高考物理一轮复习学案 第3讲 匀变速直线运动的规律(2)(解析卷+原卷)

资源下载
  1. 二一教育资源

高考物理一轮复习学案 第3讲 匀变速直线运动的规律(2)(解析卷+原卷)

资源简介

第一部分 运动的描述 匀变速直线运动的研究
第3讲 运动图象、追及相遇问题(解析版)
理解匀变速直线运动的x-t图象、v-t图象,并会用它们解决问题.
掌握追及与相遇问题的特点以及解决这类问题的一般方法.
一、直线运动的x—t图象
1.图象的意义
反映了做直线运动的物体位移随时间变化的规律。
2.两种特殊的x-t图象
(1)x-t图象是一条平行于时间轴的直线,说明物体处于静止状态。
(2)x-t图象是一条倾斜直线,说明物体处于匀速直线运动状态。
3.x-t图象中的“点”“线”“斜率”“截距”的意义
(1)点:两图线交点,说明两物体相遇。
(2)线:表示研究对象的变化过程和规律。
(3)斜率:x-t图象的斜率表示速度的大小及方向。
(4)截距:纵轴截距表示t=0时刻的初始位移,横轴截距表示位移为零的时刻。
直线运动的v-t图象
1.图象的意义
反映了做直线运动的物体的速度随时间变化的规律。
2.两种特殊的v-t图象
(1)若v-t图象是与横轴平行的直线,说明物体做匀速直线运动。
(2)若v-t图象是一条倾斜的直线,说明物体做匀变速直线运动。
3.v-t图象中的“点”“线”“斜率”“截距”“面积”的意义
(1)点:两图线交点,说明两物体在该时刻的速度相等。
(2)线:表示速度的变化过程和规律。
(3)斜率:表示加速度的大小及方向。
(4)截距:纵轴截距表示t=0时刻的初速度,横轴截距表示速度为零的时刻。
(5)面积:数值上表示某段时间内的位移。
三、追及与相遇问题
1.追及与相遇问题的概述
当两个物体在同一直线上运动时,由于两物体的运动情况不同,所以两物体之间的距离会不断发生变化,两物体间距越来越大或越来越小,这时就会涉及追及、相遇或避免碰撞等问题。
2.在追及问题中,若后者能追上前者,则追上时,两者处于同一位置,后者的速度一定大于前者的速度;若后者追不上前者,则当后者的速度与前者相等时,两者相距最近.
3.在相遇问题中,同向运动的两物体追及即相遇;相向运动的物体,当各自发生的位移大小之和等于开始时两物体之间的距离时即相遇.
1.一遥控玩具汽车在平直路面上运动的位移-时间图象如图1所示,则
图1
A.15 s内汽车的位移为300 m
B.前10 s内汽车的加速度为3 m/s2
C.20 s末汽车的速度为-1 m/s
D.前25 s内汽车做单方向直线运动
【答案】 C
【解析】 因为是位移-时间图象,15 s末的位移为30 m,前10 s内汽车的速度为3 m/s,加速度为零,A、B错误;20 s末汽车的速度v=-1 m/s,C正确;由x-t图线的斜率表示速度可知,汽车在0~10 s沿正方向运动,10~15 s静止,15~25 s沿负方向运动,D错误。
2.如图2所示的位移-时间图象和速度-时间图象中,给出的四条图线1、2、3、4代表四个不同物体的运动情况.下列描述正确的是 (  )
图2
A.图线1表示物体做曲线运动
B.x-t图象中t1时刻v1>v2
C.v-t图象中0至t3时间内图线3和图线4的平均速度大小相等
D.图线2和图线4中,t2、t4时刻都表示物体反向运动
【答案】 B
【解析】 x-t图象和v-t图象都是用来描述直线运动的,图象并不是运动轨迹,A项错误;x-t图象的斜率表示速度,所以在t1时刻v1>v2,B项正确;v-t图象与t轴所围的面积表示位移,所以在0~t3时间内图线3的位移小于图线4的位移,图线3的平均速度小于图线4的平均速度,C项错误;图线2中t2时刻表示物体反向运动,图线4中t4时刻不表示反向,只表示速度减小,D项错误.
3.[多选]某物体运动的速度图象如图3所示,根据图象可知(  )
图3
A.0~2 s内的加速度为1 m/s2
B.0~5 s内的位移为10 m
C.第1 s末与第3 s末的速度方向相同
D.第1 s末与第5 s末加速度方向相同
【答案】AC
【解析】v-t图线在时间轴的上方,故第1 s末与第3 s末的速度方向相同,C正确。图线的斜率大小表示物体运动的加速度大小,正负表示加速度的方向,故0~2 s内的加速度1= m/s2=1 m/s2,方向为正,A正确。第1 s末加速度的大小和方向与0~2 s内的相同,第5 s末加速度的大小和方向与4~5 s内的相同,而4~5 s内的加速度a2= m/s2=-2 m/s2,方向为负,D错误。0~5 s内的位移x=×(2+5)×2 m=7 m,B错误。
4.甲、乙两物体先后从同一地点出发,沿一条直线运动,它们的v-t图象如图4所示,由图可知(  )
图4
A.甲比乙运动快,且早出发,所以乙追不上甲
B.t=20 s时,乙追上了甲
C.在t=20 s之前,甲比乙运动快;在t=20 s之后,乙比甲运动快
D.由于乙在t=10 s时才开始运动,所以t=10 s时,甲在乙前面,它们之间的距离为乙追上甲前的最大距离
【答案】C
【解析】从题图中看到开始甲比乙运动快,且早出发,但是乙做匀加速运动,最终是可以追上甲的,A项错误;t=20 s时,速度图象中甲的速度图线与时间轴所围的面积大于乙的,即甲的位移大于乙的位移,所以乙没有追上甲,B项错误;在t=20 s之前,甲的速度大于乙的速度,在t=20 s之后,乙的速度大于甲的速度,C项正确;乙在追上甲之前,当它们速度相同时,它们之间的距离最大,对应的时刻为t=20 s,D选项错误。
要点一 运动图象的理解及应用
运动学图象主要有x-t图象和v-t图象,运用运动学图象解题可总结为六看:
1.一看“轴”:先要看清两轴所代表的物理量,即图象是描述哪两个物理量之间的关系.
2.二看“线”:图象表示研究对象的变化过程和规律.在v-t图象和x-t图象中倾斜的线分别表示物体的速度和位移随时间变化的运动情况.
3.三看“斜率”:x-t图象中斜率表示运动物体的速度大小和方向.v-t图象中斜率表示运动物体的加速度大小和方向.
4.四看“面积”:即图线和坐标轴所围的面积,也往往代表一个物理量,这要看两物理量的乘积有无意义.例如v和t的乘积vt=x有意义,所以v-t图线与横轴所围“面积”表示位移,x-t图象与横轴所围“面积”无意义.
5.五看“截距”:截距一般表示物理过程的初始情况,例如t=0时的位移或速度.
6.六看“特殊点”:例如交点、拐点(转折点)等.例如x-t图象的交点表示两质点相遇,但v-t图象的交点只表示速度相等.
要点二 追及相遇问题的分析
1.分析追及问题的方法技巧可概括为“一个临界条件”、“两个等量关系”.
(1)一个临界条件:速度相等.它往往是物体间能否追上或(两者)距离最大、最小的临界条件,也是分析判断问题的切入点;
(2)两个等量关系:时间关系和位移关系,通过画草图找出两物体的时间关系和位移关系是解题的突破口.
2.能否追上的判断方法
物体B追赶物体A:开始时,两个物体相距x0.若vA=vB时,xA+x0vA=vB时,xA+x0=xB,则恰好不相撞;若vA=vB时,xA+x0>xB,则不能追上.
3.若被追赶的物体做匀减速直线运动,一定要注意判断追上前该物体是否已经停止运动
4.分析追及与相遇问题常用的方法:
(1)临界条件法:当二者速度相等时,二者相距最远(最近).
(2)图象法:画出x-t图象或v-t图象,然后利用图象进行分析求解.
(3)数学判别式法:设相遇时间为t,根据条件列方程,得到关于t的一元二次方程,用判别式进行讨论,若Δ>0,即有两个解,说明可以相遇两次;若Δ=0,说明刚好追上或相遇;若Δ<0,说明追不上或不能相遇.
(4)相对运动法:用相对运动的知识求解追及或相遇问题时,要注意将两个物体对地的物理量(速度、加速度和位移)转化为相对的物理量。在追及问题中,常把被追及物体作为参考系,这样追赶物体相对被追物体的各物理量即可表示为:x相对=x后-x前=x0,v相对=v后-v前,a相对=a后-a前,且上式中各物理量(矢量)的符号都应以统一的正方向进行确定。
要点一 运动图象的理解及应用
【例题1】设物体运动的加速度为a、速度为v、位移为x、所受合外力为F。现有四个不同物体的运动过程中某物理量与时间的关系图象,如图5所示。已知t=0时刻物体的速度均为零,则其中表示物体做单向直线运动的图象是
【答案】C
【解析】由A、B项图象可直接看出,两图象中两物体均做往复运动,A、B均错误,画出C、D项的v-t图,分别如图甲、乙所示,可知C项正确、D项错误。
针对训练1.(2018年高考理综全国III卷)(多选)甲乙两车在同一平直公路上同向运动,甲做匀加速直线运动,乙做匀速直线运动。甲乙两车的位置x随时间t的变化如图6所示。下列说法正确的是
图6
A. 在t1时刻两车速度相等
B. 从0到t1时间内,两车走过的路程相等
C. 从t1到t2时间内,两车走过的路程相等
D. 从t1到t2时间内的某时刻,两车速度相等
【答案】 CD
【解析】根据位移图象的物理意义可知,在t1时刻两车的位置相同,速度不相等,乙车的速度大于甲车的速度,A错误;从0到t1时间内,乙车走过的路程大于甲车,B错误;从t1到t2时间内,两车都是从位置x1位置x2位置,两车走过的路程相等,C正确;根据图象的斜率等于速度可知,从t1到t2时间内的某时刻,两车速度相等,D正确。
要点二 运动图象的应用
【例题2】某同学欲估算飞机着陆时的速度,他假设飞机在平直跑道上做匀减速运动,飞机在跑道上滑行的距离为s,从着陆到停下来所用的时间为t,实际上,飞机的速度越大,所受的阻力越大,则飞机着陆时的速度应是 (  )
A.v= B.v=
C.v> D.【答案】 C
【解析】 由题意知,当飞机的速度减小时,所受的阻力减小,因而它的加速度会逐渐变小.画出相应的v-t图象大致如图所示。根据图象的意义可知,实线与坐标轴包围的面积为s,虚线(匀减速运动)下方的“面积”表示的位移为:t.应有:t>s,所以v>,所以选项C正确.
针对训练2.(2018年高考理综全国II卷)(多选)甲、乙两汽车同一条平直公路上同向运动,其速度—时间图像分别如图7中甲、乙两条曲线所示。已知两车在t2时刻并排行驶,下列说法正确的是( )
图7
A. 两车在t1时刻也并排行驶
B. t1时刻甲车在后,乙车在前
C. 甲车的加速度大小先增大后减小
D. 乙车的加速度大小先减小后增大
【答案】 BD
【解析】在v-t图象中图象包围的面积代表运动走过的位移,两车在t2时刻并排行驶,利用逆向思维并借助面积可知t1时刻甲车在后,乙车在前,故A错误,B正确;图象的斜率表示加速度,所以甲车的加速度先减小后增大,乙车的加速度也是先减小后增大,故C错误,D正确。
要点三 追及和相遇问题
【例题3】甲车以10 m/s的速度在平直的公路上匀速行驶,乙车以4 m/s的速度与甲车平行同向做匀速直线运动.甲车经过乙车旁边时开始以0.5 m/s2的加速度刹车,从甲车刹车开始计时,求:
(1)乙车在追上甲车前,两车相距的最大距离;
(2)乙车追上甲车所用的时间.
【答案】 (1)36 m (2)25 s
【解析】 (1)当甲车速度减至等于乙车速度时两车的距离最大,设该减速过程所用时间为t,
则有v乙=v甲-at,解得t=12 s,
此时甲、乙间距离为v甲t-at2-v乙t=36 m
(2)设甲车减速到零所需时间为t1,则有t1==20 s
t1时间内,x甲==×20 m=100 m
x乙=v乙t1=4×20 m=80 m
此后乙车运动时间t2== s=5 s
故乙车追上甲车需t1+t2=25 s.
针对训练3.如图8所示,直线MN表示一条平直公路,甲、乙两辆汽车原来停在A、B两处,A、B间的距离为85 m,现甲车先开始向右做匀加速直线运动,加速度a1=2.5 m/s2,甲车运动6.0 s时,乙车开始向右做匀加速直线运动,加速度a2=5.0 m/s2,求两辆汽车相遇处距A处的距离.
图8
【答案】 125 m或245 m
【解析】 甲车运动6 s的位移为s=a1t=45 m
此时甲车尚未追上乙车,设此后再经时间t甲车与乙车相遇,则有a1(t+t0)2=a2t2+85
将上式代入数据并整理得:t2-12t+32=0
解得:t1=4 s,t2=8 s
t1、t2都有意义,t1=4 s时,甲车追上乙车;t2=8 s时,乙车追上甲车再次相遇
第一次相遇地点距A的距离:x1=a1(t1+t0)2=125 m
第二次相遇地点距A的距离:x2=a1(t2+t0)2=245 m.
要点四 分析追及相遇问题的几种常用方法
【例题4】在水平轨道上有两列火车A和B相距x,A车在后面做初速度为v0、加速度大小为2a的匀减速直线运动,而B车同时做初速度为零、加速度为a的匀加速直线运动,两车运动方向相同。要使两车不相撞,求A车的初速度v0满足什么条件。
【答案】v0<
【解析】 时其速度最大只能与B车相等。设A、B两车从相距x到A车追上B车时,A车的位移为xA、末速度为vA、所用时间为t;B车的位移为xB、末速度为vB、运动过程如图1-4-7所示,现用四种方法解答如下:
图1-4-7
法一:临界法 利用位移公式、速度公式求解,对A车有xA=v0t+×(-2a)×t2,vA=v0+(-2a)×t,
对B车有xB=at2,vB=at,
两车位移关系有x=xA-xB,
追上时,两车不相撞的临界条件是vA=vB,
联立以上各式解得v0=。
故要使两车不相撞,A车的初速度v0应满足的条件是v0<。
法二:函数法 利用判别式求解,由解法一可知xA=x+xB,即v0t+×(-2a)×t2=x+at2,
整理得3at2-2v0t+2x=0。
这是一个关于时间t的一元二次方程,当根的判别式Δ=(-2v0)2-4·3a·2x<0时,t无实数解,即两车不相撞,所以要使两车不相撞,A车的初速度v0应满足的条件是v0<。
法三:图象法 
利用v-t图象求解,先作A、B两车的v-t图象,如图1-4-8所示,设经过t时间两车刚好不相撞,则对A车有vA=v=v0-2at,
图1-4-8
对B车有vB=v=at,
以上两式联立解得t=。
经t时间两车发生的位移之差为原来两车间的距离x,它可用图中的阴影面积表示,由图象可知
x=v0·t=v0·=,
所以要使两车不相撞,A车的初速度v0应满足的条件是v0<。
法四:相对运动法 巧选参考系求解。以B车为参考系,A车的初速度为v0,加速度为a=-2a-a=-3a。A车追上B车且刚好不相撞的条件是:vt=0,这一过程A车相对于B车的位移为x,由运动学公式v-v=2ax得:
02-v=2·(-3a)·x,
所以v0=。
即要使两车不相撞,A车的初速度v0应满足的条件是v0<。
针对训练4.A、B两列火车,在同一轨道上同向行驶,A车在前,其速度vA=10 m/s,B车在后,速度vB=30 m/s,因大雾能见度很低,B车在距A车x0=75 m时才发现前方有A车,这时B车立即刹车,但B车要经过180 m才能停止,问:B车刹车时A车仍按原速率行驶,两车是否会相撞?若会相撞,将在B车刹车后何时相撞?若不会相撞,则两车最近距离是多少?
【答案】 会相撞 在B车刹车后6 s时相撞
【解析】 B车刹车至停下来过程中,
由v2-v=2ax得aB=-=-2.5 m/s2
画出A、B两物体的v-t图象如图所示
根据图象计算出8 s内两列车发生的位移分别为
xB=×(10+30)×8 m=160 m
xA=10×8 m=80 m
因xB>x0+xA,故两车会相撞
设B车刹车后经过时间t′两车相撞,此时B车速度减为v,如图所示,则有×(v+30)t′=10t′+x0

联立两式并代入数据得t1′=6 s,t2′=10 s(舍去)。
随堂巩固
1.(多选)如图9所示为一个质点运动的位移x随时间t变化的图象,由此可知质点在0~4s内(  )
图9
A. 先沿x轴正方向运动,后沿x轴负方向运动
B. 一直做匀变速运动
C. t=2s时速度一定最大
D. 速率为5m/s的时刻有两个
【答案】 CD
【解析】位移-时间图象切线的斜率表示速度,则0-4s内斜率一直为负,速度为负,说明质点一直沿x轴负方向,故A错误;图象的斜率先增大后减小,说明物体的速率先增大后减小,做变速运动,但不能判断是不是匀变速运动,t=2s时斜率最大,速度最大,故B错误,C正确.因为图线斜率先增大后减小,并且平均速度为5m/s,故在增大和减小的过程中都有一时刻的速度为5m/s,共有两个时刻速度大小为5m/s,故D正确;
2.一物体由静止开始沿直线运动,其加速度随时间变化的规律如图10所示。取物体开始运动的方向为正方向,则下列关于物体运动的v-t图象正确的是
图10
【答案】 C
【解析】 根据加速度随时间变化的图象可得,0~1 s为匀加速直线运动,速度v=at=t,速度为正方向,答案D错。第1秒末的速度v=1 m/s,1~2 s加速度变为负值,而速度为正方向,因此为减速,v′=1 m/s-a(t-1),当第2秒末,速度减小为0,答案B错。2~3 s,加速度为正方向,初速度为0,物体为正方向的匀加速直线运动v=a(t-2)=t-2,即从第2秒开始又重复前面的运动,图象如C,选项C对、A错。
3.甲、乙两辆汽车在平直的公路上沿同一方向做直线运动,t=0时刻同时经过公路旁的同一个路标。在描述两车运动的v-t图中(如图11所示),直线a、b分别描述了甲、乙两车在0~20 s的运动情况。关于两车之间的位置关系,下列说法正确的是(  )
图11
A.在0~10 s内,两车逐渐靠近
B.在10~20 s内,两车逐渐远离
C.在5~15 s内,两车的位移相等
D.在t=10 s时,两车在公路上相遇
【答案】C
【解析】 根据v-t图线与时间轴所围面积表示位移可知:在0~10 s内,两车的位移差逐渐增大,即两车在远离,选项A错误;在10~20 s内,甲的速度大于乙的速度,两车在靠近,到20 s末两车相遇,选项B错误;在5~15 s内,由图线的对称关系知两图线在此时间段与时间轴所围面积相等,故两车位移相等,选项C正确;v-t图线的交点表示该时刻速度相等,选项D错误。
4.如图12所示,A、B两物体相距 x=7 m,物体A以vA=4 m/s的速度向右匀速运动,而物体B此时的速度vB=10 m/s,只在摩擦力作用下向右做匀减速运动,加速度a=-2 m/s2。那么物体A追上物体B所用的时间为(  )
图12
A.7 s          B.8 s
C.9 s D.10 s
【答案】B
【解析】物体B做匀减速运动,到速度为0时,所需时间t1= s=5 s,运动的位移xB== m=25 m。在这段时间内物体A的位移xA=vAt1=4×5 m=20 m;显然还没有追上,此后物体B静止,设追上所用时间为t,则有4t=x+25 m,所以t=8 s。故选B。
5.汽车A在红灯前停住,绿灯亮时启动,以0.4 m/s2的加速度做匀加速运动,经过30 s后以该时刻的速度做匀速直线运动.设在绿灯亮的同时,汽车B以8 m/s的速度从A车旁边驶过,且一直以相同的速度做匀速直线运动,运动方向与A车相同,则从绿灯亮时开始 (  )
A.A车在加速过程中与B车相遇
B.A、B相遇时速度相同
C.相遇时A车做匀速运动
D.两车不可能相遇
【答案】 C
【解析】 作出A、B两车运动的v-t图象如图所示,v-t图象所包围的
“面积”表示位移,经过30 s时,两车运动图象所围面积并不相等,
所以在A车加速运动的过程中,两车并未相遇,所以选项A错误;
30 s后A车以12 m/s的速度做匀速直线运动,随着图象所围 “面积”越来越大,可以
判断在30 s后某时刻两车图象所围面积会相等,即两车会相遇,此时A车的速度要大于
B车的速度,所以两车不可能再次相遇,选项C正确,选项B、D错误.
课时检测
一、选择题(每小题6分,共54分)
1.辽宁舰航空母舰飞机飞行跑道上配备有拦阻索,这使得国产歼15舰载战斗机在航母上起降成为可能.若该机在甲板上加速起飞过程可看做匀变速直线运动,在某段时间内的x-t图象如图13所示,视歼15舰载战斗机为质点,根据图中所给数据判断该机加速起飞过程中,下列选项正确的是 (  )
图13
A.经过图线上M点所对应位置时的速度小于2 m/s
B.在t=2.5 s时的速率等于4 m/s
C.在2 s~2.5 s这段时间内位移等于2 m
D.在2.5 s~3 s这段时间内位移等于2 m
【答案】 B
【解析】 由题图可知,在2 s~3 s这段时间内该机的平均速度==4 m/s,又匀变速直线运动的中间时刻速度等于这段时间内的平均速度,故在t=2.5 s时的速度等于4 m/s,选项B正确;结合图象可知M点位于t=2.5 s时刻之后,其速度大于4 m/s,选项A错误;该机在2 s~2.5 s这段时间内的平均速度小于4 m/s,所以位移小于2 m,选项C错误;而在2.5 s~3 s这段时间内,平均速度大于4 m/s,所以位移大于2 m,选项D错误.
2.质点做直线运动的速度-时间图象如图14所示,该质点( )
图14
A.在第1 s末速度方向发生了改变
B.在第2 s末加速度方向发生了改变
C.在前2 s内发生的位移为零
D.第3 s末和第5 s末的位置相同
【答案】 D
【解析】 由题图可知0~2 s内,速度为正,运动方向未改变,2 s末时,位移最大,v-t图线斜率表示加速度,1~3 s图线斜率未改变,故第2 s末加速度方向没有变化,A、B、C错误;由v-t图线与时间轴所围面积表示位移知,第3 s末和第5 s末质点位置相同,D正确。
3.(多选)某地在实施人工降雨时,竖直向上发射的气象火箭弹,先以2g的加速度向上匀加速运动,经时间t0后,变为匀速运动,再经时间t0后爆炸。(以向上为正方向下列关于其爆炸前运动的速度图象(v-t图)和加速度图象(a-t图)的描述,正确的是 ( )
【答案】 AC
【解析】 依题意可知,在0~t0时间内火箭弹向上做匀加速直线运动,因此其v-t图线应该是一条向上倾斜的线段,而a-t图线则是一条平行于横轴且在横轴上方的线段;在t0~2t0时间内火箭弹向上做匀速直线运动,因此其v-t图线应是一条平行于横轴的线段,而a-t图象则是一条与横轴重合的线段。
4.(多选)甲、乙两个物体从同一地点、沿同一直线同时做直线运动,其v-t图象如图15所示,则(  )
图15
A.1 s时甲和乙相遇
B.0~6 s内甲乙相距最大距离为8 m
C.2~6 s内甲相对乙做匀速直线运动
D.4 s时乙的加速度方向反向
【答案】BC
【解析】两物体从同一地点出发,t=1 s之前乙的速度一直大于甲的速度,故两物体在t=1 s时不会相遇,A错误;在0~6 s内,在t=6 s时两物体间距最大,最大距离为8 m,B正确;因2~6 s内甲、乙两物体减速的加速度相同,故v甲-v乙恒定不变,即甲相对乙做匀速直线运动,C正确,D错误。
5.(多选)从同一地点同时开始沿同一方向做直线运动的两个物体A、B的速度—时间图象如图16所示。在0~t0时间内,下列说法中正确的是
图16
A.A、B两个物体的加速度大小都在不断减小
B.A物体的加速度不断增大,B物体的加速度不断减小
C.A、B物体的位移都不断增大
D.A、B两个物体的平均速度大小都大于
6.两辆游戏赛车a、b在两条平行的直车道上行驶。t=0时两车都在同一计时线处,此时比赛开始。它们在四次比赛中的v-t图象如图17所示,则在比赛中有一辆赛车追上了另一辆的图象是(  )
图17
【答案】AC
【解析】 由v-t图象的特点可知,图线与t轴所围面积的大小即为物体位移的大小。观察4个图象,只有A、C选项中a、b所围面积的大小有相等的时刻,故选项A、C正确。
7.(多选)甲、乙两物体从同一位置沿同一直线运动,它们的x-t图像如图18所示(乙的图线为抛物线),下列说法正确的是
图18
A. t1时刻,两者相距最远
B. 0~t2时间内,乙的速度先减小后增大
C. t2时刻,甲物体追上乙
D. 乙物体先向负方向运动,t1时刻以后反向向正方向运动
【答案】 ABD
【解析】纵坐标之差表示甲乙之间的距离,由图象可知t1时刻两者相距最远,故A正确;在位移-时间图象中,斜率表示速度,由图象可知乙的斜率先负后正,乙物体先向负方向运动,t1时刻后反向向正方向运动,斜率先减小后增大,乙的速度先减小后增大,故B、D正确;图象交点表示相遇,t2时刻之前甲在乙的前面,则t2时刻乙物体追上甲,故C错误。
8.(多选)t=0时,甲、乙两汽车从相距70 km的两地开始相向行驶,它们的v-t图象如图19所示。忽略汽车掉头所需时间。下列对汽车运动状况的描述正确的是
图19
A.在第1小时末,乙车改变运动方向
B.在第2小时末,甲、乙两车相距10 km
C.在前4小时内,乙车运动加速度的大小总比甲车的大
D.在第4小时末,甲、乙两车相遇
【答案】 BC
【解析】 第1小时末,图象上的拐点并不表示运动方向改变,而表示由匀加速变为匀减速,A错。由2小时末甲、乙两图线围成的面积,可知乙车位移为30 km,甲车位移也是30 km,B对。v-t图象的斜率表示加速度,从斜率可以看出,4 h内乙车加速度一直比甲车加速度大,C对。v-t图象的交点不表示相遇,只表示速度相等,由图象围成的面积知,甲的位移为120 km,乙的位移为30 km,原来相距70 km,最后相距20 km,D错。
9.[导学号:60810055](多选)将甲、乙两小球先后以同样的速度在距地面不同高度处竖直向上抛出,抛出时间间隔2 s,它们运动的v-t图象分别如图20直线甲、乙所示。则
图20
A.t=2 s时,两球高度相差一定为40 m
B.t=4 s时,两球相对于各自抛出点的位移相等
C.两球从抛出至落到地面所用的时间间隔相等
D.甲球从抛出至达到最高点的时间间隔与乙球的相等
二、计算题(共46分)
10.(14分)动物爱好者经过长期观察发现,猎豹从静止开始沿直线奔跑时,经过60 m的距离其速度加速到最大为30 m/s,以后只能维持这一速度4.0 s;羚羊从静止开始沿直线奔跑时,经过50 m的距离其速度加速到最大为25 m/s,并能保持这一速度奔跑较长的时间。一次猎豹在距羚羊x处对羚羊开始发起攻击,羚羊在猎豹发起攻击后1.0 s开始奔跑,结果猎豹在减速前追上了羚羊,试求x值的取值范围(假定猎豹和羚羊在加速阶段分别做匀加速直线运动,且均沿同一直线奔跑)。
图21
【答案】x≤55 m
【解析】设x=x0时猎豹恰好在即将减速时追上了羚羊,所以猎豹做匀速运动时间t0=4 s
由v2=2ax得猎豹和羚羊加速运动时的加速度分别为
a1==7.5 m/s2,a2==6.25 m/s2
由v=at得猎豹和羚羊加速运动过程所用时间分别为
t1==4 s,t2==4 s
猎豹在减速前发生的位移x3=x1+v1t0=180 m
羚羊在猎豹减速前发生的位移x4=x2+v2(t0-1)=125 m
所以x0=x3-x4=55 m
由题意分析可知,要使猎豹在减速前追上羚羊,应有x≤x0即x≤55 m
11.(16分)一辆值勤的警车停在公路边,当警员发现从他旁边以10 m/s的速度匀速行驶的货车有违章行为时,决定前去追赶,经过2 s后警车发动起来,并以2 m/s2的加速度做匀加速运动,试问:
(1)警车在追赶货车的过程中,两车间的最大距离是多少?
(2)若警车能达到的最大速度vm=12 m/s,达到最大速度后以该速度匀速运动,则警车发动后要多长时间才能追上货车?
【答案】 (1)45 m (2)28 s
【解析】 (1)警车在追赶货车的过程中,当两车速度相等时,它们间的距离最大,设警车发动后经过t1时间两车的速度相等,则t1== s=5 s
此时货车位移x货=v货t=(2+5)×10 m=70 m
警车位移x警=at=×2×52 m=25 m
所以两车间的最大距离Δx=x货-x警=45 m。
(2)当警车刚达到最大速度时,运动时间
t2== s=6 s
此时货车位移x货′=v货t′=10×(2+6)m=80 m
警车位移x警′=at=×2×62 m=36 m
因为x货′>x警′,故此时警车尚未赶上货车,且此时两车距离Δx′=x货′-x警′=44 m
警车达到最大速度后做匀速运动,设再用时t3追上,则
vmt3=Δx′+v货t3
解得t3=22 s
警车发动后追上货车所需时间
t总=t2+t3=28 s。
12.(16分)甲、乙两物体从同一地点出发同方向运动,其速度图象如图22所示。求:
图22
(1)从乙物体开始运动经多长时间两物体相遇?
(2)相遇处距出发点多远?
(3)相遇前两物体间的最大距离是多少?
第一部分 运动的描述 匀变速直线运动的研究
第3讲 运动图象、追及相遇问题(原卷版)
理解匀变速直线运动的x-t图象、v-t图象,并会用它们解决问题.
掌握追及与相遇问题的特点以及解决这类问题的一般方法.
一、直线运动的x—t图象
1.图象的意义
反映了做直线运动的物体_________随时间变化的规律。
2.两种特殊的x-t图象
(1)x-t图象是一条平行于时间轴的直线,说明物体处于__________状态。
(2)x-t图象是一条倾斜直线,说明物体处于_______________状态。
3.x-t图象中的“点”“线”“斜率”“截距”的意义
(1)点:两图线交点,说明两物体__________。
(2)线:表示研究对象的变化过程和规律。
(3)斜率:x-t图象的斜率表示_________的大小及方向。
(4)截距:纵轴截距表示t=0时刻的初始_________,横轴截距表示位移为零的时刻。
直线运动的v-t图象
1.图象的意义
反映了做直线运动的物体的_________随时间变化的规律。
2.两种特殊的v-t图象
(1)若v-t图象是与横轴平行的直线,说明物体做__________________。
(2)若v-t图象是一条倾斜的直线,说明物体做_____________________。
3.v-t图象中的“点”“线”“斜率”“截距”“面积”的意义
(1)点:两图线交点,说明两物体在该时刻的___________相等。
(2)线:表示速度的变化过程和规律。
(3)斜率:表示______________的大小及方向。
(4)截距:纵轴截距表示t=0时刻的______________,横轴截距表示速度为零的时刻。
(5)面积:数值上表示某段时间内的__________。
三、追及与相遇问题
1.追及与相遇问题的概述
当两个物体在_____________运动时,由于两物体的运动情况不同,所以两物体之间的距离会不断发生变化,两物体间距越来越大或越来越小,这时就会涉及追及、相遇或避免碰撞等问题。
2.在追及问题中,若后者能追上前者,则追上时,两者处于同一位置,后者的速度一定__________前者的速度;若后者追不上前者,则当后者的速度与前者相等时,两者相距最近.
3.在相遇问题中,同向运动的两物体追及即相遇;相向运动的物体,当各自发生的位移大小之和_________开始时两物体之间的距离时即相遇.
1.一遥控玩具汽车在平直路面上运动的位移-时间图象如图1所示,则
图1
A.15 s内汽车的位移为300 m
B.前10 s内汽车的加速度为3 m/s2
C.20 s末汽车的速度为-1 m/s
前25 s内汽车做单方向直线运动
2.如图2所示的位移-时间图象和速度-时间图象中,给出的四条图线1、2、3、4代表四个不同物体的运动情况.下列描述正确的是 (  )
图2
A.图线1表示物体做曲线运动
B.x-t图象中t1时刻v1>v2
C.v-t图象中0至t3时间内图线3和图线4的平均速度大小相等
D.图线2和图线4中,t2、t4时刻都表示物体反向运动
3.[多选]某物体运动的速度图象如图3所示,根据图象可知(  )
图3
A.0~2 s内的加速度为1 m/s2
B.0~5 s内的位移为10 m
C.第1 s末与第3 s末的速度方向相同
D.第1 s末与第5 s末加速度方向相同
4.甲、乙两物体先后从同一地点出发,沿一条直线运动,它们的v-t图象如图4所示,由图可知(  )
图4
A.甲比乙运动快,且早出发,所以乙追不上甲
B.t=20 s时,乙追上了甲
C.在t=20 s之前,甲比乙运动快;在t=20 s之后,乙比甲运动快
D.由于乙在t=10 s时才开始运动,所以t=10 s时,甲在乙前面,它们之间的距离为乙追上甲前的最大距离
要点一 运动图象的理解及应用
运动学图象主要有x-t图象和v-t图象,运用运动学图象解题可总结为六看:
1.一看“轴”:先要看清两轴所代表的物理量,即图象是描述哪两个物理量之间的关系.
2.二看“线”:图象表示研究对象的变化过程和规律.在v-t图象和x-t图象中倾斜的线分别表示物体的速度和位移随时间变化的运动情况.
3.三看“斜率”:x-t图象中斜率表示运动物体的速度大小和方向.v-t图象中斜率表示运动物体的加速度大小和方向.
4.四看“面积”:即图线和坐标轴所围的面积,也往往代表一个物理量,这要看两物理量的乘积有无意义.例如v和t的乘积vt=x有意义,所以v-t图线与横轴所围“面积”表示位移,x-t图象与横轴所围“面积”无意义.
5.五看“截距”:截距一般表示物理过程的初始情况,例如t=0时的位移或速度.
6.六看“特殊点”:例如交点、拐点(转折点)等.例如x-t图象的交点表示两质点相遇,但v-t图象的交点只表示速度相等.
要点二 追及相遇问题的分析
1.分析追及问题的方法技巧可概括为“一个临界条件”、“两个等量关系”.
(1)一个临界条件:速度相等.它往往是物体间能否追上或(两者)距离最大、最小的临界条件,也是分析判断问题的切入点;
(2)两个等量关系:时间关系和位移关系,通过画草图找出两物体的时间关系和位移关系是解题的突破口.
2.能否追上的判断方法
物体B追赶物体A:开始时,两个物体相距x0.若vA=vB时,xA+x0vA=vB时,xA+x0=xB,则恰好不相撞;若vA=vB时,xA+x0>xB,则不能追上.
3.若被追赶的物体做匀减速直线运动,一定要注意判断追上前该物体是否已经停止运动
4.分析追及与相遇问题常用的方法:
(1)临界条件法:当二者速度相等时,二者相距最远(最近).
(2)图象法:画出x-t图象或v-t图象,然后利用图象进行分析求解.
(3)数学判别式法:设相遇时间为t,根据条件列方程,得到关于t的一元二次方程,用判别式进行讨论,若Δ>0,即有两个解,说明可以相遇两次;若Δ=0,说明刚好追上或相遇;若Δ<0,说明追不上或不能相遇.
(4)相对运动法:用相对运动的知识求解追及或相遇问题时,要注意将两个物体对地的物理量(速度、加速度和位移)转化为相对的物理量。在追及问题中,常把被追及物体作为参考系,这样追赶物体相对被追物体的各物理量即可表示为:x相对=x后-x前=x0,v相对=v后-v前,a相对=a后-a前,且上式中各物理量(矢量)的符号都应以统一的正方向进行确定。
要点一 运动图象的理解及应用
【例题1】设物体运动的加速度为a、速度为v、位移为x、所受合外力为F。现有四个不同物体的运动过程中某物理量与时间的关系图象,如图5所示。已知t=0时刻物体的速度均为零,则其中表示物体做单向直线运动的图象是
【答案】C
【解析】由A、B项图象可直接看出,两图象中两物体均做往复运动,A、B均错误,画出C、D项的v-t图,分别如图甲、乙所示,可知C项正确、D项错误。
针对训练1.(2018年高考理综全国III卷)(多选)甲乙两车在同一平直公路上同向运动,甲做匀加速直线运动,乙做匀速直线运动。甲乙两车的位置x随时间t的变化如图6所示。下列说法正确的是
图6
A. 在t1时刻两车速度相等
B. 从0到t1时间内,两车走过的路程相等
C. 从t1到t2时间内,两车走过的路程相等
D. 从t1到t2时间内的某时刻,两车速度相等
要点二 运动图象的应用
【例题2】某同学欲估算飞机着陆时的速度,他假设飞机在平直跑道上做匀减速运动,飞机在跑道上滑行的距离为s,从着陆到停下来所用的时间为t,实际上,飞机的速度越大,所受的阻力越大,则飞机着陆时的速度应是 (  )
A.v= B.v=
C.v> D.【答案】 C
【解析】 由题意知,当飞机的速度减小时,所受的阻力减小,因而它的加速度会逐渐变小.画出相应的v-t图象大致如图所示。根据图象的意义可知,实线与坐标轴包围的面积为s,虚线(匀减速运动)下方的“面积”表示的位移为:t.应有:t>s,所以v>,所以选项C正确.
针对训练2.(2018年高考理综全国II卷)(多选)甲、乙两汽车同一条平直公路上同向运动,其速度—时间图像分别如图7中甲、乙两条曲线所示。已知两车在t2时刻并排行驶,下列说法正确的是( )
图7
A. 两车在t1时刻也并排行驶
B. t1时刻甲车在后,乙车在前
C. 甲车的加速度大小先增大后减小
D. 乙车的加速度大小先减小后增大
要点三 追及和相遇问题
【例题3】甲车以10 m/s的速度在平直的公路上匀速行驶,乙车以4 m/s的速度与甲车平行同向做匀速直线运动.甲车经过乙车旁边时开始以0.5 m/s2的加速度刹车,从甲车刹车开始计时,求:
(1)乙车在追上甲车前,两车相距的最大距离;
(2)乙车追上甲车所用的时间.
【答案】 (1)36 m (2)25 s
【解析】 (1)当甲车速度减至等于乙车速度时两车的距离最大,设该减速过程所用时间为t,
则有v乙=v甲-at,解得t=12 s,
此时甲、乙间距离为v甲t-at2-v乙t=36 m
(2)设甲车减速到零所需时间为t1,则有t1==20 s
t1时间内,x甲==×20 m=100 m
x乙=v乙t1=4×20 m=80 m
此后乙车运动时间t2== s=5 s
故乙车追上甲车需t1+t2=25 s.
针对训练3.如图8所示,直线MN表示一条平直公路,甲、乙两辆汽车原来停在A、B两处,A、B间的距离为85 m,现甲车先开始向右做匀加速直线运动,加速度a1=2.5 m/s2,甲车运动6.0 s时,乙车开始向右做匀加速直线运动,加速度a2=5.0 m/s2,求两辆汽车相遇处距A处的距离.
图8
要点四 分析追及相遇问题的几种常用方法
【例题4】在水平轨道上有两列火车A和B相距x,A车在后面做初速度为v0、加速度大小为2a的匀减速直线运动,而B车同时做初速度为零、加速度为a的匀加速直线运动,两车运动方向相同。要使两车不相撞,求A车的初速度v0满足什么条件。
【答案】v0<
【解析】 时其速度最大只能与B车相等。设A、B两车从相距x到A车追上B车时,A车的位移为xA、末速度为vA、所用时间为t;B车的位移为xB、末速度为vB、运动过程如图1-4-7所示,现用四种方法解答如下:
图1-4-7
法一:临界法 利用位移公式、速度公式求解,对A车有xA=v0t+×(-2a)×t2,vA=v0+(-2a)×t,
对B车有xB=at2,vB=at,
两车位移关系有x=xA-xB,
追上时,两车不相撞的临界条件是vA=vB,
联立以上各式解得v0=。
故要使两车不相撞,A车的初速度v0应满足的条件是v0<。
法二:函数法 利用判别式求解,由解法一可知xA=x+xB,即v0t+×(-2a)×t2=x+at2,
整理得3at2-2v0t+2x=0。
这是一个关于时间t的一元二次方程,当根的判别式Δ=(-2v0)2-4·3a·2x<0时,t无实数解,即两车不相撞,所以要使两车不相撞,A车的初速度v0应满足的条件是v0<。
法三:图象法 
利用v-t图象求解,先作A、B两车的v-t图象,如图1-4-8所示,设经过t时间两车刚好不相撞,则对A车有vA=v=v0-2at,
图1-4-8
对B车有vB=v=at,
以上两式联立解得t=。
经t时间两车发生的位移之差为原来两车间的距离x,它可用图中的阴影面积表示,由图象可知
x=v0·t=v0·=,
所以要使两车不相撞,A车的初速度v0应满足的条件是v0<。
法四:相对运动法 巧选参考系求解。以B车为参考系,A车的初速度为v0,加速度为a=-2a-a=-3a。A车追上B车且刚好不相撞的条件是:vt=0,这一过程A车相对于B车的位移为x,由运动学公式v-v=2ax得:
02-v=2·(-3a)·x,
所以v0=。
即要使两车不相撞,A车的初速度v0应满足的条件是v0<。
针对训练4.A、B两列火车,在同一轨道上同向行驶,A车在前,其速度vA=10 m/s,B车在后,速度vB=30 m/s,因大雾能见度很低,B车在距A车x0=75 m时才发现前方有A车,这时B车立即刹车,但B车要经过180 m才能停止,问:B车刹车时A车仍按原速率行驶,两车是否会相撞?若会相撞,将在B车刹车后何时相撞?若不会相撞,则两车最近距离是多少?
随堂巩固
1.(多选)如图9所示为一个质点运动的位移x随时间t变化的图象,由此可知质点在0~4s内(  )
图9
A. 先沿x轴正方向运动,后沿x轴负方向运动
B. 一直做匀变速运动
C. t=2s时速度一定最大
D. 速率为5m/s的时刻有两个
2.一物体由静止开始沿直线运动,其加速度随时间变化的规律如图10所示。取物体开始运动的方向为正方向,则下列关于物体运动的v-t图象正确的是
图10
3.甲、乙两辆汽车在平直的公路上沿同一方向做直线运动,t=0时刻同时经过公路旁的同一个路标。在描述两车运动的v-t图中(如图11所示),直线a、b分别描述了甲、乙两车在0~20 s的运动情况。关于两车之间的位置关系,下列说法正确的是(  )
图11
A.在0~10 s内,两车逐渐靠近
B.在10~20 s内,两车逐渐远离
C.在5~15 s内,两车的位移相等
D.在t=10 s时,两车在公路上相遇
4.如图12所示,A、B两物体相距 x=7 m,物体A以vA=4 m/s的速度向右匀速运动,而物体B此时的速度vB=10 m/s,只在摩擦力作用下向右做匀减速运动,加速度a=-2 m/s2。那么物体A追上物体B所用的时间为(  )
图12
A.7 s          B.8 s
C.9 s D.10 s
5.汽车A在红灯前停住,绿灯亮时启动,以0.4 m/s2的加速度做匀加速运动,经过30 s后以该时刻的速度做匀速直线运动.设在绿灯亮的同时,汽车B以8 m/s的速度从A车旁边驶过,且一直以相同的速度做匀速直线运动,运动方向与A车相同,则从绿灯亮时开始 (  )
A.A车在加速过程中与B车相遇
B.A、B相遇时速度相同
C.相遇时A车做匀速运动
D.两车不可能相遇
课时检测
一、选择题(每小题6分,共54分)
1.辽宁舰航空母舰飞机飞行跑道上配备有拦阻索,这使得国产歼15舰载战斗机在航母上起降成为可能.若该机在甲板上加速起飞过程可看做匀变速直线运动,在某段时间内的x-t图象如图13所示,视歼15舰载战斗机为质点,根据图中所给数据判断该机加速起飞过程中,下列选项正确的是 (  )
图13
A.经过图线上M点所对应位置时的速度小于2 m/s
B.在t=2.5 s时的速率等于4 m/s
C.在2 s~2.5 s这段时间内位移等于2 m
D.在2.5 s~3 s这段时间内位移等于2 m
2.质点做直线运动的速度-时间图象如图14所示,该质点( )
图14
A.在第1 s末速度方向发生了改变
B.在第2 s末加速度方向发生了改变
C.在前2 s内发生的位移为零
D.第3 s末和第5 s末的位置相同
3.(多选)某地在实施人工降雨时,竖直向上发射的气象火箭弹,先以2g的加速度向上匀加速运动,经时间t0后,变为匀速运动,再经时间t0后爆炸。(以向上为正方向下列关于其爆炸前运动的速度图象(v-t图)和加速度图象(a-t图)的描述,正确的是 ( )
4.(多选)甲、乙两个物体从同一地点、沿同一直线同时做直线运动,其v-t图象如图15所示,则(  )
图15
A.1 s时甲和乙相遇
B.0~6 s内甲乙相距最大距离为8 m
C.2~6 s内甲相对乙做匀速直线运动
D.4 s时乙的加速度方向反向
5.(多选)从同一地点同时开始沿同一方向做直线运动的两个物体A、B的速度—时间图象如图16所示。在0~t0时间内,下列说法中正确的是
图16
A.A、B两个物体的加速度大小都在不断减小
B.A物体的加速度不断增大,B物体的加速度不断减小
C.A、B物体的位移都不断增大
D.A、B两个物体的平均速度大小都大于
6.两辆游戏赛车a、b在两条平行的直车道上行驶。t=0时两车都在同一计时线处,此时比赛开始。它们在四次比赛中的v-t图象如图17所示,则在比赛中有一辆赛车追上了另一辆的图象是(  )
图17
7.(多选)甲、乙两物体从同一位置沿同一直线运动,它们的x-t图像如图18所示(乙的图线为抛物线),下列说法正确的是
图18
A. t1时刻,两者相距最远
B. 0~t2时间内,乙的速度先减小后增大
C. t2时刻,甲物体追上乙
D. 乙物体先向负方向运动,t1时刻以后反向向正方向运动
8.(多选)t=0时,甲、乙两汽车从相距70 km的两地开始相向行驶,它们的v-t图象如图19所示。忽略汽车掉头所需时间。下列对汽车运动状况的描述正确的是
图19
A.在第1小时末,乙车改变运动方向
B.在第2小时末,甲、乙两车相距10 km
C.在前4小时内,乙车运动加速度的大小总比甲车的大
D.在第4小时末,甲、乙两车相遇
9.(多选)将甲、乙两小球先后以同样的速度在距地面不同高度处竖直向上抛出,抛出时间间隔2 s,它们运动的v-t图象分别如图20直线甲、乙所示。则
图20
A.t=2 s时,两球高度相差一定为40 m
B.t=4 s时,两球相对于各自抛出点的位移相等
C.两球从抛出至落到地面所用的时间间隔相等
D.甲球从抛出至达到最高点的时间间隔与乙球的相等
二、计算题(共46分)
10.(14分)动物爱好者经过长期观察发现,猎豹从静止开始沿直线奔跑时,经过60 m的距离其速度加速到最大为30 m/s,以后只能维持这一速度4.0 s;羚羊从静止开始沿直线奔跑时,经过50 m的距离其速度加速到最大为25 m/s,并能保持这一速度奔跑较长的时间。一次猎豹在距羚羊x处对羚羊开始发起攻击,羚羊在猎豹发起攻击后1.0 s开始奔跑,结果猎豹在减速前追上了羚羊,试求x值的取值范围(假定猎豹和羚羊在加速阶段分别做匀加速直线运动,且均沿同一直线奔跑)。
图21
11.(16分)一辆值勤的警车停在公路边,当警员发现从他旁边以10 m/s的速度匀速行驶的货车有违章行为时,决定前去追赶,经过2 s后警车发动起来,并以2 m/s2的加速度做匀加速运动,试问:
(1)警车在追赶货车的过程中,两车间的最大距离是多少?
(2)若警车能达到的最大速度vm=12 m/s,达到最大速度后以该速度匀速运动,则警车发动后要多长时间才能追上货车?
12.(16分)甲、乙两物体从同一地点出发同方向运动,其速度图象如图22所示。求:
图22
(1)从乙物体开始运动经多长时间两物体相遇?
(2)相遇处距出发点多远?
(3)相遇前两物体间的最大距离是多少?

展开更多......

收起↑

资源列表