2023-2024学年高一物理 2.2匀变速直线运动的速度与时间的关系( 人教版2019必修第一册(解析版) .docx
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1、2.2 匀变速直线运动的速度与时间的关系学习目标课程标准学习目标1知道匀变速直线运动的特点及分类。2理解匀变速直线运动的vt图像特点。3掌握匀变速直线运动的速度公式,会用此公式解决简单的匀变速直线运动问题。1、知道什么是匀变速直线运动。2、知道匀变速直线运动的v-t图像特点,知道直线的倾斜程度反映匀变速直线运动的加速度。3、理解匀变速直线运动的速度与时间的关系式,会用解简单的匀变速直线运动问题。02预习导学(一) 课前研读课本,梳理基础知识:一、匀变速直线运动1定义:沿着一条直线且_加速度不变_的运动,叫匀变速直线运动。注意:常见的变速运动并不是严格意义上的匀变速直线运动。例如,火车在加速启动
2、的一段时间内的运动可以近似看成是匀变速直线运动。匀变速直线运动是一种理想化模型。2分类(1)匀加速直线运动:物体的速度随时间_均匀增加_的变速直线运动。(2)匀减速直线运动:物体的速度随时间_均匀减小_的变速直线运动。二、直线运动的vt图像1匀速直线运动的速度时间图像是一条平行于时间坐标轴的直线(如图所示)2匀变速直线运动的速度时间图像如下图所示,匀变速直线运动的vt图像是一条倾斜的直线,直线a反映了速度随时间是_均匀增加_的,即是匀加速直线运动的图像;直线b反映了速度随时间是_均匀减小_的,即是匀减速直线运动的图像。三、速度与时间的关系式1速度公式:v_v0at_。2对公式的理解:做匀变速直
3、线运动的物体,在t时刻的速度v等于物体在开始时刻的_速度v0_加上在整个过程中速度的_变化量at_。(二)即时练习:【小试牛刀1】2019年12月17日,中国首艘国产航母“山东舰”正式入列,标志着中国海军正式进入双航母时代。在“山东舰”上装有帮助飞机起飞的弹射系统,已知“歼15”型战斗机在跑道上加速时产生的最大加速度为6.0m/s2,起飞的最小速度是 70 m/s,弹射系统能够使飞机所具有的最大速度为40 m/s,则飞机起飞需要加速的时间是()A3 sB4 sC5 sD6 s【答案】C【解析】由vtv0at得ts5 s。【小试牛刀2】在节假日期间,你可能到公园或游乐场玩蹦床,如下图所示是一同学
4、某次蹦床跳起后的vt图像,已知t22t1,结合你的体会和经历,分析下列问题。(1)他所做的运动是匀变速运动吗?(2)他跳起时速度多大?(3)哪段时间是上升的,哪段时间是下降的?(4)从图像中可以看出,是选上升过程的速度为正方向还是选下降过程速度方向为正方向?(5)他在t2末回到蹦床上了吗?【答案】是 v0 0t1 t1t2 上升 回到【解析】此同学做的是初速度为v0的匀变速直线运动,起跳时速度为v0。在0t1时间内速度为正,上升;t1t2时间内速度为负,下降。而且上升位移与下降位移大小相等,故t2末回到蹦床上,图像中选择上升过程的速度为正方向。03探究提升【问题探究1】匀变速直线运动的理解1匀
5、变速直线运动的属性(1)任意相等的时间内,速度的变化量相同。(2)不相等的时间,速度的变化量不相等,但a相等,即加速度a保持不变。(3)vt图像是一条倾斜的直线。2匀变速直线运动的分类(1)匀加速直线运动:物体的速度随时间均匀增加的变速直线运动。如图1所示的直线a表示的是匀加速直线运动。(2)匀减速直线运动:物体的速度随时间均匀减小的变速直线运动。如图1所示的直线b表示的是匀减速直线运动。(3)vt图像为穿过时间轴的直线,表示的运动整个来看既不能称为匀加速直线运动也不能称为匀减速直线运动,只能称为匀变速直线运动。如图2所示,在0t1时间段内是匀减速直线运动,但在t1t2时间段内是反向匀加速直线
6、运动,故0t2时间内既不能称为匀加速直线运动,也不能称为匀减速直线运动。但是0t2时间内任意截取一段时间,都是一个定值,故可以称为匀变速直线运动。【典型例题1】(多选)关于匀变速直线运动,下列说法正确的是()A匀变速直线运动的加速度恒定不变B相邻的相同时间间隔内的位移相等C在任何相等的时间t内的速度变化量v都相等D速度与运动时间成正比【答案】AC【解析】 匀变速直线运动的加速度a不变,故选项A正确;由a知,由于a不变,在相邻的相同时间间隔内v相同,速度逐渐变大或变小,则位移不相等,选项B错误,C正确;只有当初速度为零时,速度v才与运动时间t成正比,选项D错误【典型例题2】如图所示,汽车从制动到
7、停止共用了5s,这段时间内,汽车每1s前进的距离分别是9m、7m、5m、3m、1m。则该汽车()A这5s内一定做匀减速直线运动B全程的平均速度大于前4s内的平均速度C第1s内的平均速度比汽车刚制动时的瞬时速度略小D最初2s内的平均速度比汽车刚制动时的瞬时速度略大【答案】C【解析】A在相同的时间内,汽车的位移逐渐减小,只能说明汽车做减速运动,但并不能说明汽车一定做匀减速直线运动,A错误;B全程的平均速度为前4s内的平均速度为可知全程的平均速度小于前4s内的平均速度,B错误;C由于汽车做减速运动,可知第1s内的平均速度比汽车刚制动时的瞬时速度略小,C正确;D由于汽车做减速运动,可知最初2s内的平均
8、速度比汽车刚制动时的瞬时速度略小,D错误。故选C。【对点训练1】物体在做直线运动,则下列对物体运动的描述正确的是()A加速度为负值的直线运动,一定是匀减速直线运动B加速度大小不变的运动,一定是匀变速直线运动C加速度恒定(不为零)的直线运动一定是匀变速直线运动D若物体在运动的过程中,速度的方向发生改变,则一定不是匀变速直线运动【答案】C【解析】物体速度为负值,加速度为负值且保持不变时是匀加速直线运动,A错误;加速度是矢量,加速度大小不变,若方向改变,则加速度是变化的,不是匀变速直线运动,B错误,C正确;速度的方向发生改变,加速度可能保持不变,即可能为匀变速直线运动,例如,物体在做匀减速直线运动时
9、,当速度减小到零后,运动的方向会发生改变,变为反向匀加速直线运动,D错误【对点训练2】下列说法正确的是()A若物体运动速率始终不变,则物体一定做匀速直线运动B若物体的加速度均匀增加,则物体做匀加速直线运动C若物体的加速度与其速度方向相反,则物体做匀减速直线运动D若物体在任意的相等时间间隔内位移相等,则物体做匀速直线运动【答案】D【解析】速度不变的运动才是匀速直线运动。速率不变,速度的方向可能改变,不一定是匀速直线运动,故A错误;匀变速直线运动是加速度不变的直线运动,故加速度均匀增加的运动不是匀加速直线运动,故B错误;若加速度方向与速度方向相反,则物体做减速直线运动,但不一定是匀减速直线运动,故
10、C错误;物体在任意相等时间间隔内的位移相同,则物体的速度保持不变,物体做匀速直线运动,故D正确。【问题探究2】速度公式的理解和应用1公式vv0at中各量的含义:v0、v分别表示物体的初、末速度,a为物体的加速度,且a为恒量,at就是物体运动过程中速度的变化量。2公式的适用条件:公式vv0at只适用于匀变速直线运动。3公式的矢量性:公式vv0at中的v、v0、a均为矢量,应用公式解题时,应先选取正方向,一般以v0的方向为正方向。(1)若加速度方向与正方向相同,则加速度取正值,若加速度方向与正方向相反,则加速度取负值。(2)若计算出v为正值,则表示末速度方向与初速度的方向相同,若v为负值,则表示末
11、速度方向与初速度的方向相反。4两种特殊情况:(1)当v00时,vat。由于匀变速直线运动的加速度恒定不变,表明由静止开始的匀加速直线运动的速度大小与其运动时间成正比。(2)当a0时,vv0; 加速度为零的运动是匀速直线运动,也表明匀速直线运动是匀变速直线运动的特例。【典型例题3】(1)一个物体以10 m/s的速度在水平面上运动,某时刻起获得一个与初速度方向相同、大小为2.5 m/s2的加速度,求6 s末物体的速度大小;(2)若加速度方向与初速度方向相反,求1 s末和6 s末物体的速度大小【答案】(1)25 m/s(2)7.5 m/s5 m/s【解析】以初速度方向为正方向,v010 m/s,当a
12、与v0同向时,a2.5 m/s2,由v6v0at6得v625 m/s.当a与v0反向时,a2.5 m/s2.由v1v0at,得v17.5 m/s.由v6v0at6,得v65 m/s.负号表示速度方向与初速度方向相反【典型例题4】一家从事创新设计的公司打造了一台飞行汽车,既可以在公路上行驶,也可以在天空飞行。已知该飞行汽车在跑道上的加速度大小为,速度达到40 m/s后离开地面。离开跑道后的加速度为,最大速度为200 m/s。飞行汽车从静止到加速至最大速度所用的时间为( )A.40 sB.52 sC.88 sD.100 s【答案】B【解析】由匀变速直线运动的公式知,飞行汽车在跑道上行驶的时间为。飞
13、行汽车从离开地面到加速至最大速度的时间为,故,B正确。【对点训练3】火车正常行驶的速度是54 km/h,关闭发动机后,开始做匀减速直线运动,6 s末的速度是43.2 km/h,求:(1)火车的加速度;(2)15 s末的速度大小;(3)45 s末的速度大小【答案】(1)0.5 m/s2,方向与火车运动方向相反(2)7.5 m/s(3)0【解析】(1)以火车运动的方向为正方向,v054 km/h15 m/s,v143.2 km/h12 m/s.由加速度定义式可知:a m/s20.5 m/s2,负号表示方向与火车运动方向相反;(2)火车从开始减速到停止所用的时间t s30 s,火车在15 s末的速度
14、大小为:v1v0at115(0.5)15 m/s7.5 m/s;(3)由(2)分析可知,火车从开始减速到停止所用的时间为30 s,所以火车在45 s末的速度为零【对点训练4】物体以的加速度做匀加速直线运动,那么()A在任意的1秒内,物体的末速度一定是初速度的2倍B在任意的1秒内,物体的末速度一定比初速度大2m/sC第n秒末的速度一定比第秒初的速度大4m/sD第n秒初的速度一定比第秒末的速度大2m/s【答案】BC【解析】AB做匀加速直线运动的物体的加速度为2m/s2,可知某1s末的速度比该1s初的速度总是大2m/s,不一定是初速度的2倍,故B正确,A错误;C第n秒末与第(n-1)秒初时间间隔是2
15、s,所以速度的差值 v=at=22m/s=4m/s即第n秒末的速度一定比第秒初的速度大4m/s,故C正确;D第n秒初与第(n-1)秒末是同一时刻,速度相等,故D错误。故选BC。【问题探究3】速度时间图像的理解1.对v-t 图像的理解匀变速直线运动的v-t图像是一条倾斜的直线,描述速度随时间变化的规律如图所示。(1)直线a:速度随着时间是均匀增加的,为初速度不为零的匀加速直线运动的图像.(2)直线b:速度随着时间是均匀减小的,为初速度不为零的匀减速直线运动的图像.(3)直线 c:速度先随着时间均匀减小,后反方向均匀增加,由于加速度不变,整个运动过程也是匀变速直线运动.2.v-t图像的深入分析(1
16、)从v-t图像中直接获得的信息:物体的瞬时速度两图线的交点表示在这一时刻速度相同,但不表示相遇.图线与横轴的交点表示该时刻速度为零,这一时刻前后的速度方向相反.(2)斜率: 图像的切线斜率代表物体的加速度。若图线倾斜向上,k0,表示物体的加速度a 0,如图甲中过A 点的切线;若图线倾斜向下,k0,表示物体的加速度 a0;若图线与t轴平行,k=0,表示物体的加速度始终为 0,即物体做匀速直线运动或静止;v-t图像的割线斜率代表该过程中物体运动的平均加速度.如图甲中割线.v-t图像的割线斜率越大,说明相同时间内速度变化量越大,即速度变化快;割线斜率越小,说明相同时间内速度变化量越小,即速度变化慢.
17、(3)拐点:v-t图像的拐点代表加速度发生突变,如图乙所示,拐点 C代表物体运动的加速度大小发生突变;拐点D代表物体的加速度大小和方向都发生突变。3.v-t 图像的注意事项(1)因为速度是矢量,既有大小又有方向,物体做直线运动时,只可能有两个运动方向,规定了一个为正方向时,另一个便为负方向,所以可用正、负号描述整个过程的运动方向.当物体做曲线运动时,速度方向各不相同,不可能仅用正、负号表示所有的方向,不能画出v-t图像.所以,只有物体做直线运动时才能用v-t图像描述,任何v-t图像反映的也一定是物体做直线运动的规律。(2)图线只代表物体速度随时间变化的规律,不代表轨迹。4.变加速直线运动的v-
18、t图像(1)如图甲所示,速度随时间增加的变加速直线运动的v-t图像是一条曲线。 加速度特点:曲线 B对应的加速度逐渐增大,曲线A对应的加速度逐渐减小,方向均与正方向相同。运动特点:t1时刻vAvB,但aAaB,AB对应的均是物体沿正方向运动的变加速直线运动。(2)如图乙所示,速度随时间减小的变加速直线运动的v-t图像是一条曲线。 加速度特点:曲线A 对应的加速度逐渐增大,曲线B 对应的加速度逐渐减小,方向均与正方向相反.运动特点; t1时刻vAvB,但aAaB,A、B对应的均是物体沿正方向运动的变减速直线运动。【典型例题5】(多选)甲、乙两物体从同一位置出发沿同一直线运动,两物体运动的vt图像
19、如图所示,下列判断正确的是() A甲做匀速直线运动,乙先做匀加速后做匀减速直线运动B两物体两次速度相同的时刻分别在1 s末和4 s末C乙在前2 s内的加速度为2 m/s2,2 s后的加速度为1 m/s2 D2 s后,甲、乙两物体的速度方向相反【答案】AB【解析】由vt图像可知,甲以2 m/s的速度做匀速直线运动,乙在02 s内做匀加速直线运动,加速度a12 m/s2,在26 s内做匀减速直线运动,加速度a21 m/s2,选项A正确,C错误;t11 s和t24 s时两物体速度相同,选项B正确;06 s内甲、乙的速度方向都沿正方向,选项D错误【典型例题6】物体做直线运动,它的vt图像如图所示,规定
20、向东方向为坐标轴正方向,则下列说法正确的是()A物体先1s向东,接着1s向西最后停在坐标原点B物体先1s向东,接着1s向西最后停在坐标原点以东C物体先1s加速,接着1s减速一直向东运动D物体先1s加速,接着1s减速最后停在坐标原点【答案】C【解析】根据图像可知,速度一直为正值,表明物体一直向东运动,由于速度时间图像的斜率表示加速度,可知物体在第一秒内做匀加速直线运动,第二秒内做匀减速直线运动,随后重复先前的运动,因此可知物体先1s加速,接着1s减速一直向东运动。故选C。【对点训练5】(多选)甲、乙两物体在同一直线上做匀变速直线运动的速度时间图像如图所示由此可知() A甲和乙的初速度方向相同,大
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