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- 2021-05-31 发布
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考点清单
考点一 空间几何体的结构
一、运动的描述
1.质点:用来代替物体的有①
质量
的点。在所研究的问题中,
只有当物
体的体积和形状处于次要或可忽略的地位时,才能把物体当做质点处理
。
2.参考系:在描述物体的运动时,被选定做参考、假定为不动的其他物体。
选取不同的参考系,对同一物体运动的描述一般不同。一般情况下,选地面
或相对地面静止的物体为参考系。
3.位移:描述质点位置变化的物理量,是矢量,方向由②
初位置
指向末位
置,大小是初、末位置间有向线段的长度。
4.速度:描述物体运动快慢的物理量,是矢量。
(1)平均速度:物体通过的位移与通过该段位移所用时间的比值,即
=
。
它是对运动快慢的粗略描述。
(2)瞬时速度:物体在某一时刻或某一位置的速度,是对运动的精确描述。
瞬时速度的大小称为③
速率
。
5.加速度:描述速度变化的快慢的物理量,是矢量。
a
=
,方向与Δ
v
的方向
一致。
二、匀变速直线运动的规律
1.
定义
沿着一条直线
,
且④
加速度
不变的运动。可分为匀加速直线运动和匀
减速直线运动。
2.
基本规律
(1)
速度公式
:
v
=
v
0
+
at
。
(2)
位移公式
:
x
=
v
0
t
+
at
2
。
(3)速度和位移的关系式:⑤
v
2
-
=2
ax
。
(4)平均速度公式:
=
=
。
(5)位移差公式:Δ
x
=
aT
2
,
x
m
-
x
n
=(
m
-
n
)
aT
2
。
考点二 运动学图像 追及、相遇问题
一、两类典型的运动学图像
1.
x
-
t
图像
(1)物理意义:反映了做直线运动的物体的位移随时间变化的规律。
(2)图线斜率的意义
a.图线上某点切线的斜率的绝对值表示物体速度的⑥
大小
。
b.图线上某点切线的斜率的正负表示物体速度的⑦
方向
。
2.
v
-
t
图像
(1)物理意义:反映了做直线运动的物体的速度随时间变化的规律。
(2)图线斜率的意义
a.图线上某点切线的斜率的绝对值表示物体运动的⑧
加速度
的大
小。
b.图线上某点切线的斜率的正负表示⑨
加速度的方向
。
注意 (1)无论是
x
-
t
图像还是
v
-
t
图像都只能描述直线运动。
(2)
x
-
t
图像和
v
-
t
图像不表示物体运动的轨迹。
二、追及、相遇问题
1.若后者能追上前者,追上时,两者处于同一位置,且后者速度一定不小于前
者速度。
2.若后者追不上前者,则当后者速度与前者⑩
速度
相等时,二者相距最
近。
3.相遇分为追及相遇和相向运动相遇两种情形,其主要条件是两物体在相
遇处的位置坐标相同。
拓展一 匀变速直线运动规律的应用
1.初速度为零的匀加速直线运动的常用比例
(1)1
T
末、2
T
末、3
T
末、
……
、
nT
末的速度之比
v
1
∶
v
2
∶
v
3
∶
…
∶
v
n
=1∶2∶3∶
…
∶
n
。
(2)1
T
内、2
T
内、3
T
内、
……
、
nT
内的位移之比
x
1
∶
x
2
∶
x
3
∶
…
∶
x
n
=1
2
∶2
2
∶3
2
∶
…
∶
n
2
。
(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
x
Ⅰ
∶
x
Ⅱ
∶
x
Ⅲ
∶
…
∶
x
n
=1∶3∶5∶
…
∶(2
n
-1)。
(4)从静止开始连续通过相等的位移所用时间之比
t
1
∶
t
2
∶
t
3
∶
…
∶
t
n
=1∶(
-1)∶(
-
)∶
…
∶(
-
)。
知能拓展
(1)
无论是匀加速直线运动还是匀减速直线运动
=
>
=
。
(2)求解刹车类问题时,一定要先求停车时间。
(3)在直线运动中,物体是加速运动还是减速运动,取决于加速度
a
和速度
v
的方向。同向则加速,而反向则减速。
(4)速度变化的快慢取决于加速度
a
的大小。
(5)平均速度的定义式
=
对任何性质的运动都适用,而
=
(
v
0
+
v
)和
=
只适用于匀变速直线运动。
(6)Δ
x
=
aT
2
为判断匀变速直线运动的依据,也称匀变速直线运动的判别式。
2.重要提示
例1 从斜面上某一位置每隔0.1 s释放一个小球,释放后做匀加速直线运
动,在连续释放几个后,对在斜面上滚动的小球拍下如图所示的照片,测得
x
AB
=15 cm,
x
BC
=20 cm。试求:
(1)小球的加速度大小;
(2)拍摄时
B
点小球的速度大小;
(3)拍摄时
x
CD
是多少;
(4)
A
点的小球上面滚动的小球还有几个。
解析 小球释放后做匀加速直线运动,且每相邻的两个小球的时间间隔相
等,均为0.1 s,可以认为
A
、
B
、
C
、
D
各点是一个小球在不同时刻的位置。
(1)由推论Δ
x
=
aT
2
可知,小球的加速度大小为
a
=
=
=
m/s
2
=5 m/s
2
。
(2)由题意知
B
点是
AC
段中间时刻对应的点,可知
B
点小球的速度等于
AC
段
的平均速度,即
v
B
=
=
=
m/s=1.75 m/s。
(3)由于匀加速直线运动中相邻相等时间内位移差恒定,所以
x
CD
-
x
BC
=
x
BC
-
x
AB
所以
x
CD
=2
x
BC
-
x
AB
=2
×
20
×
10
-2
m-15
×
10
-2
m=25
×
10
-2
m=0.25 m。
(4)设
A
点小球速度为
v
A
,由于
v
B
=
v
A
+
aT
,
所以
v
A
=
v
B
-
aT
=1.75 m/s-5
×
0.1 m/s=1.25 m/s
所以
A
点小球运动时间为
t
A
=
=
s=0.25 s
因为每隔0.1 s释放一个小球,故
A
点小球的上面滚动的小球还有2个。
答案 (1)5 m/s
2
(2)1.75 m/s
(3)0.25 m (4)2
拓展二 对运动图像的理解及应用
例2 (2018课标Ⅲ,18,6分)(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
变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.在
t
1
时刻两车速度相等
B.从0到
t
1
时间内,两车走过的路程相等
C.从
t
1
到
t
2
时间内,两车走过的路程相等
D.在
t
1
到
t
2
时间内的某时刻,两车速度相等
解析 本题考查
x
-
t
图像的应用。在
x
-
t
图像中,图线的斜率表示物体运动的
速度,在
t
1
时刻,两图线的斜率关系为
k
乙
>
k
甲
,两车速度不相等;在
t
1
到
t
2
时间内,
存在某一时刻甲图线的切线与乙图线平行,如图所示,该时刻两车速度相
等,选项A错误、D正确。从0到
t
1
时间内,乙车走过的路程为
x
1
,甲车走过的
路程小于
x
1
,选项B错误。从
t
1
到
t
2
时间内,两车走过的路程都为
x
2
-
x
1
,选项C正
确。
答案 CD
例3 甲乙两汽车在一平直公路上同向行驶。在
t
=0到
t
=
t
1
的时间内,它们的
v
-
t
图像如图所示。在这段时间内
( )
A.汽车甲的平均速度比乙的大
B.汽车乙的平均速度等于
C.甲乙两汽车的位移相同
D.汽车甲的加速度大小逐渐减小,汽车乙的加速度大小逐渐增大
解析 由
v
-
t
图像知,在0~
t
1
时间内,甲的位移大于乙的位移,C错误。由
=
知,甲的平均速度比乙的大,故A正确。如图所示,汽车乙的
v
-
t
图像中,实线
下的面积小于倾斜虚线下的面积,故汽车乙的平均速度小于
,B错
误。
v
-
t
图像中图线的斜率表示加速度,甲、乙图线上各点切线的斜率的绝
对值均逐渐减小,故加速度大小都逐渐减小,D错误。
答案 A
应用一 解决匀变速直线运动相关问题的常用方法
实践探究
例1 物体从某一高度自由下落,落地前最后1秒的位移为25 m。求物体开
始下落时距地面的高度,不计空气阻力。(
g
=10 m/s
2
)
解题导引
解析 解法一(一般公式法):
设物体空中运动的时间为
t
,由题意可知
H
=
gt
2
①
h
=
g
(
t
-1)
2
②
H
-
h
=25 m③
解得:
H
=45 m
解法二(平均速度法):
对
AB
段分析得:
=
=
即
=
m/s=
①
v
B
=
v
A
+
g
×
2
t
'=
v
A
+10 m/s②
=2
gH
③
由①②③式得
H
=45 m
解法三(中间时刻速度法):
设
C
为物体由
A
运动到
B
的中间时刻位置
v
C
=
=25 m/s
设从
O
到
C
的时间为
t
″
v
C
=
gt
″
代入数据解得
t
″=2.5 s
H
=
g
(
t
″+
t
')
2
=
×
10
×
3
2
m=45 m
解法四(逆向思维法):
从
O
→
B
的自由落体可以看成从
B
→
O
的匀减速直线运动
则有
x
BA
=25 m=
v
B
×
1 s-
×
g
×
(1 s)
2
①
解得
v
B
=30 m/s
=2
gH
②
解得
H
=45 m
解法五(比例法):
物体自由下落第1秒下落的高度
x
1
=
g
=
×
10
×
1
2
m=5 m
由初速度为零的匀加速直线运动的比例关系
x
1
∶
x
2
∶
x
3
=1∶3∶5
知第3 s内的位移
x
3
=5
x
1
=25 m,符合题意,可知本题中物体下落时间为3 s
所以物体开始下落时距地面的高度
H
=
x
1
+3
x
1
+5
x
1
=9
x
1
=9
×
5 m=45 m
答案 45 m
应用二 竖直上抛运动的两种处理方法
1.分段法
(1)上升过程:
v
0
>0,
a
=-
g
的
匀减速直线运动
。
(2)下降过程:
自由落体运动
。
2.全程法
(1)将上升和下降过程统一看成是初速度
v
0
竖直向上,加速度
g
竖直向下的
匀变速直线运动,
v
=
v
0
-
gt
,
h
=
v
0
t
-
gt
2
。
(2)若
v
>0,则物体在上升;
v
<0,则物体在下落。
若
h
>0,则物体在抛出点上方。若
h
<0,则物体在抛出点下方。
注意 当物体先做匀减速直线运动,又反向做匀加速直线运动,且全程加速度恒定时,其运动特点与竖直上抛运动相似,这类运动可称为“类竖直上抛运动”。
例2 某校一课外活动小组自制一枚火箭,设火箭从地面发射后,始终在垂
直于地面的方向上运动。火箭点火后可认为做匀加速直线运动,经过4 s到
达离地面40 m高处时燃料恰好用完,若不计空气阻力,取
g
=10 m/s
2
,求:
(1)燃料恰好用完时火箭的速度;
(2)火箭上升过程中离地面的最大高度;
(3)从火箭发射到残骸落回地面的总时间。
解题导引
解析 设燃料用完时火箭的速度为
v
1
,所用时间为
t
1
。
火箭的上升运动分为两个过程,第一个过程中火箭做匀加速直线运动,第二
个过程中火箭做竖直上抛运动至最高点。
(1)对第一个过程有
h
1
=
t
1
,代入数据解得
v
1
=20 m/s。
(2)对第二个过程有
h
2
=
,代入数据解得
h
2
=20 m,
所以火箭上升过程中离地面的最大高度
h
=
h
1
+
h
2
=40 m+20 m=60 m。
(3)方法一 分段法
从燃料用完到运动至最高点的过程中,由
v
1
=
gt
2
得
t
2
=
=
s=2 s,
从最高点落回地面的过程中
h
=
g
,而
h
=60 m,代入得
t
3
=2
s,
故总时间
t
总
=
t
1
+
t
2
+
t
3
=(6+2
) s。
方法二 全程法
考虑火箭从燃料用完到落回地面的全过程,以竖直向上为正方向,全过程为
初速度
v
1
=20 m/s,加速度
g
'=-10 m/s
2
,位移
h
'=-40 m的匀变速直线运动,即有
h
'=
v
1
t
+
g
'
t
2
,代入数据解得
t
=(2+2
) s或
t
=(2-2
) s(舍去),故
t
总
=
t
1
+
t
=(6+
2
) s。
答案 (1)20 m/s (2)60 m (3)(6+2
) s
1.从“四个方面”分析追及、相遇问题
应用三 追及、相遇问题的处理方法
方法
相关说明
临界法
寻找问题中隐含的临界条件,例如速度小者加速追赶速度大者,在两物体速度相等时有最大距离;速度大者减速追赶速度小者,若追不上则在两物体速度相等时有最小距离
2.解答追及、相遇问题常用的方法
函数法
思路一:先求出在任意时刻
t
两物体间的距离
y
=
f
(
t
),若对任何时刻
t
,均存在
y
=
f
(
t
)>0,则这两个物体永远不能相遇;若存在某个时刻
t
,使得
y
=
f
(
t
)
≤
0,则这两个物体能相遇思路二:设两物体在
t
时刻相遇,然后根据位移关系列出关于
t
的方程
f
(
t
)=0,若方程
f
(
t
)=0无正实数解,则说明这两个物体不可能相遇;若方程
f
(
t
)=0存在正实数解,说明这两个物体能相遇
图像法
(1)若用位移图像求解,分别作出两个物体的位移图像,如果两个物体的位移图像相交,则说明两物体相遇
(2)若用速度图像求解,则注意比较速度图线与时间轴包围的面积
相对
运动法
用相对运动的知识求解追及问题时,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
,
v
相对
=
v
后
-
v
前
,
a
相对
=
a
后
-
a
前
,且以上各式中各物理量(矢量)的符号都应以统一的正方向进行确定
例3 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
v
0
、加
速度大小为2
a
的匀减速直线运动,而
B
车同时做初速度为零、加速度大小
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
v
0
满足什么条件。
解题导引
解析 两车不相撞的临界条件是
A
车追上
B
车时其速度与
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
x
A
、末速度为
v
A
、所用时间
为
t
;
B
车的位移为
x
B
、末速度为
v
B
,运动过程如图所示,现用四种方法解答如
下:
解法一 临界法 利用位移公式、速度公式求解,对
A
车有
x
A
=
v
0
t
+
·(-2
a
)·
t
2
,
v
A
=
v
0
+(-2
a
)·
t
对
B
车有
x
B
=
at
2
,
v
B
=
at
两车位移关系有
x
=
x
A
-
x
B
追上时,两车不相撞的临界条件是
v
A
=
v
B
联立以上各式解得
v
0
=
故要使两车不相撞,
A
车的初速度
v
0
应满足的条件是
v
0
≤
。
解法二 函数法 利用判别式求解,由解法一可知
x
A
=
x
+
x
B
,即
v
0
t
+
·(-2
a
)·
t
2
=
x
+
at
2
整理得3
at
2
-2
v
0
t
+2
x
=0
这是一个关于时间
t
的一元二次方程,当根的判别式
Δ
=(-2
v
0
)
2
-4·3
a
·2
x
=0时,
两车刚好不相撞,所以要使两车不相撞,
A
车的初速度
v
0
应满足的条件是
v
0
≤
。
解法三 图像法 利用
v
-
t
图像求解,先作
A
、
B
两车的
v
-
t
图像,如图所示,设
经过
t
'时间两车刚好不相撞,则对
A
车有
v
A
=
v
'=
v
0
-2
at
‘
对
B
车有
v
B
=
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距离
x
,它可用图中的阴影面积
表示,由图像可知
x
=
v
0
·
t
'=
v
0
·
=
所以要使两车不相撞,
A
车的初速度
v
0
应满足的条件是
v
0
≤
。
解法四 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
v
0
,加速度为
a
'=-2
a
-
a
=-3
a
。
A
车追上
B
车且刚好不相撞的条件是:
v
=0时
A
车
相对于
B
车的位移为
x
,由运动学公式有
v
2
-
=2
a
'
x
0
2
-
=2·(-3
a
)·
x
所以
v
0
=
故要使两车不相撞,
A
车的初速度
v
0
应满足的条件是
v
0
≤
。
答案
v
0
≤
创新点 复杂情景中物理模型的建构
在物理学科考试中,注重考查考生对客观事物的本质属性、内在规律
及相互关系认识的科学思维发展水平。其中,将实际问题中的对象和过程
转化成物理模型是考查重点,具体包括:
(1)能在实际情境中从物理的视角提取信息、发现并提出问题、分析问题,
建立物理模型;
(2)使用模型解释相关物理现象和物理变化过程,阐明其中的物理规律和原
理;
(3)利用数学工具求解并对结果进行分析讨论,审视模型建立的准确性和可
靠性。
创新思维
例 天文观测表明,几乎所有远处的恒星(或星系)都在以各自的速度背离
我们而运动,离我们越远的星体,背离我们运动的速度(称为退行速度)越大,
也就是说,宇宙在膨胀。不同星体的退行速度
v
和它们离我们的距离
r
成正
比,即
v
=
Hr
,式中
H
为一常量,称为哈勃常数,已由天文观察测定。为解释上
述现象,有人提出一种理论,认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的。
假设大爆炸后各星体立即以不同的速度向外匀速运动,并设想我们就位于
爆炸的中心,则速度越大的星体现在离我们越远。这一结果与上述天文观
测一致。由上述理论和天文观测结果,可估算宇宙年龄
T
,其计算式
T
=
。根据近期观测,哈勃常数
H
=3
×
10
-2
米/(秒·光年),其中光年是光在一
年中行进的距离,由此估算宇宙的年龄约为
年。
解析 通过审题,抽象出匀速直线运动模型,可以将星体运动简化为下面的
形式:
质点(星体)做匀速直线运动,已知运动速度满足
v
=
Hr
,式中
H
为常数,求通过
距离
r
时所需要的时间
T
。
由匀速直线运动速度公式
v
=
,
可得宇宙年龄
T
=
=
=
式中
H
的单位“米/(秒·光年)”可以换算为“1/年”,那么宇宙的年龄就不
难计算了。
H
=3
×
10
-2
米/(秒·光年)=
=
,则
T
=10
10
年
答案
1
×
10
10
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