2023-2024学年高一物理 专题图像问题( 人教版2019必修第一册(解析版).docx
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1、专题 图像问题学习目标课程标准学习目标1.知道几种运动图象的物理意义2.会由图象判断物体的运动情况.3.能根据图象判断或求解图象以外的物理量4.能够把一种运动图象转化为另一种运动图象.1.知道几种运动图象的物理意义2.会由图象判断物体的运动情况.3.能根据图象判断或求解图象以外的物理量4.能够把一种运动图象转化为另一种运动图象.02预习导学(一) 课前研读课本,梳理基础知识:一、 x-t图1 图象的意义:xt图象反映了做直线运动的物体的位移随时间变化的规律.2 xt图象中的“交点”“斜率”“截距”的意义 交点:两图线有交点,说明两物体相遇. 斜率:表示速度的大小及方向. 截距:纵轴截距表示t0
2、时刻的初始位置,横轴截距表示位移为零的时刻.二、 v-t图1 图象的意义:vt图象反映了做直线运动的物体的速度随时间变化的规律,它只能描述物体做直线运动的情况.2 图象的斜率:vt图线(或切线)的斜率表示物体的加速度。斜率的绝对值表示加速度的大小,斜率为正表示加速度沿规定的正方向,但物体不一定做加速运动;斜率为负,则加速度沿负方向,物体不一定做减速运动.3 vt图线与t轴所围“面积”表示这段时间内物体的位移。t轴上方的“面积”表示位移沿正方向,t轴下方的“面积”表示位移沿负方向,如果上方与下方的“面积”大小相等,说明物体恰好回到出发点.三、 at图象和t图像1 由vat可知,图象中图线与横轴所
3、围面积表示速度变化量v,如图甲所示.2 由xv0tat2可得v0at,由此知t图象的斜率为a,纵轴截距为v0,如图乙所示.(二)即时练习:【小试牛刀1】A、B、C三物体同时出发做直线运动,它们的运动情况如图所示。在20s内,它们的平均速度的关系正确的是()AABCBABCCACBDABC【答案】A【解析】由题图可知A、B、C三物体在20s内通过相同的位移,据平均速度的定义式可知,20s内三物体的平均速度相等。故选A。【小试牛刀2】3如图为甲、乙两车在同一平直公路上同向行驶的位置时间图像,根据图像信息,下列说法错误的是()A在时间内,甲车的速度一直增大B在时间内,甲、乙两车的平均速度相同C在时间
4、内,甲、乙两车相遇两次D在时间内的某时刻,甲、乙两车的速度相同【答案】B【解析】Ax-t图像的斜率表示速度,所以在时间内,甲车的速度一直增大,故A正确,不符合题意;B在时间内,甲、乙两车的位移不同,所以平均速度不同,故B错误,符合题意;C两车图线的交点表示相遇,所以在时间内,甲、乙两车相遇两次,故C正确,不符合题意;Dt1时刻甲车速度小于乙车速度,t2时刻甲车速度大于乙车速度,且从t1t2时间内甲车速度一直增大,因此在时间内的某时刻,甲、乙两车的速度相同,故D正确,不符合题意。故选B。03探究提升图2【问题探究1】位移图像应用位置时间图像能获得的信息:(1)两条图线的交点表示两物体相遇时刻及相
5、遇位置。 如图2中:A点表示1s末甲、丙在x坐标轴上x=10m处相遇;B点表示2s末,乙、丙在在x坐标轴上x=5m处相遇(2)甲、乙图线与t轴的交点表示物体位置在参考点(坐标原点)图3注意:并非改变运动方向(掉头)。如图2,C点表示质点丙在3s末到达坐标原点,之后丙在x轴上继续沿负方向运动。(3)x-t图象中的转折点表示物体的位移(相对坐标原点)变化趋势(即掉头位置)。但是位移正负并没有改变(即位置正负没有变化) 图4如图3中,表示到达x=10m坐标点A之前沿正方向运动,在1s末到达坐标点A(x=10m)处,之后改变运动方向,沿x轴负方向运动到坐标点B点x=-10cm处,即在5s末到达坐标点B
6、点(x=-10m处),以后改变运动方向,沿x坐标轴正方向运动。(4)若“x-t”图线为弯曲的曲线,则该图像表示物体做变加速直线运动。利用该曲线上某点切线的斜率可表示该点的瞬时速度的大小及方向。例如图线4,过A、B点的切线的斜率分别表示质点在2s末、3s末时刻的瞬时速度。(5).“x-t”图像本身并没有确定的加速度信息,但是若是图中有辅助的两条切线及相应坐标,则可以求出平均加速度。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
7、点通过的位移等于x的变化量x.【典型例题1】如图所示为A、B两运动物体的位移图象。下述说法中正确的是()AA物体在运动中停了6sBA物体做的是折线运动CA、B两物体运动8s时,在距A的出发点80m处相遇DA、B两物体开始时相距100m,同时相向运动【答案】D【解析】A在2s6s,物体A位置坐标不变,保持静止,即停止了4s,故A错误;B位移图象的斜率表示速度,故A物体先做匀速直线运动,后静止,最后又做匀速直线运动,故B错误;Ct=8s时有交点,表明两物体运动8s时,在距A的出发点60m处相遇,故C错误;D根据图象,两物体开始时相距100m,速度方向相反,是相向运动,故D正确。故选D。【典型例题2
8、】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,它们的位置随时间的变化如图所示。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Bt=3s时,乙的位置坐标为C时,两车相遇D乙经过原点的速度大小为【答案】 B【解析】A位移时间图像的斜率表示速度,则最初的一段时间内,甲、乙的斜率都为正方向,所以运动方向相同,故A错误;B质点乙作初速度为零的匀变速直线运动,t=3s时,甲、乙图线的斜率相等,所以,t=3s时乙的速度是3m/s,乙的加速度0-3s,乙的位移所以t=3s时,乙的位置坐标为故B正
9、确。C时甲车的位移x甲=30m,乙车的位移因则两车没相遇,故C错误;D根据v2-0=2ax乙经过原点时的速度大小为故D错误。故选B。【对点训练1】(多选)如图所示为甲、乙两物体在同一直线上运动的位置坐标x随时间t变化的图像,已知甲对应的是图像中的直线,乙对应的是图像中的曲线,则下列说法正确的是 ()A甲做匀减速直线运动B乙做变速直线运动C0t1时间内两物体平均速度大小相等D 两物体的运动方向相反【答案】:BD【解析】:结合题意分析题图易知,题图中图像的斜率等于速度,知甲沿负方向做匀速直线运动,故A项错误;乙图线切线的斜率不断增大,说明乙的速度不断增大,做变速直线运动,故B项正确;根据坐标的变化
10、量等于位移知,0t1时间内两物体位移大小不相等,方向相反,所以平均速度不相等,故C项错误;根据图像的斜率等于速度可知,甲的速度为负,乙的速度为正,即两物体的运动方向相反,故D项正确。【对点训练2】在选定正方向后,甲、乙两质点运动的xt图像如图所示,则在0t2时间内()A甲质点做直线运动,乙质点做曲线运动B乙质点的速度先增大后减小Ct1时刻两质点速度大小一定相等D0t2时间内,甲质点的平均速度大于乙质点的平均速度【答案】B【解析】由题图可知,甲、乙均做直线运动,A错误;乙质点运动图线的斜率的绝对值先增大后减小,故乙质点的速度先增大后减小,B正确;t1时刻两图线的斜率的绝对值不相等,故速度大小不相
11、等,C错误;0t2时间内,两质点的位移大小相等,由得,甲、乙两质点的平均速度大小相等,D错误。【问题探究2】速度图像1.速度图像:物体运动的速度随时间变化的情况可以用图像来直观表示。以时间t为横轴,速度v为纵轴,坐标系中的图像即为速度时间图像或vt图像。简称速度图象。对vt图线的斜率的理解(1)如图甲所示,vt图像为直线斜率的大小表示加速度的大小;斜率的正负表示加速度的方向;图线a:斜率为正表示加速度的方向与正方向相同.图线b:斜率为负表示加速度的方向与正方向相反.(2)如图乙所示,vt图像为曲线曲线上某点的切线的斜率表示加速度.例如:如图乙中d图线在t1时刻的加速度等于切线Ae的斜率,由此可
12、知:图线c:物体做加速度逐渐增大的加速运动;图线d:物体做加速度逐渐减小的加速运动.总结由速度图象物理意义的理解拓展到所有图像(1)一看“轴”:先要看清两轴所代表的物理量,即图象是描述哪两个物理量之间的关系(2)二看“点”:包括“交点(与轴、两条线)”“拐点(转折点)”(3)三看“线”:看图线是“增函数”还是“减函数”;看切线代表什么物理量(kx/y),大小怎样变化(4)四看“面积”: 即图线和坐标轴所围的面积,也往往代表一个物理量(面积代表的物理量:两坐标轴物理量的乘积得到的物理量;该物理量必须是过程量)【典型例题3】某军事试验场正在平地上试射地对空导弹。若某次竖直向上发射导弹时发生故障,造
13、成导弹运动的vt图像如图所示,则下列说法中正确的是()A12 s内导弹静止 B23 s内导弹匀减速下降C23 s内和35 s内加速度的方向相反 D5 s末导弹回到原出发点【答案】D【解析】由题图可知,12 s内导弹匀速上升,A错误;23 s内导弹匀减速上升,B错误;vt图线的斜率表示加速度,所以23 s内和35 s内导弹加速度的方向相同,C错误;v t图像和时间轴围成的面积表示位移,根据图像可知03 s内导弹的位移x30 m60 m,35 s内导弹的位移x602 m60 m,所以5 s末导弹回到原出发点,D正确。【典型例题4】(多选)甲、乙两同学相约去参观博物馆、两人同时从各自家中出发,沿同一
14、直线相向而行,经过一段时间后两人会合。身上携带的运动传感器分别记录了他们在这段时间内的速度大小随时间的变化关系,如图所示。其中,甲的速度大小随时间变化的图线为两段四分之一圆弧。则()A在时刻,甲、乙两人速度相同B时间内,乙所走路程小于甲C在时刻,甲、乙两人加速度大小相等D时间内,甲、乙两人平均速率相同【答案】CD【解析】A因为两个人是相向运动的,说明运动方向相反,因此t1时刻速度方向相反,故A错误;B图像的面积表示物体运动的位移大小,时间内,乙的路程大于甲的路程,故B错误;C图像的斜率表示加速度,设交点为A,则t3时刻交点A恰好等分t2-t4的圆周,因此由几何关系可得过A点圆的切线的斜率和乙的
15、斜率大小相等,都为,故C正确;D设圆弧半径为R,通过观察可以看出甲的图像面积为; 乙图像的面积为,说明甲乙的路程相等,则平均速率相同,D正确。故选CD。【对点训练3】(多选)随着经济发展,乡村公路等级越来越高,但汽车超速问题也日益凸显,为此,一些特殊路段都设立了各式减速带。现有一辆汽车发现前方有减速带,开始减速,减至某一速度,开始匀速运动,匀速通过减速带,然后再加速到原来速度。上述过程中汽车行驶的v t图像如图所示,由图像可知()A02s内汽车做加速度逐渐减小的变减速直线运动B02s内汽车的位移等于12mC汽车匀速运动的位移等于4mD02s内与45s内汽车的平均加速度相同【答案】AC【解析】A
16、v - t图像上各点切线的斜率表示汽车运动的加速度,02s内图线上各点切线的斜率逐渐减小,则表示汽车的加速度逐渐减小,所以02s内汽车做加速度逐渐减小的变减速直线运动,故A正确;B汽车在02s内如果做匀减速直线运动,速度从10m/s减速到2m/s时位移故B错误;C匀速运动的位移故C正确;D02 s内汽车的加速度; 45s内汽车的平均加速度; ; 故D错误。故选AC。【对点训练4】如图是物体做直线运动的vt图像,由图可知,该物体()A第1 s内和第3 s内的运动方向相反B第1 s内和第4 s内的位移大小不等C第3 s内和第4 s内的加速度大小、方向相同D02 s内和04 s内的平均速度大小相等【
17、答案】:C【解析】:第1 s内和第3 s内的速度均为正值,该物体均沿正方向运动,A错误;vt图像的斜率代表加速度,第3 s内和第4 s内斜率相同,所以加速度相同,C正确;vt图像与时间轴所围面积在数值上等于物体位移的大小,第1 s内物体的位移x111 m0.5 m,第4 s内物体的位移x411 m0.5 m,则两段时间内位移大小相等,B错误;02 s内物体的平均速度 m/s0.75 m/s,04 s内物体的平均速度 m/s0.375 m/s,D错误。【问题探究3】非常规图像匀变速直线运动的四类非常规图像(1)at图像:由vv0at可知图像与时间轴所围面积表示速度变化量v,如图甲所示。(2)t图
18、像:由xv0tat2可得v0at,图像的斜率为a,纵截距为v0,如图乙所示。(3)v2x图像:由v2v2ax可知v2v2ax,图像斜率为2a,纵截距为v,如图丙所示。(4)ax图像:由v2v2ax可知a,图像与x轴所围面积表示速度平方的变化量v2的一半,如图丁所示。【典型例题5】新能源汽车的电机驱动控制系统可以使汽车行驶更平顺,如图所示为新能源汽车在某段直线行驶过程中的a-t图像,则汽车()A5s末的速度为30m/sB10s内位移为40mC 做匀减速直线运动D做加速度均匀减小的直线运动【答案】D【解析】Aa-t图像与t轴围成的面积表示速度的变化量,0到5s内速度的变化量即速度增加30m/s,由
19、于不知道汽车的初速度,故无法求出5s时汽车速度,故A错误;B由于不知道汽车的初速度,且不是匀变速运动,无法求出10s内位移,故B错误;CD汽车加速度随时间均匀减小,做加速度均匀减小的直线运动,故C错误,D正确。故选D。【典型例题6】(多选)如图所示,图像可能是甲、乙两质点运动的速度时间(vt)图像,也可能是甲、乙两质点运动的位移时间(xt)图像。已知时刻,两个质点刚好相遇。关于两质点在时间内的运动,下列说法正确的是()A若图像是vt图像,则两质点的运动方向先相反后相同B若图像是vt图像,则两质点间的距离一直增大C若图像是xt图像,则两质点间的距离先增大后减小D若图像是xt图像,则当甲的速度为零
20、时,两质点间的距离最大【答案】BC【解析】AB若图像是vt图像,两质点的速度方向都是正方向,t1时刻,两个质点刚好相遇,速度图像中图形面积不是位移,由图像可知,t1t2时间内,图形面积的差距越来越大,则两质点间的距离不断增大;故A错误,B正确;C若图像是xt图像,则两图线同一时刻的纵坐标表示两质点的距离,可知两质点间的距离先增大后减小,故C正确;D如果是x-t图像,x-t图像切线的斜率表示质点的速度,则在t1t2时间内的某一时刻甲质点相对于乙质点的速度为零;当两质点相对速度为零时,两质点相距最远,故D错误。故选BC。【对点训练5】港珠澳大桥是世界级超大型跨海大桥。一辆汽车由引桥驶上大桥,开始加
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