高考物理新设计大一轮教科版讲义第一章运动的描述第1讲

[高考导航]考点内容要求高考(全国卷)三年命题情况对照分析201620172018命题分析参考系、质点Ⅰ卷Ⅰ·T21：两个物体的v－t图像、追及和相遇问题卷Ⅰ·T22：实验：水滴计时器、瞬时速度、加速度卷Ⅱ·T22：实验：平均速度、速度公式、v－t图像卷Ⅱ·T19：根据v－t图像分析追及相遇问题卷Ⅲ·T18：x－t图像的理解及应用T22：自由落体运动及相关的知识点1.从题型上看，有选择题、实验题、计算题，试题新颖，难度中等。2.考查知识点主要有：运动规律与其他知识的综合运用，图像的理解及应用等。3.从整体命题趋势上看，将会越来越突出地考查运动规律、运动图像与实际生活相结合的问题及实验的拓展与创新，在2020年高考复习中应多加关注。位移、速度和加速度Ⅱ匀变速直线运动及其公式、图像Ⅱ实验一：研究匀变速直线运动第1讲运动的描述知识排查参考系、质点(1)定义：在描述物体运动情况时，用来作参考的物体。(2)选取：可任意选取，但对同一物体的运动，所选的参考系不同，运动的描述可能会不同，通常以地面为参考系。2.质点(1)定义：用来代替物体的有质量的点。(2)把物体看做质点的条件：物体的大小和形状对研究问题的影响可以忽略不计。位移、速度(1)位移描述物体位置的变化，用从初位置指向末位置的有向线段表示，是矢量。(2)路程是物体运动轨迹的长度，是标量。2.速度和速率(1)平均速度：物体的位移与发生这段位移所用时间的比值，即v＝eq\f(Δx,Δt)，是矢量，其方向与位移的方向相同。(2)瞬时速度：运动物体在某一时刻或某一位置的速度，是矢量，方向沿轨迹的切线方向。(3)速率：瞬时速度的大小，是标量。加速度1.定义：物体速度的变化量与发生这一变化所用时间的比值。2.定义式：a＝eq\f(Δv,Δt)。单位：m/s2。3.方向：与Δv的方向一致，由合力的方向决定，而与v0、v的方向无关。4.物理意义：描述物体速度变化快慢的物理量。小题速练1.思考判断(1)研究物体的运动时，只能选择静止的物体作为参考系。()(2)体积很大的物体可能视为质点。()(3)做直线运动的物体，其位移大小一定等于路程。()(4)加速度为正值，表示速度大小一定越来越大。()(5)加速度是反映速度大小变化快慢的物理量。()答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×2.(多选)下列对参考系的理解正确的是()A.“一江春水向东流”是以河岸为参考系B.“地球的公转”是以太阳为参考系C.“钟表的时针在转动”是以分针为参考系D.“太阳东升西落”是以地球为参考系答案ABD3.(多选)[教材P29·T2改编]下列说法中可能发生的运动是()A.物体运动的加速度等于0，而速度却不等于0B.两物体相比，一个物体的速度变化量比较大，而加速度却比较小C.物体具有向东的加速度，而速度的方向却向西D.物体做直线运动，后一阶段的加速度比前一阶段小，但速度却比前一阶段大答案ABCD对质点、参考系和位移的理解理解质点、参考系和位移抓住“三点”(1)质点的模型化：建立模型。一是要明确题目中需要研究的问题；二是看所研究物体的形状和大小对所研究问题是否有影响。(2)参考系“两性”①任意性：参考系的选取原则上是任意的，通常选地面为参考系。②同一性：比较不同物体的运动必须选同一参考系。(3)位移的矢量性：一是位移只与初末位置有关；二是位移方向由初位置指向末位置。1.(2019·成都市诊断性检测)2018年雅加达亚运会上，在考察如图所示运动员的比赛成绩时，可视为质点的是()解析马拉松比赛时，由于路程长，运动员的大小和形状可以忽略，可以看成质点，选项A正确；跳水比赛时，要关注运动员的动作，所以运动员的大小和形状不能忽略，不能看成质点，选项B错误；击剑比赛时要注意运动员的肢体动作及击中点的位置，不能看成质点，选项C错误；体操比赛中主要根据运动员的肢体动作评分，不能忽略运动员的大小和形状，不能看成质点，选项D错误。答案A2.(2019·兰州模拟)2017年9月4日，男子400米决赛成为引爆全运会赛场的首个项目，上海小将郭钟泽跑出了45秒14的个人最好成绩，一举打破了徐自宙保持了16年之久的全国纪录。关于这则消息，下列说法正确的是()图1A.消息中的“45秒14”是时刻B.消息中的“16年”是时间C.该比赛中的位移一定是零D.该比赛中，运动员的位移大小和路程相等解析消息中的“45秒14”指的是某一过程所用的时间，故A错误；消息中的“16年”是时间间隔，故B正确；在比赛中运动员的位移不一定为零，400m是指路程，故C、D错误。答案B3.2017年国际泳联游泳世锦赛男子400米自由泳决赛中，中国选手孙杨以3分41秒38的成绩夺得冠军，实现世锦赛该项目三连冠！下列说法正确的是()图2A.“3分41秒38”指的是时间间隔B.孙杨400米自由泳的平均速度为1.92m/sC.在研究孙杨的技术动作时，可以把孙杨看成质点D.在游泳过程中，以游泳池里的水为参考系，孙杨是静止的解析时间间隔指一段时间，对应一个过程，孙杨游泳400米，是一个过程，故3分41秒38为时间间隔，A正确；根据平均速度定义式v－＝eq\f(x,t)得v－＝eq\f(0,t)＝0(位移为0)，B错误；质点是理想化的物理模型，物体的大小、形状对所研究的问题没有影响或影响很小时，物体才可以看做质点，所以研究孙杨的技术动作时，孙杨的形状不能忽略，即孙杨不能看做质点，C错误；孙杨在游泳过程中，以水为参考系，他是运动的，D错误。答案A平均速度和瞬时速度1.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Δt→0时的平均速度。2.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。【例1】(2018·甘孜州市诊断性检测)一条平直的道路限速20m/s，从t＝0开始，甲车行驶的路程按x＝20t的规律变化，在它前方相距100m处的乙车从静止开始运动，其速度按v＝4t的规律变化，达到限速值后匀速运动。若各物理量均采用国际单位制单位，则()A.乙车速度刚达到限速值时，甲、乙两车相距50mB.乙车速度刚达到限速值时，甲、乙两车相距100mC.0～6s时间内乙车的平均速度大小为10m/sD.0～6s时间内乙车的平均速度大小为15m/s解析根据题意可知t＝5s时，乙车速度刚达到限速值，此时甲的路程为x甲＝20×5m＝100m，乙的路程为x乙＝eq\f(0＋20,2)×5m＝50m，两者相距Δx＝100m－(x甲－x乙)＝50m，A正确，B错误；0～6s时间内乙车的路程为x＝50m＋20×1m＝70m，故平均速度为v＝eq\f(Δx,Δt)＝eq\f(70,6)m/s，C、D错误。答案A计算平均速度时应注意的两个问题(1)平均速度的大小与物体不同的运动阶段有关，求解平均速度必须明确是哪一段位移或哪一段时间内的平均速度。(2)v－＝eq\f(Δx,Δt)是平均速度的定义式，适用于所有的运动；v－＝eq\f(1,2)(v0＋vt)只适用于匀变速直线运动。1.暑假中某同学在公园跑步时，用手机计步器记录了自己的锻炼情况，如图3所示，则下列说法正确的是()图3A.图中的5.0km/h为平均速度B.图中的5.0km/h为瞬时速度C.图中的5.0km/h为平均速率D.图中的5.0km/h为平均速度的大小解析由于人行走的路线不是直线，所以图中的6.65公里是路程，不可能是位移，所以图中的5.0km/h不可能为平均速度，更不可能为瞬时速度，选项A、B错误；因为平均速率等于路程与时间的比值，图中的5.0km/h为平均速率，注意平均速率不是平均速度的大小，选项C正确，D错误。答案C2.一质点沿直线Ox方向做变速运动，它离开O点的距离x随时间t变化的关系为x＝5＋2t3(m)，它的速度随时间t变化的关系为vt＝6t2m/s，该质点在t＝0到t＝2s间的平均速度和t＝2s到t＝3s间的平均速度的大小分别为()A.12m/s39m/s B.8m/s38m/sC.12m/s19.5m/s D.8m/s13m/s解析平均速度v－＝eq\f(Δx,Δt)，t＝0时，x0＝5m；t＝2s时，x2＝21m；t＝3s时，x3＝59m。v－1＝eq\f(x2－x0,Δt1)m/s＝eq\f(21－5,2)m/s＝8m/s，v－2＝eq\f(x3－x2,Δt2)m/s＝eq\f(59－21,1)m/s＝38m/s，故选项B正确。答案B3.[拓展——极限法的应用]如图4所示，气垫导轨上滑块经过光电门时，其上的遮光条将光遮住，电子计时器可自动记录遮光时间Δt，测得遮光条的宽度为Δx，用eq\f(Δx,Δt)近似代表滑块通过光电门时的瞬时速度，为使eq\f(Δx,Δt)更接近瞬时速度，正确的措施是()图4A.换用宽度更窄的遮光条B.提高测量遮光条宽度的仪器的精确度C.使滑块的释放点更靠近光电门D.增大气垫导轨与水平面的夹角解析换用宽度更窄的遮光条，Δx减小，Δt减小，eq\f(Δx,Δt)更接近瞬时速度，选项A正确。答案A加速度的理解及计算1.三个物理量的对比物理量速度v速度的变化量Δv加速度a物理意义表示运动的快慢和方向表示速度变化的大小和方向表示速度变化的快慢和方向，即速度的变化率公式v＝eq\f(Δx,Δt)Δv＝vt－v0a＝eq\f(Δv,Δt)单位m/sm/sm/s2关系三者无必然联系，vt很大，Δv可以很小，甚至为0，a可大可小2.a＝eq\f(Δv,Δt)是加速度的定义式，加速度的决定式是a＝eq\f(F,m)，即加速度的大小由物体受到的合力F和物体的质量m共同决定，加速度的方向由合力的方向决定。【例2】(2019·三门峡模拟)一个质点做方向不变的直线运动，加速度的方向始终与速度方向相同，但加速度大小逐渐减小直至为零。在此过程中()A.速度逐渐减小，当加速度减小到零时，速度达到最小值B.速度逐渐增大，当加速度减小到零时，速度达到最大值C.位移逐渐增大，当加速度减小到零时，位移将不再增大D.位移逐渐减小，当加速度减小到零时，位移达到最小值解析当a与v0方向相同时，质点做加速运动，速度v逐渐增大，并且当加速度a减小到零时，速度v达到最大值，A错误，B正确；在此过程中，质点的位移逐渐增大，C、D错误。答案B判断质点做直线运动时速度变化的方法【例3】足球以1.0m/s的速度水平飞向墙壁，碰到墙壁经0.1s后以0.8m/s的速度沿同一直线反弹回来，足球在与墙壁碰撞的过程中的平均加速度为()图5A.2m/s2，方向垂直墙壁向里B.2m/s2，方向垂直墙壁向外C.18m/s2，方向垂直墙壁向里D.18m/s2，方向垂直墙壁向外解析取v1的方向为正向方，则加速度a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(v2－v1,t)＝eq\f,0.1)m/s2＝－18m/s2，方向垂直墙壁向外，故选项D正确。答案D1.做单向直线运动的物体，关于其运动状态下列情况可能的是()A.物体的速率在增大，而位移在减小B.物体的加速度大小不变，速率也不变C.物体的速度为零时加速度达到最大D.物体的加速度和速度方向相同，当加速度减小时，速度也随之减小解析物体做单向直线运动，故当物体速率增加时，物体的位移增加，不会减小，故A错误；物体做单向直线运动，加速度是反映物体速度变化快慢的物理量，此时若存在加速度，则加速度只能改变物体速度大小，不能改变速度方向，故B错误；物体做单向直线运动时，当物体做加速度增加的减速直线运动时，当物体速度为零时，加速度达到最大值，故C可能发生；物体的加速度方向与速度方向相同时，物体做加速运动，当加速度减小时物体的速度仍在增加，只是增加变慢了，故D错误。答案C2.(2019·巴中市诊断)如图6“50TFSI”为某品牌汽车的尾部标识，其中“50”称为G值，G值越大，加速越快。G值的大小为车辆从静止加速到100km/h(百公里加速)的平均加速度(其单位为国际单位)的10倍。某车百公里加速时间为6.2s，由此推算，该车的新尾标应该是()图6A.30TFSI B.35TFSI C.40TFSI D.45TFSI解析根据加速度定义可得汽车的加速度为a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(100,×6.2)m/s2＝4.5m/s2×10＝45，所以其新尾标应为45TFSI，选项D正确。答案D3.[易错题](多选)一物体做匀变速直线运动，某时刻速度大小为4m/s，1s后速度的大小变为10m/s，在这1s内该物体的()A.加速度的大小为6m/s2，方向与初速度的方向相同B.加速度的大小为6m/s2，方向与初速度的方向相反C.加速度的大小为14m/s2，方向与初速度的方向相同D.加速度的大小为14m/s2，方向与初速度的方向相反解析选初速度方向为正方向，若初、末速度方向相同，a＝eq\f(vt－v0,t)＝eq\f(10－4,1)m/s2＝6m/s2，方向与初速度的方向相同，选项A正确，B错误；若初、末速度方向相反，a＝eq\f(vt－v0,t)＝eq\f(－10－4,1)m/s2＝－14m/s2，方向与初速度的方向相反，选项C错误，D正确。答案AD课时作业(时间：30分钟)基础巩固练1.(2019·广元市诊断)400m比赛中终点在同一直线上，但起点不在同一直线上，如图1所示，关于这样的做法，下列说法正确的是()图1A.这样做目的是为了使参加比赛的同学位移大小相同B.这样做目的是为了使参加比赛的同学路程大小相同C.这样做目的是为了使参加比赛的同学所用时间相同D.这样做法其实是不公平的，明显对外侧跑道的同学有利解析因为跑道外圈半径大于里圈，当终点在同一直线上时，起点就不在同一直线上，这样做的目的是为了使参加比赛的同学路程大小相同，选项B正确。答案B2.关于质点，下列说法中正确的是()A.体积和质量极小的物体一定可以看做质点B.研究汽车车轮上一个点的运动规律时，汽车可看做质点C.欣赏花样滑冰表演者的精彩表演时，可以把表演者看做质点D.研究运动员在1500米长跑比赛中运动的快慢时，该运动员可看做质点解析原子核体积和质量都很小，如研究原子核的内部结构时，原子核不能看做质点，A错误；研究汽车车轮上一个点的运动规律时，汽车看做质点的话，就看不到轮子上的点了，B错误；欣赏花样滑冰表演者的精彩表演时，需要研究表演者的动作，不能看做质点，C错误；研究运动员在1500米长跑比赛中运动的快慢时，运动员的形状和大小可以忽略，故能看做质点，D正确。答案D3.浙江某中学组织了一次迷你马拉松比赛，男生组的路线设置是“起点(校田径场主席台前发令处)出发→绕田径场1圈→绕校园1圈→绕田径场1圈→终点(校田径场主席台前发令处)”大约2000m。有位男生的成绩是10min，在跨越终点时速度是7m/s。关于上述情景，下列相关物理学描述正确的是()A.2000m是指位移的大小B.该同学的平均速度约为3.3m/sC.7m/s是指瞬时速度D.在整个过程中该男生一定不能被看做质点解析选项A中2000m指路程，平均速度用位移和时间的比值，全程中人可以看做质点，选项A、B、D错误，C正确。答案C4.一位女士由于驾车超速而被警察拦住，警察走过来对她说：“太太，您刚才的车速是60公里每小时！”这位女士反驳说：“不可能的！我才开了6分钟，还不到一小时，怎么可能走了60公里呢？”根据以上对话及图2下列说法正确的是()图2A.女士说的6分钟是时间，60公里是位移B.警察说的60公里每小时是指平均速度C.图中的eq\o(○,\s\up1(50))指的是瞬时速度D.图中的eq\o(○,\s\up1(50))指汽车在1小时内行驶的路程不能超过50公里解析6分钟是时间，60公里是路程，60公里每小时是瞬时速度。eq\o(○,\s\up1(50))指瞬时速度不能超过50km/h，C正确，A、B、D错误。答案C5.(多选)2017年7月30日，在朱日和训练基地举行了以庆祝建军节为主题的专项阅兵。图3是由24架战机组成的“90”字样编队飞过检阅场上空的情景，以下有关说法正确的是()图3A.在研究某战机对地的运动时可将其视为质点B.因战机的螺旋桨在转动，战机不能被视为质点C.以其中一架战机为参考系，其他战机是运动的D.以检阅场的五星红旗为参考系，战机是运动的解析在研究某战机对地的运动时，战机的大小和螺旋桨的转动是次要因素，战机可以被视为质点，A项正确，B项错误；以其中一架战机为参考系，其他战机是静止的，以五星红旗为参考系，战机是运动的，C项错误，D项正确。答案AD6.(多选)物体做直线运动时可以用坐标轴上的坐标表示物体的位置，用坐标的变化量Δx表示物体的位移。如图4所示，一个物体从A运动到C，它的位移Δx1＝－4m－5m＝－9m；从C运动到B，它的位移为Δx2＝1m－(－4m)＝5m。下列说法中正确的是()图4A.C到B的位移大于A到C的位移，因为正数大于负数B.A到C的位移大于C到B的位移，因为符号表示位移的方向，不表示大小C.因为位移是矢量，所以这两个矢量的大小无法比较D.物体由A到B的位移Δx＝Δx1＋Δx2解析位移是位置坐标的变化量，位移的符号仅表示方向，不表示大小，故B正确，A、C错误；由位移公式可知D正确。答案BD7.(2018·绵阳市诊断性检测)如图5所示，某次台球比赛中，将目标球送至洞口有线路1(实线)和线路2(虚线)，则目标球分别走两条线路时()图5A.位移一定不相同B.时间一定不相同C.平均速度一定不相同D.到达洞口的瞬时速度一定不相同解析线路1和线路2路径不同，但始末位置相同，所以位移一定相同，选项A错误；两个路线中球的速率不确定，所以时间不确定，选项B、C错误；到达洞口时运动方向不同，所以瞬时速度一定不相同，选项D正确。答案D8.(2018·浙江名校新高考研究联盟联考)春运是中国在农历春节前后出现的一种大规模的交通运输高压力现象。某同学买了北京西到贵阳北的高铁票，如图6所示，从铁路售票网查询到该趟车历时8小时46分钟，行程为2026公里，则下列说法正确的是()图6A.图中08：55表示一段时间B.该列车高速行驶时，可以取10m位移的平均速度近似看做这10m起点位置处的瞬时速度C.该趟列车全程的平均速度为231km/hD.该趟列车的最高速度为231km/h解析图中08：55表示出发时间，表示动作的发生瞬间，为时刻，选项A错误；高速运动时，速度很大，通过10m长度所用的时间很短，故这10m内的平均速度可看做为这10m起点位置处的瞬时速度，选项B正确；全程的路程为s＝2026km，全程所用时间为8小时46分钟，求出的是平均速率，由于不知道位移，所以不能求解平均速度，根据题意不知道列车的最高速度，选项C、D错误。答案B9.中国著名女子排球运动员朱婷于2017年4月24日获得2017年欧洲女排俱乐部冠军联赛MVP，2017年5月14日获得2017女排世俱杯MVP。在比赛中朱婷跳起将以18m/s速度水平飞来的排球迎面击出，球以22m/s的速率水平返回(如图7)，假设排球被击打过程中的平均加速度大小为200m/s2，则运动员对排球的击打时间为()图7A.0.02s B.0.20s C.0.11s D.0.09s解析由a＝eq\f(Δv,Δt)得Δt＝eq\f(Δv,a)＝eq\f(40,200)s＝0.20s，故B项正确。答案B10.(2019·深圳模拟)如图8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()图8A.πR B.2R C.2πR D.Req\r(4＋π2)解析当气门芯由轮子的正上方第一次运动到轮子的正下方时，轮子向前运动半个周长，气门芯的初位置与末位置如图所示。由几何知识得，气门芯的位移大小x＝eq\r(（2R）2＋（πR）2)＝Req\r(4＋π2)，故选项D正确。答案D11.(多选)如图9所示，一人骑自行车晨练，由静止开始沿直线运动，她在第1s内、第2s内、第3s内、第4s内通过的位移分别为1m、2m、3m、4m，则()图9A.她在4s末的瞬时速度为4m/s B.她在第2s内的平均速度为2m/sC.她在4s内的平均速度为2.5m/s D.她在1s末的速度为1m/s解析由v－＝eq\f(x,t)可得该人在第2s内的平均速度为2m/s，选项B正确；前4s内的平均速度为v－＝eq\f(1＋2＋3＋4,4)m/s