高考物理一轮复习讲义专题1.2　运动图像问题　追及相遇问题（原卷版）

专题1.2运动图像问题追及相遇问题【讲】【讲核心素养】1.物理观念：匀速直线运动、匀变速直线运动、非匀变速直线运动模型。追及、相遇。(1)知道常见直线运动的特点能结合图像语言将其转化为对应的运动模型。(2)能结合图像、情景建构追及相遇模型树立运动观。2.科学思维：在特定情境中运用图像解决问题。(1).能将图像语言转变为匀变速直线运动模型进而运用匀变速直线运动的规律进行求解-----转换思维(2)能将多物体运动的具体情景转化为情景图、函数图像并利用图像解决问题------分析问题解决问题3..科学态度与责任：以生产、生活实际为背景的匀变速直线运动规律的应用。能将以生产、生活，交通运输实际为背景的情景试题运用匀变速直线运动的特点去情境化建立物理模型并用相关规律求解，以此体会物理学科分析问题的科学方法同时感悟物理知识在生产、生活中的应用。【讲考点题型】【知识点一】运动图象的理解1.两类图象的比较x­t图象v­t图象轴纵轴——位移横轴——时间纵轴——速度横轴——时间线运动物体的位移与时间的关系运动物体的速度与时间的关系斜率某点的斜率表示该点的瞬时速度某点的斜率表示该点的加速度点两线交点表示两物体相遇两线交点表示两物体该时刻速度相同面积无意义图线和时间轴所围的面积，表示物体运动的位移截距在纵轴上的截距表示t＝0时的位移在纵轴上的截距表示t＝0时的速度2.三点说明(1)x­t图象与v­t图象都只能描述直线运动，且均不表示物体运动的轨迹；(2)分析图象要充分利用图象与其所对应的物理量的函数关系；(3)识图方法：一轴、二线、三斜率、四面积、五截距、六交点。3、非常规图象(1)a－t图象由v＝v0＋at可知图象与横轴所围面积表示速度变化量Δv，如图甲所示．(2)eq\f(x,t)－t图象由x＝v0t＋eq\f(1,2)at2可得eq\f(x,t)＝v0＋eq\f(1,2)at，图象的斜率为eq\f(1,2)a，如图乙所示．(3)v2－x图象由v2－v02＝2ax可知v2＝v02＋2ax，图象斜率为2a.(4)x－v图象x与v的关系式：2ax＝v2－v02，图象表达式：x＝eq\f(1,2a)v2－eq\f(1,2a)v02.【例1】（2022·辽宁·东北育才学校模拟预测）甲、乙两个质点沿同一直线运动，其中质点甲以3m/s的速度做匀速直线运动，质点乙做初速度为零的匀变速直线运动，它们的位置SKIPIF1<0随时间SKIPIF1<0的变化如图所示。已知t=3s时，甲、乙图线的斜率相等。下列判断正确的是（）A．最初的一段时间内，甲、乙的运动方向相反B．t=3s时，乙的位置坐标为SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0时，两车相遇D．乙经过原点的速度大小为SKIPIF1<0【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。要求考生能准确获取x­t图像信息并根据图像信息转化为清晰的运动情景。【变式训练1】（2022·安徽·巢湖市第一中学模拟预测）甲、乙两个小钢球沿竖直方向做匀变速直线运动，其x-t图像如图所示，两图线均为抛物线，（1s，7m）和（0，2m）分别为甲、乙两抛物线的顶点。设竖直向上为正方向，关于两个小球的运动下列说法正确的是（）A．甲和乙的加速度相同B．甲和乙的初速度相同C．0~1s内甲、乙的平均速度相同D．0~2s内甲的速度改变量大小为20m/s【必备知识】位移图象的基本性质(1)横坐标代表时刻，而纵坐标代表物体所在的位置，纵坐标不变即物体保持静止状态；(2)位移图象描述的是物体位移随时间变化的规律，不是物体的运动轨迹，斜率等于物体运动的速度，斜率的正负表示速度的方向，质点通过的位移等于x的变化量Δx.【例2】（2022·海南海口·模拟预测）2021年7月28日，在东京奥运会男子双人跳板决赛中，中国选手谢思埸、王宗源获得冠军。如图1所示是他们踏板起跳的精彩瞬间，从离开跳板开始计时，跳水过程中运动员重心的v-t图像如图2所示，不计空气阻力，重力加速度g取10m/s2，则下列说法正确的是（）A．运动员在入水前做的是自由落体运动B．运动员在t=2s时已浮出水面C．运动员在水中的加速度逐渐增大D．运动员双脚离开跳板后重心上升的高度为SKIPIF1<0m【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。要求考生能准确获取v­t图像信息并根据图像信息转化为清晰的运动情景。【变式训练2】（多选）（2021·广东·高考真题）赛龙舟是端午节的传统活动。下列SKIPIF1<0和SKIPIF1<0图像描述了五条相同的龙舟从同一起点线同时出发、沿长直河道划向同一终点线的运动全过程，其中能反映龙舟甲与其它龙舟在途中出现船头并齐的有（）A． B．C． D．【必备知识】关于运动图象的三点提醒(1)x­t图象、v­t图象都不是物体运动的轨迹，图象中各点的坐标值x、v与t一一对应．(2)x­t图象、v­t图象的形状由x与t、v与t的函数关系决定．(3)无论是x­t图象还是v­t图象，所描述的运动都是直线运动．【例3】（多选）（2022·四川自贡·三模）甲、乙两车同时从同一位置出发，沿着同一平直路面行驶，它们的速度v随时间t变化的图像如图所示。下列说法正确的是（）A．0~SKIPIF1<0时间内，甲车在追乙车B．SKIPIF1<0~SKIPIF1<0时间内，两车间的距离一直减小C．0~SKIPIF1<0时间内，甲车先沿正方向运动，再沿负方向运动D．SKIPIF1<0~SKIPIF1<0时间内，甲车的平均速度大于乙车的平均速度【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。要求考生能正确把握图象代表的物体运动规律并能准确区分两类运动学图像的交点、斜率的物理意义。【变式训练3】（2022·广东·模拟预测）电竞遥控车表演赛中，SKIPIF1<0时刻，可视为质点的甲、乙两车以等大反向的速度在O点擦肩而过，甲向右运动，乙向左运动，v-t图像如图所示，且SKIPIF1<0两车的运动方向都发生了改变，以向右为正方向，以下说法正确的是（）A．SKIPIF1<0，甲的位移比乙大 B．SKIPIF1<0，甲的加速度比乙大C．SKIPIF1<0时，甲刚好回到O点 D．乙回到O点时，甲在O点的右边【必备知识】直线运动图象问题要根据物理情景中遵循的规律，由图象提取信息和有关数据，根据对应的规律公式对问题做出正确的解答。具体分析过程如下：方法总结：(1)用函数思想分析图象：图象反映了两个变量(物理量)之间的函数关系，因此要由运动学公式推导出两个物理量间的函数关系，来分析图象的意义．（2）要注意应用解析法和排除法，两者结合提高选择题图象类题型的解题准确率和速度．（3）有些图象问题的分析和解决，要充分挖掘图象的隐含信息(比如图象的斜率、截距、包围面积及特殊点坐标等)才能顺利解题．【知识点二】运动图象的应用1．读图2．作图和用图依据物体的状态或物理过程所遵循的物理规律，作出与之对应的示意图或数学函数图象来研究和处理问题．【例4】（2022·湖南·桑植县第一中学模拟预测）某猎豹在追击猎物时，在25m的距离可以从静止加速到25m/s，此后猎豹的SKIPIF1<0图像如图所示，0到200m内为一条与x轴平行的直线，200m到250m内为一条倾斜的直线，假设猎豹和猎物都沿直线运动，则下列说法正确的是（）A．猎豹加速到25m/s后运动250m所用的时间是13sB．若猎物的速度为10m/s，猎豹发现猎物时，猎豹立马加速追击猎物，若猎豹达到最大速度时，猎豹与猎物之间的距离大于120m，则猎豹一定不能追到猎物C．猎豹从静止加速到25m/s所用的时间为2sD．猎豹加速到25m/s后先做匀速直线运动后做匀减速直线运动【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。要求考生对物体的状态或物理过程所遵循的物理规律，选出与之对应的数学函数图象来研究和处理问题。【变式训练4】（2022·湖南怀化·一模）甲、乙两辆汽车同时同地出发，沿同方向做直线运动，两车速度的平方SKIPIF1<0随x的变化图像如图所示，下列说法正确的是（）A．汽车甲停止前，甲、乙两车相距最远时，甲车的位移为8mB．汽车甲的加速度大小为SKIPIF1<0C．汽车甲、乙在t＝4s时相遇D．汽车甲、乙在x＝6m处的速度大小为3m/s【必备知识】“三步”巧用图象分析物理问题(1)认真审题，根据题中所需求解的物理量，结合相应的物理规律确定横、纵坐标所表示的物理量．(2)根据题意，结合具体的物理过程，应用相应的物理规律，将题目中的速度、加速度、位移、时间等物理量的关系通过图象准确直观地反映出来．(3)题目中一般会直接或间接给出速度、加速度、位移、时间四个量中的三个量的关系，作图时要通过这三个量准确确定图象，然后利用图象对第四个量作出判断．【例5】（2021·辽宁·高考真题）某驾校学员在教练的指导下沿直线路段练习驾驶技术，汽车的位置x与时间t的关系如图所示，则汽车行驶速度v与时间t的关系图像可能正确的是（）A． B．C． D．【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。要求考生能依据物体的状态或物理过程所遵循的物理规律，作出与之对应的示意图或数学函数图象来研究和处理问题．【变式训练5】（2022·湖南·长郡中学二模）甲、乙两名运动员同时从泳池的两端出发，在泳池里训练，甲、乙的速度—时间图像分别如图（a）、（b）所示，不计转向的时间，两人的运动均可视为质点的直线运动。则（）A．两人第一次相遇时处于泳池的正中间处B．两人前两次相遇的时间间隔为20sC．50s内两人共相遇了2次D．两人第一次在泳池的两端处相遇的时刻为t=75s【必备知识】图象转换时要注意的三点(1)合理划分运动阶段，分阶段进行图象转换；(2)注意相邻运动阶段的衔接，尤其是运动参量的衔接；(3)注意图象转换前后核心物理量间的定量关系，这是图象转换的依据．【知识点三】追及相遇问题（一）与运动学图像相结合的追及相遇问题---数形结合思想1.根据两个物体的v－t图象分析追及相遇问题：(1)利用图象中斜率、面积、交点的含义进行定性分析或定量计算.(2)有时将运动图象还原成物体的实际运动情况更便于理解.2.根据两个物体的运动状态作出v－t图象，再分析解答问题.根据物体在不同阶段的运动情况，分阶段画出v－t图象，再通过定量计算分析得出结果.利用v－t图象分析追及相遇问题更直观、简捷.【例6】（2022·海南·一模）甲、乙两汽车在平直的公路上同向匀速行驶，乙在前，甲在后，某时刻因紧急避险，两车司机听到警笛提示，同时开始刹车，速度相等时，甲车追上乙车且刚好没有发生碰撞。如图所示为两车刹车后运动的v—t图象，以下说法正确的是（）A．甲刹车的加速度的大小为0.5SKIPIF1<0 B．两车刹车后间距一直在减小C．两车开始刹车时的距离为100m D．两车都停下来后相距15m【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学思维。追及和相遇问题常以v­t图象或x­t图象的形式考查，用图象描述两物理量关系时，比较直观、形象且信息量大，体现了数形结合法的应用。【变式训练6】（2022·广东·华南师大附中模拟预测）如图甲所示，A车原来临时停在一水平路面上，B车在后面匀速向A车靠近，A车司机发现后启动A车，以A车司机发现B车为计时起点（t=0），A、B两车的v-t图像如图乙所示。已知B车在第1s内与A车的距离缩短了x1=12m。（1）求B车运动的速度vB和A车的加速度a的大小。（2）若A、B两车不会相撞，则A车司机发现B车时（t=0）两车的距离s0应满足什么条件？（二）以实际相结合的追及相遇模型1．追及、相遇问题中的一个条件和两个关系(1)一个条件：即两者速度相等，它往往是物体间能够追上、追不上或两者距离最大、最小的临界条件，也是分析判断的切入点．(2)两个关系：即时间关系和位移关系，这两个关系可通过题干或画运动示意图得到．2．追及、相遇问题常见的情况假设物体A追物体B，开始时两个物体相距x0，有三种常见情况：(1)A追上B时，必有xA－xB＝x0，且vA≥vB.(2)要使两物体恰好不相撞，两物体同时到达同一位置时速度相同，必有xA－xB＝x0，vA＝vB.(3)若使两物体保证不相撞，则要求当vA＝vB时，xA－xB＜x0，且之后vA≤vB.3．解题思路和方法eq\x(\a\al(分析两物体,的运动过程))⇒eq\x(\a\al(画运动,示意图))⇒eq\x(\a\al(找两物体,位移关系))⇒eq\x(\a\al(列位移,方程))【例7】（2022·湖南·长郡中学一模）如图所示，甲、乙两辆汽车并排沿平直路面向前行驶，两车车顶O1、O2两位置都装有蓝牙设备，这两个蓝牙设备在5m以内时能够实现通信。t=0时刻，甲、乙两车刚好位于图示位置，此时甲车的速度为4m/s，乙车的速度为1m/s，O1、O2的距离为3m。从该时刻起甲车以1m/s2的加速度做匀减速运动直至停下，乙车保持原有速度做匀速直线运动。忽略信号传递时间，从t=0时刻起，甲、乙两车能利用蓝牙通信的时间为（）A．2s B．10s C．16s D．20s【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学态度和责任及科学思维及物理观念。【变式训练7】（2022·山东·模拟预测）在2022年北京冬奥会的国家跳台滑雪中心“雪如意”内，如图所示的九号方糖配送机器人格外引人关注，它们在雪如意场馆内巡逻安防，对场馆内情况进行实时监测和管理，同时为人们提供物品配送服务，充分利用其智慧移动能力优势，助力、护航冬奥。假设配送机器人从静止开始启动，沿直线将水平放置的物品平稳送至目标位置。已知该过程中机器人匀速运动时的最高速度可达SKIPIF1<0，加速和减速阶段均做匀变速直线运动，且加速时的加速度与减速时的加速度大小相同，不计空气阻力，重力加速度SKIPIF1<0取SKIPIF1<0。（1）若机器人以最高速度匀速行进途中前方SKIPIF1<0的