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  • 2021-05-22 发布

高中物理人教版必修一导学案:第二章第四节+匀变速直线运动的速度与位移的关系

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4 匀变速直线运动的速度与位移的关系 课堂合作探究 问题导学 一、匀 变速直线运动的位移与速度的关系 活动与探究 1 1.有些航空母舰上装有帮助飞机起飞的弹射装置,假设某种型号的战斗机在跑道上产 生的最大加速度为 4.5 m/s2,起飞速度为 50 m/s,要求飞机滑行 100 m 后起飞,能否只用一 个关系式直接求出弹射系统给飞机的初速度? 2.请你设计一飞机跑道,给一特殊类型的喷气飞机使用,该飞机在跑道上滑行时以 a =4.0 m/s2 恒定的加速度增速,当速度达到 85 m/s 时就可升空,如果允许飞机在达到起飞速 率的瞬时停止起飞而仍不会滑出跑道,且能以大小为 5.0 m/s2 的恒定加速度减速,跑道的长 度应设计为多长? 迁移与应用 1 一列从车站开出的火车,在平直轨道上做匀加速直线运动,已知这列火车的长度为 l, 当火车头经过某路标时的速度为 v1,而车尾经过这个路标时的速度为 v2,求: (1)列车的加速度 a; (2)列车中点经过此路标时的速度 v; (3)整列火车通过此路标所用的时间 t。 [来源:学_科_网] 对速度—位移关系式 v2-v20=2ax 的理解 (1)公式仅适用于匀变速直线运动。 (2)式中 v0 和 v 是初、末时刻的速度,x 是这段时间的位移。 (3)v、v0、a、x 均为矢量,要规定统一的正方向。 (4)当 v0=0 时,公式简化为 v2=2ax;v=0 时,公式简化为-v2=2ax。 (5)该式是由匀变速直线运动的两个基本公式推导出来的,因不含时间,所以在不涉 及时间的问题中应用很方便。 二、追及和相遇问题 活动与探究 2 1.军舰在一次执行护航任务中,与商船在海上沿同一方向做直线运动,t=0 时刻两船 同时到达海上某一点并排行驶,如图所示,直线 a、b 分别描述了商船和军舰在 0~20 s 的 运动情况,关于两船之间的位置关系,下列说法正确的是( )[来源:学科网] A.在 0~10 s 内两船逐渐靠近 B.在 10~20 s 内两船逐渐远离 C.在 5~15 s 内两船的位移相等 D.在 t=10 s 时两船相遇 2.两物体在同一直线上运动时,常常出现“追及”和“相遇”的情况,请归纳 出两物 体“追及”和“相遇”的条件是什么。 迁移与应用 2 一辆汽车在十字路口等候绿灯,当绿灯亮时汽车以 a=3 m/s2 的加速度开始行驶,恰在 这一时刻一辆自行车以 v 自=6 m/s 的速度匀速驶来,从旁边超过汽车。试求: (1)汽车从路口开动后,在追上自行车之前经过多少时间两车相距最远?此时距离是 多少? (2)什么时候汽车追上自行车?此时汽车的速度是多少? 分析追及、相遇问题的基本思路 (1)根据对两物体运动过程的分析,画出物体的运动示意图。 分析“追及”“相遇”问题时,一定要抓住“一个条件,两个关系”:“一个条件”是 两物体的速度相等满足的临界关系,如两物体距离最大、最小,恰好追上或恰好追不上等。 “两个关系”是时间关系和位移关系。 (2)根据两物体的运动性质,分别列出两物体的位移方程。 (3)由运动示意图找出两物体位移间的关联方程。 (4)联立方程求解。 当堂检测 1.关于公式 x=v2-v20 2a ,下列说法正确的是( ) A.此公式只适用于匀加速直线运动 B.此公式适用于匀减速直线运动 C.此公式只适用于位移为正的情况 D.此公式不可能出现 a、x 同时为负值的情况 2.一个小球从斜面的顶端由静止开始匀加速沿斜面滑下,经过斜面的中点时速度为 3 m/s,则小球到达斜面底端时的速度为( ) A.4 m/s B.5 m/s C.6 m/s D.3 2 m/s 3.几个做匀变速直线运动的物体,在时间 t 内位移一定最大的是( ) A.加速度最大的物体 B.初速度最大的物体 C.末速度最大的物体 D.平均速度最大的物体 4.如图所示,一猎豹以 10 m/s 的速度奔跑,它发现前方丛林似乎有猎物活动,于是开 始减速,当减速奔跑了 60 m 时,速度减小到 2 m/s,试求猎豹的加速度。 5.高速公路给人们带来极大的方便,但是由于在高速公路上行驶的车辆速度很大,雾 天曾出现过几十辆车追尾连续相撞的事故。假设有一轿车在某高速公路的正常行驶速度为 120 km/h,轿车产生的最大加速度大小为 8 m/s2,如果某天有薄雾,能见度(观察者与能看 见的最远目标间的距离)约为 37 m,设司机的反应时间为 0.6 s,为了安全行驶,轿车行驶 的最大速度是多少? 答案: 课堂合作探究 【问题导学】 活动与探究 1:1.答案:能,关系式为 v2-v20=2ax,飞机的初速度为 40 m/s。 解析:由匀变速直线运动的速度—时间关系 v=v0+at 可得,t=v-v0 a ① 匀变速直线运动的位移—时间关系为 x=v0t+1 2at2② 把①式代入②得 x=v0(v-v0) a +a(v-v0)2 2a2 =2v0(v-v0)+(v-v0)2 2a =v2-v20 2a 所以 v2-v20=2ax 此式为匀变速直线运动的速度与位移的关系。 把题中数据代入上式可解得 v0=40 m/s。 2.答案:1 626 m 解析:利用公式 v 2-v20=2ax 得 x1= v2 2a1 x2= -v2 -2a2 所以 x=x1+x2=1 626 m 迁移与应用 1:答案:(1)v22-v21 2l (2) v21+v22 2 (3) 2l v1+v2 解析:火车的运动情况可以等效成一个质点做匀加速直线运动,某一时刻速度为 v1,前 进位移 l,速度变为 v2,所求的 v 是经过处的速度。其运动简图如图所示。 (1)由匀变速直线运动的规律得 2 2 2 1 2v v at  ,则火车的加速度为 22 2 1 2 v va t  。[来源:学 科网] (2)火车的前一半通过路标时,有 2 2 1 2 2 tv v a   火车的后一半通过路标时,有 2 2 2 2 2 tv v a   所以有 2 2 2 2 1 2v v v v   ,故 2 2 1 2 2 v vv  。 (3)火车的平均速度 1 2 2 v vv  ,故所用时间 1 2 2t tt v vv    。 活 动与探究 2:1.C 解析:由题图知,军舰和商船从同一地点同时朝同一方向做直 线运动,在 0~10 s 内,军舰在前,且速度大于商船速度,因此两船逐渐远离,10 s 时,速 度相等,两船距离最远,故 A、D 错。由题图知,在 5~15 s 内两船位移相等,故 C 对。在 10~20 s 内两船逐渐靠近,故 B 错。 2.答案:追及问题: 追和被追的两物体的速度相等(同向运动)是能否追上及两者距离有无极值的临界条件。 第一类:速度大者减速(如匀减速直线运动)追速度小者(如匀速运动): ①若两者速度相等时,仍然没有追上,则以后永远追不上,且此时刻两者间有最小的距 离。[来源:学科网 ZXXK] ②若两者到达同一位置时,速度也恰好相等,则恰能追上。 ③若两者到达同一位置时,后者的速度大于前者的速度,则还有一次相遇的机会。 第二类:速度小者加速(如初速度为零的匀加速直线运动)追速度大者(如匀速运动): ①当两者速度相等时有最大距离。 ②若两者到达同一位置则追上。 相遇问题: ①同向运动的两物体追及即相遇。 ②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间的距离时即相遇。 迁移与应用 2:答案:(1)2 s 6 m (2)4 s 12 m/s 解析:(1)解法一:用基本规律的方法。汽车与自行车的速度相等时相距最远,设到此 时经过的时间为 t1,汽车的速度为 v1,两车间的距离为Δx,则有 v1=at1=v 自 所以 t1=v 自 a =2 s Δx=v 自 t1-at21 2 =6 m。 解法二:用求极值的方法。设汽车在追上自行车之前经过时间 t1 两车相距最远,则 Δx=x1-x2=v 自 t1-at21 2 代入已知数据得Δx=(6t1-3t21 2 ) m 由二次函数求极值的条件知:t1=2 s 时Δx 最大。 所以Δx=6 m。 解法三:用图象法。自行车和汽车的 v-t 图象如图所示。由图可以看出,在相遇前, 在 t1 时刻两车速度相等,两车相距最远,此时的距离为阴影三角形的面积,所以 t1=v2 a = 6 m/s 3 m/s2 =2 s Δx=v2t1 2 =6 m/s×2 s 2 =6 m。 (2)解法一:当两车位移相等时,汽车追上自行车,设到此时所经过的时间为 t2,则 有 v 自 t2=at22 2 解得 t2=2v 自 a =2×6 m/s 3 m/s2 =4 s 此时汽车的速度 v′=at2=12 m/s。 解法二:由上图可以看出,在 t1 时刻之后,由图线 v 自、v 汽和 t=t2 组成的三角形的面 积与标有阴影的三角形面积相等时,汽车与自行车的位移相等,即汽车与自行车相遇。所以 t2=2t1=4 s,v1′=at2=12 m/s。 【当堂检测】 1.B 2.D 3.D 4.答案:-0.8 m/s2 [来源:Z,xx,k.Com] 5.答案:72 km/h