内 容 要求 说明 参考系、质点 Ⅰ 位移、速度和加速度 Ⅱ 匀变速直线运动及其公式、图象 实验:研究匀变速直线运动
力和运动的关系问题是力学的中心问题,而运动学问题是力学部分的基础,在整个力学中的地位是很重要的.本章研究物体做直线运动的规律,即物体的位移、速度、加速度等概念,贯穿几乎整个高中物理内容,近几年高考对本章的考查比较多,考查涉及题型有选择题,实验题和计算题. 1.近年高考单独命题考查的重点是匀变速直线运动的规律及图象.近些年高考中图象问题及对运动过程分析和解题中的技巧要求较高,它属于数学方法在物理中应用的一个重要方面.
2.本章知识较多与牛顿运动定律、电场、磁场中带电粒子的运动等知识结合起来进行考查. 3.将物理规律与实际问题(高科技活动、生物体的运动及体育素材等)结合密切,要求能构建物体运动过程,还原其运动本质.
在复习这部分内容时应着重于概念、规律的形成过程的理解和掌握,搞清知识的来龙去脉,弄清它的物理实质,而不仅仅是记住几个条文背几个公式.例如,复习“质点”概念时,不是仅去记住定义,更重要的是领会物理实质,它包含了如何建立理想化的模型,去除次要因素抓住本质去研究问题的科学方法.要把所学到的知识应用到生动的实例中去,这些知识就不会再是枯燥的、生硬的结论,而是生动的物理现象、物理情境、物理过程.
直线运动 一、基本概念
直线运动 二、基本规律 接下页
直线运动 接上页
1.机械运动: 一个物体相对于其他物体的位置随时间发生变化 叫做机械运动,常简称为运动. 2.参考系: 描述一个物体运动时,选来做为参考的物体 ,叫做参考系,也就是 假定不动 的物体.同一个运动,如果选不同的物体做参考系,观察的结果可能不同.研究地面上物体的运动时,通常取 地面或相对地面静止的物体 做参考系比较方便.
3.质点: 用来代替物体的有质量的点 叫做质点.质点是一种理想模型,是一种科学抽象,可以使物体运动问题的分析得到简化,这是研究物理问题的一种重要方法. 4.时间和时刻:(1)时间和时刻都可以在时间轴上表示出来,在时间轴上,每一个点都表示一个 时刻 ,每两点之间的线段表示一段 时间 .我们可以理解为时刻就是时间“点”,时间是时间“段”. (2)时间的计量单位是 秒(s)、分(min)、时(h) .在实验室中常用 秒表 和 打点计时器 来测量时间.
5.位移是表示 质点位置的变动 的物理量,符号是 x ,用初位置指向末位置的有向线段表示,它 既有大小、又有方向 ,所以是矢量.路程是 质点运动轨迹的长度 ,只有大小,没有方向,是 标量 . 6.匀速直线运动:物体在一条直线上运动,如果任意 相等的时间内位移相等 ,这种运动就叫做匀速直线运动.
(3)平均速度:做变速运动的物体的位移Δx跟发生这段位移所用时间Δt的比值.在变速直线运动中,不同时间(或不同位移)内的平均速度一般是不同的,因此,在谈到平均速度时一定要指明是 哪段时间 或 哪段位移 的平均速度. (4)瞬时速度能精确地描述做变速直线运动的物体经过某一时刻(或某一位置)时的快慢程度.瞬时速度大小,叫瞬时速率,简称速率.
(3)加速度是矢量,加速度的方向跟 速度变化量(Δv) 的方向相同,在加速直线运动中,加速度方向跟初速度方向相同.若规定初速度方向为正方向,则a 取正 ,在减速直线运动中,加速度方向与初速度的方向相反,则a 取负 ,加速度的正负号只表示加速度的方向与规定的正方向相同或相反,不表示加速度大小.
1.何种情况下物体可以看成质点? 解答:用质点代替物体,可以使问题简化,便于研究.这种建立理想模型的方法是一种重要的科学研究方法.但把物体抽象成质点来研究是有条件的:①从运动学的角度认识,物体上各点的运动状态相同或可视为相同时,可以将物体视为质点.如果一个或几个物体的加速度相同时一般也可以处理为质点.②物体的线度对所运动的空间来说可忽略不计,则物体可被当做质点来处理.
比如,当研究地球的自转时,地球不能被当做质点;而研究地球的公转时,地球的大小跟公转的半径比较可以忽略不计,因此可以把地球当做质点.
1.质点和参考系 例1:(2009·广东理基)做下列运动的物体,能当做质点处理的是( ) A.自转中的地球 B.旋转中的风力发电机叶片 C.在水面上旋转的花样滑冰运动员 D.匀速直线运动的火车 D
方法点拨:运动的物体能否视为质点,不能只看它的几何尺寸,只要物体的大小对所研究的问题(位移、速度)的影响可以忽略不计时,物体可被看成质点.
变式训练1:车辆在行进中,要研究车轮的运动,下列选项中正确的是( ) A.车轮只做平动 B.车轮只做转动 C.车轮的平动可以用质点模型分析 D.车轮的转动可以用质点模型分析 C 解析:行驶中车辆的车轮既有平动,又有转动.研究其平动时,可忽略车轮各点运动情况的差异,故可用质点模型分析;研究其转动时,不能忽略车轮各点运动情况的差异,故不可用质点模型分析.
例2:甲、乙两车以相同的速度v0同轨道直线前进,甲在前,乙在后,两车上分别有a、b两人各用石子瞄准对方,以相对自身v0的速度同时水平打击对方.若石子的竖直下落很小,则( ) A.a先被击中 B.b先被击中 C.a、b同时被击中 D.石子可以击中b而不能击中a
解析:选取甲、乙两车的中任何一辆为参考系,则两石子相对甲(或乙)车的速度大小相同,且击中对方的相对位移也相同,因而可以得出a、b两人同时被击中的结论,故C正确. 方法点拨:在解题时,适当选择参考系,可使问题简化.
变式训练2:某游艇沿直线河流匀速逆水航行,在某处丢失了一个救生圈,丢失后经时间t才发现,于是游艇立即返航去追赶,结果在丢失点下游距丢失点s处追上,设水流速恒定,游艇往返的划行速率不变,求水速.
2.位移与路程 例3:在运动场的一条直线跑道上,每隔5m放置一个空瓶,运动员在进行折返跑训练时,从中间某个瓶子处出发,跑向最近的空瓶将其扳倒后返回再扳倒出发点处的空瓶子,之后再折返扳倒前面最近处的瓶子,依次下去,当他扳倒第6个空瓶时,他跑过的路程是多少?位移是多大?
解析:设从O处出发,其运动情景如图所示,由路程是轨迹的长度得:L=(5+5+10+15+20+25)m=80m,由位移的概念有:x=10m. 方法点拨:本题主要考查对位移和路程的理解,作出运动员运动的示意图,使运动过程直观形象,易于求解.
变式训练3:某同学从学校的门口A处开始散步,先向南走了50m到达B处再向东走了100m到达C处,最后又向北走了150m到达D处,则: (1)此人散步的总路程和位移各是多少? (2)要确切地表示这人散步过程中的各个位置,应采用什么数学手段较妥,分别应如何表示? (3)要比较确切地表示此人散步的位置变化,应用位移还是路程?
(2)应用直角坐标系中的坐标表示,以A为坐标原点,向东为x轴正向,向北为y轴正向,则A点为(0,0),B(0,-50),C(100,-50),D(100,100). (3)应用位移可准确表示此人散步的位置变化. 方法点拨:位移是矢量,分析问题时根据运动过程确定物体的初、末位置,从而确定位移的方向,位移方向与物体运动的路径无关.
3.速度与速率 例4: 一列火车沿平直轨道运行,先以10m/s的速度匀速行驶15min,随即改以15m/s的速度匀速行驶10min,最后在5min内又前进1000m而停止.则该火车在前25min及整个30min内的平均速度各为多大?它通过最后2000m的平均速度是多大?
方法点拨:匀速直线运动的问题要着重分析物体的运动情景,可根据题目要求作出物体的运动情景图,根据题目要求确定物体在何时处于何处,做什么运动,再列式求解.
4.匀速直线运动 例5:如图111所示,相邻两车站间距相等,在一条直线上.车在两站间匀速行驶时速度均为v车,每次靠站停顿时间均为t.某同学位于车站1与车站2之间离车站2较近的某一位置,当车从车站3开动的同时,他向车站2以速度v人匀速奔跑,并恰能赶上汽车,车长不计.
于是该同学得出结论:若他仍以此平均速度从原位置向车站1奔跑,也一定能赶得上这辆班车. 请你通过计算判断这位同学的结论是否正确?并分析此结论成立的初位置须满足的条件是什么?
变式训练5:一辆客车在某高速公路上行驶,在经过某直线路段时,司机驾车做匀速直线运动.司机发现其正要通过正前方高山悬崖上的隧道,于是鸣笛,5s后听到回声,听到回声后行驶10s司机第二次鸣笛,3s后听到回声,请根据以上数据帮助司机算一下客车的速度,看客车是否超速行驶,以便提醒司机安全驾驶.已知此高速公路的最高限速为120km/h,声音在空气中的传播速度为340m/s.
解析:设客车行驶速度为v1,声速为v2,客车第一次鸣笛时客车离悬崖的距离为L. 由题意在第一次鸣笛到听到回声的过程中,应有 2L-5v1=5v2 当客车第二次鸣笛时,客车距离悬崖的距离为 L′=L-15v1
同理 2L′-3v1=3v2 即 2(L-15v1)-3v1=3v2 由以上可得 v1=v2/14=24.3m/s v1=24.3m/s=87.5km/h,小于120km/h,故客车未超速.