2020届高考物理总复习第一单元直线运动第1讲直线运动的概念和规律教师用书（含解析）.docx

第 1 讲 直线运动的概念和规律直线运动是高中物理的重要章节,是整个物理学的基础内容之一,高考每年必考。本单元涉及“参考系、质点”一个 Ⅰ 级考点,“位移、速度和加速度概念”以及“匀变速直线运动及其公式、图象”两个 Ⅱ 级考点。直线运动的有关概念、规律是本章的重点,匀变速直线运动规律的应用及 v-t 图象是本章的难点。本部分内容呈现以下特点:(1)从考查力度来看,涉及本单元知识的考题,近几年全国高考中都有出现,大多数试题以选择题的形式出现,部分试题以计算题的形式出现,且往往结合图象进行分析。(2)从考查内容来看,本单元的考点要求较低,试题难度较小,高考试题中单独考查本单元知识的题目多以实际问题的形式出现,与现实生产、生活和现代科技的结合将更紧密,涉及内容将更广泛,与高科技相联系的情景也会有所增加。(3)从考查热点来看, x-t 图象、 v-t 图象,追及、相遇、滑块—滑板模型等是高考命题的热点。要学会从图象的角度分析和解决问题。预测命题热点:一是考查对质点、位移、速度、加速度等基本概念与基本规律的理解和运用,通常以选择题的形式出现。二是考查研究匀变速直线运动的规律,以实验题的形式出现。三是重点考查匀变速直线运动规律的应用及 v-t 图象,既有选择题,也有计算题。命题动向:一是把对图象物理意义的理解和匀变速直线运动规律的应用综合在一个选择题中进行考查。二是题型向着综合计算题的方向发展。第 1 讲 直线运动的概念和规律1 对质点的理解(1)定义:用来代替物体的有质量的物质点叫作质点。(2)质点的基本属性: ① 只占有位置而不占有空间。 ② 具有物体的全部质量。(3)物体能否被看成质点是由所研究问题的性质决定的。物体的大小和形状,相对所研究的问题可以忽略时,物体就可看成质点。(4)一个物体能否被看成质点跟自身体积的大小、质量的多少和运动速度的大小无关。如研究地球的公转时,地球可视为质点。1.1(2018 福州四中一模)下列几种情况下,可将被研究的物体当作质点来处理的是( )。A.研究正在吊起货物的起重机B.研究坐在翻滚过山车中小孩的坐姿C.测量太空中绕地球飞行的宇宙飞船的周期时D.研究房门的运动【答案】C1.2(2019 杭州桐庐中学月考)2022 年第 19 届亚洲运动会将在杭州举行,下列几种比赛项目中的研究对象可视为质点的是( )。A.在体操比赛中研究运动员的转动情况时B.马术比赛中研究马腿的姿势时C.跆拳道比赛中研究运动员动作时D.划艇比赛中研究划艇在湖中的位置时【答案】D2 对参考系的理解(1)定义:在描述一个物体的运动时,选来作为参考的假定不动的另一物体叫作参考系。(2)参考系的性质。① 标准性:被选作参考系的物体都是假定不动的,被研究的物体是运动的还是静止的,都是相对于参考系而言的。② 统一性:在比较不同物体的运动时,应选择同一参考系。③ 任意性:参考系的选取是任意的,研究同一个物体的运动可以选择不同的物体作参考系。④ 差异性:同一运动选择不同的物体作参考系,观察的结果可能相同,也可能不同。2.1(2019 武汉一月联考)(多选)北京时间 6 月 7 日晚,2018 年第 21 届国际泳联跳水世界杯在武汉体育中心游泳馆结束了第四个比赛日的争夺,在女子双人 10 m 台决赛中,中国组合张家齐与掌敏洁获得冠军。如图所示为运动员在双人 10 m 台比赛中的画面,若两人同时从最高点开始跳水,研究她们完成动作后竖直下落的过程,下列说法正确的是( )。A.以跳台为参考系,两人是静止的B.两人在下落过程中,感觉水面在上升C.以张家齐为参考系,掌敏洁是静止的D.以掌敏洁为参考系,跳台向下运动【答案】BC2.2(2018 郑州质检)下列情景中,加点标示的物体的运动,不以地面为参考系的是( )。A.太阳东升西落 B.轻舟已过万重山C.骏马在草原上奔驰 D.巍巍青山两岸走【答案】D3 时刻和时间、路程和位移在时间轴上,时刻用一个点表示,时间用一段线段表示。生活中所说的“时间”,有时是指时刻,有时是指时间间隔,要根据上下文的物理情景来确定。【温馨提示】 (1)时间间隔 =末时刻 -初时刻。时刻没有时间长度。(2)路程和位移的定义:位移表示质点位置的变动,它是质点由初位置指向末位置的有向线段;路程等于质点运动轨迹的长度。(3)路程和位移的区别:位移是矢量,方向由初位置指向末位置;路程是标量,没有方向。(4)路程和位移的联系:在单向直线运动中,位移的大小等于路程;在其他情况下,位移的大小小于路程。3.1(2019 黑龙江鸡西市一中月考)(多选)2018 年 9 月 24 日,中国北疆最长快速铁路 ——哈尔滨至佳木斯铁路载客试运行,线路全长 344 公里,设计时速 200 公里。当日 8 时 30 分,首列列车从哈尔滨西站出发,前往佳木斯。下列说法正确的是( )。A.“9 月 24 日 8 时 30 分”指的是时刻B.“9 月 24 日 8 时 30 分”指的是时间C.“200 公里”指的是列车的位移D.“200 公里”指的是列车的路程【答案】AD3.2(2019 合肥八校联考)如图所示,自行车的车轮半径为 R,车轮沿直线无滑动地滚动,当气门芯由轮子的正上方第一次运动到轮子的正下方时,气门芯位移的大小为( )。A.π RB.2RC.2π RD.R 4+π 2【答案】D4 平均速度与瞬时速度的区别与联系(1)区别:平均速度是过程量,表示物体在某段位移或某段时间内的平均运动快慢程度;瞬时速度是状态量,表示物体在某一位置或某一时刻的运动快慢程度。(2)联系:瞬时速度是运动时间 Δ t→0 时的平均速度。(3)平均速度与平均速率的区别:平均速度的大小不能称为平均速率,因为平均速率是路程与时间的比值,只有当路程与位移的大小相等时,平均速率才等于平均速度的大小。4.1(2018 深圳九月模拟)“中国飞人”谢震业在 2017 年全运会男子百米决赛中夺冠。假设你在运动会上百米赛跑的成绩是 14 s,整个过程可分为 3 个阶段:第一阶段前进 14 m,平均速度是 7 m/s;第二阶段用时 7 s,平均速度为 8 m/s。可算出第三阶段的平均速度是( )。A.8 m/s B.7.5 m/sC.6 m/s D.5.5 m/s【答案】C5 加速度与速度及速度变化量的关系(1)速度是运动状态量,对应于某一时刻(或某一位置)的运动快慢和方向。(2)速度变化量 Δ v=v-v0是运动过程量,对应于某一段时间(或发生某一段位移),若取 v0为正,则 Δ v0表示速度增加,Δ v10 m/s),物体上升过程的最后 1 s 时间内的位移都是相同的【答案】CD题型一 匀变速直线运动规律及其应用问题1.合理选用公式题目中所涉及的物理量(包括已知量、待求量和没有涉及的物理量适宜选用公式为解题设定的中间量)v0、 v、 a、 t x v=v0+atv0、 a、 t、 x v x=v0t+ at212v0、 v、 a、 x t v2- =2axv02v0、 v、 t、 x a x= tv+v02除时间 t 外, x、 v0、 v、 a 均为矢量,所以需要确定正方向,一般以 v0的方向为正方向。2.匀变速直线运动问题的解题思路(1)确定研究对象及研究过程。(2)选取正方向。(矢量的正负值)(3)根据已知量及未知量,选定公式列方程。(4)统一单位,求解方程。(5)验证结果,结合生活实际对结果进行讨论。【易错警示】 匀变速直线运动的每一个公式都涉及四个物理量,解题时应注意根据题目所给的三个已知量,以及要求的未知量,合理选用公式。对于匀减速运动的解答结果的讨论,要注意题目所描述的问题有没有反向速度的可能,从而确定解答结果的取舍。【例 1】为了安全,学校门前的马路旁一般有限速标志。一学校门口前面马路的俯视图如图所示。绿灯时,在十字路口 A 线处有一轿车(可视为质点)从静止开始做匀加速直线运动,轿车的最大启动加速度为 10 m/s2。距A 线 l1=500 m 处有一减速区,减速区宽度 l2=15 m,轿车在减速区刹车时的加速度数值足够大。设学校门口限速 36 km/h,市区内轿车限速 72 km/h。要求轿车从进入减速区时开始减速,减速过程视为做匀减速直线运动。在不违规的情况下,求轿车从 A 到学校门口 B 的最短时间。【解析】设轿车以最大加速度启动达到限速 v1的时间为 t1,有v1=at1设达到最大速度时轿车经过的位移为 x1,有=2ax1v12设匀速运动的时间为 t2,有 l1-x1=v1t2设在减速区内时间为 t3,有 t3=l2v1+v22总时间 t=t1+t2+t3联立解得 t=27s。【答案】27s本题主要考查匀变速直线运动及匀变速直线运动的位移、速度公式的恰当选用。在分析匀变速直线运动问题时,因为这一部分的公式较多,涉及的物理量较多,并且有时涉及的过程也非常多,所以对所研究过程的运动性质要明确,对给出的物理量所表示的含义要明确,然后选择正确的公式分析解题。【变式训练 1】(2018 湖南宁远一中月考)如图所示,水平地面 O 点的正上方的装置 M 每隔相等的时间由静止释放一小球,在某小球离开 M 的同时, O 点右侧一长 L=1.2 m 的平板车以 a=6.0 m/s2的恒定加速度从静止开始向左运动,该小球恰好落在平板车的左端,已知平板车上表面距离 M 的竖直高度 h=0.45 m。忽略空气阻力,重力加速度 g 取 10 m/s2。(1)求小车左端距离 O 点的水平距离。(2)若至少有 2 个小球落在平板车上,则释放小球的时间间隔 Δ t 应满足什么条件?【解析】(1)设小球自由下落到平板车上表面处历时为 t0,在该时间段内由运动学方程对小球有 h= g12t02对平板车有 x= a12t02联立解得 x=0.27m。(2)从释放第一个小球至第二个小球下落到平板车上表面处历时 Δ t+t0,设平板车在该时间段内的位移为x1,由运动学方程有 x1= a(Δ t+t0)212至少有 2 个小球落在平板车上须满足: x1≤ x+L联立解得 Δ t≤0 .4s。【答案】(1)0 .27m (2)Δ t≤0 .4s【变式训练 2】(2019 陕西八校联考)如图所示,冰壶以速度 v 垂直进入四个宽为 l 的矩形区域,沿虚线做匀减速直线运动,且刚要离开第四个矩形区域的 E 点时速度恰好为零,冰壶通过前三个矩形的时间为 t,通过所学知识分析并计算冰壶通过第四个矩形区域所用的时间。【解析】根据位移公式和速度公式,由 A 到 E,有4l=vt1- a ,0=v-at112t12式中, t1为冰壶通过四个矩形区域所用的时间, a 为其加速度的大小由 A 到 D,有 3l=vt- at212联立解得 t1=2t 或 t1= t23显然 t1= t 不符合题意,应舍去。23所以冰壶通过第四个矩形区域所用的时间 t =t1-t=t。【答案】 t题型二 自由落体运动和竖直上抛运动问题1.自由落体运动(1)基本特征:自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,即 v0=0,a=g(方向竖直向下)。(2)基本规律:初速度为零的匀加速直线运动的规律适用于自由落体运动,常用到以下表达式v=gt,h= gt2,v= , = = gt(一段时间内的平均速度)。12 2ghvht122.应用自由落体运动规律解题时应注意两点(1)可充分利用自由落体运动初速度为零的特点、比例关系及推论等解题。(2)物体由静止开始的自由下落过程才是自由落体运动,从中间截取的一段运动过程不是自由落体运动,而是竖直下抛运动,应该用初速度不为零的匀变速直线运动规律去解决问题。【易错警示】 对于竖直下落的物体是不是做自由落体运动,判断时易出错。在判断时,如题目直接给出物体由静止开始自由下落或忽略空气阻力等提示语时,可将下落物体的运动看成自由落体运动。对于有空气阻力的问题,若空气阻力远远小于重力,可近似看作是自由落体运动。若只是空气阻力很小,则不能认为物体就一定做自由落体运动,虽然空气阻力很小,但可能空气阻