2020版高考物理一轮复习第一章第1节描述运动的基本概念讲义(含解析)

PAGE机械运动与物理模型新课程标准核心知识提炼1.经历质点模型的建构过程，了解质点的含义。知道将物体抽象为质点的条件，能将特定实际情境中的物体抽象成质点。体会建构物理模型的思维方式，认识物理模型在探索自然规律中的作用。2.理解位移、速度和加速度。通过实验，探究匀变速直线运动的特点，能用公式、图像等方法描述匀变速直线运动，理解匀变速直线运动的规律，能运用其解决实际问题，体会科学思维中的抽象方法和物理问题研究中的极限方法。3.定性了解生活中常见的机械运动。通过实验认识自由落体运动规律。结合物理学史的相关内容，认识实验对物理学发展的推动作用。质点(物理模型)位移速度(极限思想)加速度匀变速直线运动的规律运动图像自由落体运动规律实验：研究匀变速直线运动的特点第1节描述运动的基本概念一、质点、参考系1．质点(1)定义：用来代替物体的有质量的点。(2)条件：物体的大小和形状对研究的问题的影响可以忽略不计。[注1](3)实质：质点是一种理想化的模型，实际并不存在。2．参考系(1)定义：在描述物体的运动时，用来做参考的物体。(2)参考系的选取[注2]①参考系的选取是任意的，既可以是运动的物体，也可以是静止的物体，但被选为参考系的物体应认为是静止的，通常选地面为参考系。②对于同一物体，选择不同的参考系时观察运动结果一般不同。③比较两物体的运动情况时，必须选同一参考系。二、位移、速度1．位移和路程(1)二者的定义位移表示质点的位置变动，它是由质点初位置指向质点末位置的有向线段路程质点运动轨迹的长度(2)二者的区别和联系区别①位移是矢量，方向由初位置指向末位置②路程是标量，没有方向联系①在单向直线运动中，位移的大小等于路程②其他情况下，位移的大小小于路程2．速度和速率(1)平均速度：物体发生的位移与发生这段位移所用时间的比值，即v＝eq\f(x,t)，是矢量，其方向就是对应位移的方向。(2)瞬时速度：运动物体在某一时刻或经过某一位置的速度，是矢量。[注3](3)速率：瞬时速度的大小，是标量。三、加速度[注4]1．物理意义：描述物体速度变化快慢的物理量。2．定义式：a＝eq\f(Δv,Δt)，单位为m/s2。3．方向：加速度为矢量，方向与速度变化量的方向相同。【注解释疑】[注1]不以“大小”论质点①大的物体不一定不能看成质点；②小的物体不一定能看成质点。[注2]不能选自身为参考系。[注3]在实际问题中，只要时间足够短，平均速度可认为等于瞬时速度，如光电门问题。[注4]速度变化快慢、速度变化率、加速度三者含义相同，速度变化快，也就是速度变化率大，加速度大。[深化理解]1．质点的辨识物体能否看成质点，关键不在物体本身，而是要看研究的问题，同一个物体在不同情况下有时可看成质点，有时则不能。2．“速度”的理解“速度”一词在不同情境下可能表示瞬时速度、平均速度、速率、平均速率，解决具体问题时需要加以区分。3．平均速度和平均速率平均速度是位移与所用时间的比值，平均速率是路程与所用时间的比值，所以平均速率不是平均速度的大小。4．加速度的方向加速度的方向与速度变化量Δv的方向相同，由物体受到的合力方向决定(F＝ma)。[基础自测]一、判断题(1)只有质量和体积都很小的物体才能看成质点。(×)(2)平动的物体都可以看成质点，而转动的物体不能看成质点。(×)(3)参考系可以任意选取，但一般遵循描述运动方便的原则。(√)(4)当一个物体做竖直上抛运动返回原抛出点时，位移的大小等于上升高度的两倍。(×)(5)加速度为正值，表示速度的大小一定越来越大。(×)二、选择题(部分习题选自教材，或为教材习题的改编。教材习题最经典，每练一次都有新发现。)1．下列关于物理学的基本知识说法正确的是()A．只有静止的物体才能被选为参考系B．小明早上6点30分出门去上学，“6点30分”是时间间隔C．地球有时可以看成质点，有时不能看成质点D．国际马拉松比赛的总长42.195公里指的是位移解析：选C一切物体都能被选为参考系，A错误。“6点30分”是时刻，B错误。研究地球自转时，地球不能看成质点，研究地球公转时，地球可以看成质点，C正确。42.195公里指的是路程，D错误。2．[粤教版必修1P16T1改编]下列关于加速度的说法正确的是()A．加速度的单位读作“米每秒的平方”B．物体有加速度说明物体速度在增大C．加速度越大说明物体速度变化越大D．加速度是描述物体速度变化快慢的物理量解析：选D加速度的单位读作“米每二次方秒”，故A错误；物体加速度方向与速度方向反向时，物体速度在减小，故B错误；加速度是描述物体速度变化快慢的物理量，加速度大说明速度变化快，故C错误，D正确。3.如图所示，在某次越野自行车训练中，某选手用地图计算出出发地A和目的地B的直线距离为12km，实际从A运动到B用时30min，实际里程表指示的里程数比直线距离多了8km，当他经过某路标C时，车上速度计指示的示数为50km/h，下列说法错误的是()A．整个过程中自行车的平均速度大小为24km/hB．整个过程中自行车的平均速率为40km/hC．经过路标C时自行车的瞬时速度大小为50km/hD．经过路标C时自行车的速度方向为由A指向B解析：选D从A到B，自行车的位移为12km，路程为20km，用时0.5h，由平均速度和平均速率的定义可得整个过程中的平均速度大小为24km/h，平均速率为40km/h，故A、B正确；速度计显示的是瞬时速度大小，故C正确；经过路标C时自行车的速度方向沿实际运动路线的切线指向运动方向，故D错误。本节内容为运动学的基本概念，因为简单，高考一般不单独命题。但这些概念是高中物理知识的基础，不可掉以轻心，复习时应注重对概念的理解。考点一对质点和参考系的理解[基础自修类][题点全练]1．[对质点的理解]2017年8月27日，第十三届全运会在天津开幕，下列几种比赛项目中的研究对象可视为质点的是()A．跳高比赛中研究运动员跳跃的姿势时B．研究男子千米比赛中运动员的位置时C．研究投篮过程中篮球能否进入篮筐时D．100米终点裁判在分析运动员冲线过程时解析：选B跳高比赛中研究运动员跳跃的姿势，不能将运动员视为质点，故A错误；研究男子千米比赛中运动员的位置时，可以不考虑其体积，能看成质点，故B正确；研究投篮过程中篮球能否进入篮筐时，篮球的大小不能忽略，不能看成质点，故C错误；100米终点裁判在分析运动员冲线过程时，可以是身体的不同位置接触终点线，此时不能看成质点，故D错误。2．[对参考系的理解]钓鱼岛群岛自古以来就是中国领土，其附近海域是渔民祖祖辈辈传统的谋生渔场。如图，中国海监46船(甲)和中国海监49船(乙)，在钓鱼岛领海内开展例行维权巡航。甲、乙两船并排行驶，甲船上的船员看见钓鱼岛向东移动，乙船内的船员发现甲船没有动。如果以钓鱼岛为参照物，上述事实说明()A．甲船向西运动，乙船不动B．乙船向西运动，甲船不动C．甲船向西运动，乙船向东运动D．甲、乙两船以相等的速度都向西运动解析：选D甲船上的船员看见钓鱼岛向东移动，以钓鱼岛为参照物，甲船向西运动，乙船内的船员发现甲船没有动。甲、乙两船的速度大小、行驶的方向应该是一样的，即甲、乙两船以相等的速度都向西运动。故D正确。3．[对质点、参考系的综合考查](多选)我国第四颗月球探测器“嫦娥四号”于北京时间2018年12月8日2时23分成功发射。与“嫦娥三号”在月球西经19.51度、北纬44.12度的虹湾以东区域着陆不同，“嫦娥四号”实现了人类首次月球背面软着陆和巡视探测。下列说法正确的是()A．“嫦娥四号”绕月球做椭圆运动，是以地球为参考系来描述的B．在观测“嫦娥四号”绕月球运行周期时可将其看成质点C．2018年12月8日是时间，2时23分是时刻D．西经19.51度、北纬44.12度表示位置解析：选BD“嫦娥四号”绕月球做椭圆运动是以月球中心为参考系来描述的，故A错；观测其绕月球飞行周期可将其看成质点，故B对；2018年12月8日2时23分整体表示时刻，故C错；西经19.51度、北纬44.12度表示位置，故D对。[名师微点]1．对质点的两点说明(1)质点不同于几何“点”，质点有质量，而几何中的“点”仅仅表示空间中的某一位置。(2)物体能否被看成质点是由要研究的问题决定的，并非依据物体自身的大小和形状来判断。2．判断质点问题的两个关键(1)明确题目中要研究的问题是什么。(2)分析物体的大小和形状对所研究问题的影响能否忽略不计。当物体的大小和形状对所研究的问题影响很小，可以忽略不计时，不论体积大小均可将其视为质点。3．对参考系的三点提醒(1)由于运动描述的相对性，凡是提到物体的运动，都应该明确它是相对哪个参考系而言的，在没有特殊说明的情况下，一般选大地作为参考系。(2)在同一个问题中，若要研究多个物体的运动或同一物体在不同阶段的运动，则必须选取同一个参考系。(3)对于复杂运动的物体，应选取能最简单描述物体运动情况的物体为参考系。考点二位移和路程[基础自修类][题点全练]1．[对位移和路程的理解]关于位移和路程，下列说法正确的是()A．在某一段时间内物体运动的位移为零，则该物体一定是静止的B．在某一段时间内物体运动的路程为零，则该物体一定是静止的C．在直线运动中，物体的位移大小一定等于其路程D．在曲线运动中，物体的位移大小可能等于其路程解析：选B物体运动了一段时间后又回到出发点，位移为零，选项A错误；物体不运动，则它的路程一定为零，反之物体在某一段时间内运动的路程为零，则它一定静止，选项B正确；物体只有做单向直线运动时，其位移大小才等于路程，选项C、D错误。2．[位移和路程的计算]如图所示，物体沿两个半径为R的圆弧由A到C，则它的位移和路程分别为()A.eq\f(5π,2)R，A指向C；eq\r(10)RB.eq\f(5π,2)R，A指向C；eq\f(5π,2)RC.eq\r(10)R，A指向C；eq\f(5π,2)RD.eq\r(10)R，C指向A；eq\f(5π,2)R解析：选C如图，物体沿两个半径为R的圆弧由A运动到C，路程s＝πR＋eq\f(3,4)×2πR＝eq\f(5,2)πR，位移由A指向C，x＝eq\r(3R2＋R2)＝eq\r(10)R，故选项C正确。3．[利用位置坐标确定位移的大小和方向](多选)小明在玩“跳跳鼠”手机游戏时，让跳跳鼠在手机屏幕上由点(0,0)出发，沿直线运动到点(3,1)，吃到一次食物。然后又由点(3,1)沿直线运动到点(1,4)，接着又由点(1,4)沿直线运动到点(5,5)，最后又由点(5,5)沿直线运动到点(2,2)，各吃到一次食物。平面坐标系横、纵坐标轴的单位长度为1cm，则()A．跳跳鼠的运动轨迹是一条直线B．跳跳鼠不会两次通过同一点C．整个过程中跳跳鼠的位移大小为2eq\r(2)cmD．整个过程中跳跳鼠的位移与由点(5,5)运动到点(2,2)的位移方向相反解析：选CD在坐标系中画出跳跳鼠的运动轨迹如图所示，可见其运动轨迹不是一条直线，图线的交点表示跳跳鼠两次通过同一点，A、B均错误；整个过程中跳跳鼠的位移为从点(0,0)到点(2,2)的有向线段，大小为2eq\r(2)cm，C正确；(0,0)、(2,2)、(5,5)三个坐标点在一条直线上，故可得出整个过程中跳跳鼠的位移与由点(5,5)到点(2,2)的位移方向相反，D正确。[名师微点]位移与路程的区别和联系位移x路程s物理意义描述物体位置的变化表示物体运动轨迹的长度决定因素由初、末位置决定由实际的运动路径决定运算规则矢量的平行四边形定则标量的代数运算大小关系x≤s考点三平均速度与瞬时速度[师生共研类]1．平均速度与瞬时速度的区别和联系区别平均速度是过程量，表示物体在某段时间或某段位移内的平均运动快慢程度瞬时速度是状态量，表示物体在某一时刻或某一位置的运动快慢程度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和大小关系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。3．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)eq\x\to(v)＝eq\f(Δx,Δt)是平均速度的定义式，适用于所有的运动。[典例]如图所示，物体沿曲线轨迹的箭头方向运动，AB、ABC、ABCD、ABCDE四段曲线轨迹运动所用的时间分别是：1s、2s、3s、4s。下列说法不正确的是()A．物体在AB段的平均速度为1m/sB．物体在ABC段的平均速度为eq\f(\r(5),2)m/sC．AB段的平均速度比ABC段的平均速度更能反映物体处于A点时的瞬时速度D．物体在B点的速度等于AC段的平均速度[解析]由eq\o(v,\s\up6(－))＝eq\f(x,t)可得：eq\o(v,\s\up6(－))AB＝eq\f(1,1)m/s＝1m/s，eq\o(v,\s\up6(－))AC＝eq\f(\r(5),2)m/s，故A、B均正确；所选取的过程离A点越近，运动时间越短，其阶段的平均速度越接近A点的瞬时速度，故C正确；由A经B到C的过程不是匀变速直线运动过程，故B点虽为中间时刻，但其速度不等于AC段的平均速度，D错误。[答案]Deq\a\vs4\al([易错提醒])(1)中间时刻的速度等于这段时间的平均速度，只适用于匀变速直线运动。本题中A→C的过程为曲线运动。(2)所选取的时间或过程越短，平均速度越接近该过程内某时刻或某位置的瞬时速度。[题点全练]1．[平均速度的计算]某同学在研究一辆汽车的运动时发现，汽车沿直线运动，以速度v1＝20m/s行驶了eq\f(1,3)的路程，接着以速度v2＝30m/s跑完了其余的eq\f(2,3)的路程，他根据这些数据算出了汽车在全程的平均速度，你看下列哪一个是正确的()A．25m/s B．24m/sC．23m/s D．25.7m/s解析：选D由平均速度的公式eq\x\to(v)＝eq\f(Δx,Δt)，可得v＝eq\f(x,\f(\f(1,3)x,v1)＋\f(\f(2,3)x,v2))＝25.7m/s。D正确。2．[平均速度与平均速率的比较]如图，三个质点A、B、C均同时从长方体上的M点沿不同路径同时运动至N点，运动轨迹如图所示，下列说法正确的是()A．三个质点的路程相同B．三个质点的平均速率相同C．A、B的位移最大，C的位移最小D．三个质点的平均速度相同解析：选D路程是质点运动轨迹的实际长度，可见A、B的路程相同，且大于C的路程，A错。平均速率等于路程与时间的比值，所以B错。位移是初位置指向末位置的有向线段，由此可知，三者的位移相同，C错。平均速度等于位移与时间的比值，所以平均速度相同，D对。3．[平均速度和瞬时速度的应用]如图所示，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()A．换用宽度更窄的遮光条B．提高测量遮光条宽度的精确度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：选Aeq\f(Δx,Δt)表示的是Δt时间内的平均速度，遮光条的宽度Δx越窄，则记录的遮光时间Δt越小，eq\f(Δx,Δt)越接近滑块通过光电门时的瞬时速度，选项A正确。考点四加速度与速度及速度变化量的关系[师生共研类]1．速度、速度变化量和加速度的对比速度速度变化量加速度物理意义描述物体运动的快慢描述物体速度的变化描述物体速度变化的快慢定义式v＝eq\f(Δx,Δt)Δv＝v－v0a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(v－v0,Δt)方向与位移Δx同向，即物体运动的方向由v－v0或a的方向决定与Δv的方向一致，由合力F的方向决定，而与v0、v的方向无关2．加速度的定义式和决定式a＝eq\f(Δv,Δt)是加速度的定义式，a＝eq\f(F,m)是加速度的决定式，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。3．根据a与v的方向关系判断物体加速还是减速eq\a\vs4\al(1a和v同向,加速直线运动)⇒eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a不变，v随时间均匀增大,a增大，v增大得越来越快,a减小，v增大得越来越慢))eq\a\vs4\al(2a和v反向,减速直线运动)⇒eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a不变，v随时间均匀减小,a增大，v减小得越来越快,a减小，v减小得越来越慢))[典例]两个物体A、B的加速度aA＞aB，则()A．A的速度一定比B的速度大B．A的速度变化量一定比B的速度变化量大C．A的速度变化一定比B的速度变化快D．A受的合外力一定比B受的合外力大[解析]加速度a＝eq\f(Δv,Δt)，表示速度变化的快慢，因此加速度a大，速度v、速度变化量Δv均不一定大，但速度变化一定快，故选项A、B错误，选项C正确。根据牛顿第二定律F＝ma可知，物体所受合力的大小与质量和加速度两个物理量有关，而题意中未涉及物体A、B质量的大小关系，因此它们所受合外力的大小关系也无法确定，故选项D错误。[答案]Ceq\a\vs4\al([易错提醒])(1)速度的大小与加速度的大小没有必然联系。(2)速度变化量的大小由加速度和速度变化的时间共同决定。(3)速度增大或减小是由速度与加速度的方向关系决定的。[题点全练]1．[速度、速度变化量与加速度方向间的关系]如图所示，汽车在做直线运动过程中，原来的速度是v1，经过一小段时间Δt以后，速度变为v2，则下列说法正确的是()A．图中a是矢量，Δv是标量B．图甲中汽车速度v1的方向与加速度a的方向相反C．图甲中汽车速度v1的方向与加速度a的方向相同D．图乙中汽车速度v1的方向与加速度a的方向相同解析：选C速度、速度变化量以及加速度均是矢量，选项A错误；题图甲中汽车做加速运动，则速度v1的方向与加速度a的方向相同，选项B错误，C正确；题图乙中汽车做减速运动，则速度v1的方向与加速度a的方向相反，选项D错误。2．[速度变化量、加速度的大小计算](多选)如图甲所示，火箭发射时，速度能在10s内由0增加到100m/s；如图乙所示，汽车以108km/h的速度行驶，急刹车时能在2.5s内停下来，下列说法中正确的是()A．10s内火箭的速度改变量为10m/sB．2.5s内汽车的速度改变量为－30m/sC．火箭的速度变化比汽车的快D．火箭的加速度比汽车的加速度小解析：选BD因火箭发射时，速度在10s内由0增加到100m/s，故10s内火箭的速度改变量为100m/s，选项A错误；汽车以108km/h＝30m/s的速度行驶，急刹车时能在2.5s内停下来，则2.5s内汽车的速度改变量为0－30m/s＝－30m/s，选项B正确；火箭的加速度为：a1＝eq\f(Δv1,Δt1)＝eq\f(100,10)m/s2＝10m/s2，汽车的加速度为：a2＝eq\f(Δv2,Δt2)＝eq\f(－30,2.5)m/s2＝－12m/s2，故火箭的速度变化比汽车的慢，火箭的加速度比汽车的加速度小，选项C错误，D正确。3．[速度变化规律分析](多选)一个物体做变速直线运动，物体的加速度(方向不变)大小从某一值逐渐减小到零，则在此过程中，关于该物体的运动情况的说法可能正确的是()A．物体速度不断增大，加速度减小到零时，物体速度最大B．物体速度不断减小，加速度减小到零时，物体速度为零C．物体速度减小到零后，反向加速再匀速D．物体速度不断增大，然后逐渐减小解析：选ABC物体做变速直线运动，速度方向可能与加速度方向相同，加速度逐渐减小，速度不断增大，当加速度减小到零时，速度达到最大，而后做匀速直线运动，A正确；物体做变速直线运动，速度方向可能与加速度方向相反，加速度逐渐减小，速度不断减小，当加速度减小到零时，物体速度可能恰好为零，B正确；物体的加速度方向与初速度方向可能相反，加速度减小，速度减小，当速度减为零时，加速度不为零，然后反向做加速直线运动，加速度等于零后，物体做匀速运动，C