)加速運動時間為t，加速度為a，則勻速運動的時間為（6-t）s，則： v=at ① s1=at2 ② s2=v(6-t) ③ s1+s2=10 ④ 聯(lián)列以上四式，解得t=2s,a=1m/s2 物體運動到B處時速度即為皮帶的最小速度 由v2=2as 得v=m/s 傳送帶給物體的滑動摩擦力提供加速度，即此加速度為物體運動的最大加速度.要使物體傳送時間最短，應讓物體始終作勻加速運動 10、一輛汽車在十字路口等候綠燈，當綠燈亮時汽車以3m/s2的加速度開始行駛，恰在這時一輛自行車以6m/s的速度勻速駛來，從后邊趕過汽車。試求： （1） 汽車從路口開動后，在追上自行車之前經(jīng)過多長時間兩車相距最遠？此時距離是多少？ （2） 什么時候汽車追上自行車，此時汽車的速度是多少？ 解析：解法一：汽車開動后速度由零逐漸增大，而自行車的速度是定值。當汽車的速度還小于自行車速度時，兩者的距離將越來越大，而一旦汽車速度增加到超過自行車速度時，兩車距離就將縮小。因此兩者速度相等時兩車相距最大，有，所以， 解法二：用數(shù)學求極值方法來求解 （1） 設(shè)汽車在追上自行車之前經(jīng)過t時間兩車相距最遠， 因為 所以，由二次函數(shù)求極值條件知，時，最大 即 （2）汽車追上自行車時，二車位移相等，則 , 解法三：用相對運動求解更簡捷 選勻速運動的自行車為參考系，則從運動開始到相距最遠這段時間內(nèi)，汽車相對此參考系的各個物理量為： 初速度v0 = v汽初－v自 =（0－6）m/s = －6m/s 末速度vt = v汽末－v自 =（6－6）m/s = 0 加速度 a = a汽－a自 =（3－0）m/s2 = 3m/s2 所以相距最遠 s= =－6m（負號表示汽車落后） v/ms－1 v 6 0 t/s t t＇ v汽 v自 解法四：用圖象求解 （1）自行車和汽車的v-t圖如圖，由于圖線與橫坐標軸所包圍的面積表示位移的大小，所以由圖上可以看出：在相遇之前，在t時刻兩車速度相等時，自行車的位移（矩形面積）與汽車的位移（三角形面積）之差（即斜線部分）達最大，所以 t=v自/a=s=2s △s= vt－at2/2 =（62－322/2）m= 6m （2）由圖可看出：在t時刻以后，由v自或與v汽線組成的三角形面積與標有斜線的三角形面積相等時，兩車的位移相等（即相遇）。所以由圖得相遇時，t’= 2t = 4s，v’= 2v自=12m/s 答案 （1）2s 6m （2）12m/s