第一章直线运动.docx
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第一章直线运动
第一章
考纲要求
考情分析
质点、参考系
Ⅰ
1.命题规律
近几年对直线运动的考查单独命题有所增加，直线运动是基础运动形式，所以一直是高考热点，对该部分内容的考查一般以图像问题和运动学规律的应用为主，题型通常为选择题，偶尔以计算题的形式考查多物体或多过程问题。
2.考查热点
高考越来越注重对运动规律、运动图像与实际生活相结合的应用考查，在一轮复习中应多加关注此类问题。
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课时 描述运动的基本概念（双基落实课）
点点通
（一） 质点和参考系
1．质点
（1）定义：
用来代替物体的有质量的点。
质点是理想化的物理模型，不同于几何“点”，几何中的“点”仅仅表示空间中的某一位置。
（2）物体可看成质点的条件：
物体的大小和形状对研究问题的影响可以忽略。
2．参考系
（1）定义：
为了研究物体的运动而假定不动的物体。
描述某个物体的运动时，必须明确它是相对哪个参考系而言的。
（2）选取原则：
原则上可任意选取，习惯上选择地面为参考系。
参考系选择得当，会使问题的研究变得简洁、方便，对于做复杂运动的物体，应选取能最简单描述物体运动情况的参考系。
[小题练通]
1．（多选）（鲁科教材原题）在下列情况中，人或物可以被视为质点的是（ ）
A．研究一名学生从家步行1km到学校的运动情况
B．研究一名学生做课间操时的运动情况
C．研究一列火车从北京开往上海途中通过一座铁路桥所用的时间
D．研究一只铁饼被运动员抛出到55m外落地前在空中飞行的轨迹
解析：
选AD 学生本身的大小相对于其行走的1km路程可忽略，同理，选项D中铁饼的大小也可忽略，所以选项A中的人和D中的物可视为质点。
研究学生做操时的运动情况，需要研究其肢体的动作，不可视为质点。
研究火车过铁路桥所用的时间，火车的长度不能忽略，不可视为质点。
故A、D正确。
2．（2019·南昌模拟）
在“金星凌日”的精彩天象中，观察到太阳表面上有颗小黑点缓慢走过，持续时间达六个半小时，那便是金星，如图所示。
下列有关说法正确的是（ ）
A．“金星凌日”时，地球在金星与太阳之间
B．观测“金星凌日”时可将太阳看成质点
C．以太阳为参考系，金星绕太阳一周位移不为零
D．以太阳为参考系，可以认为金星是运动的
解析：
选D 金星通过太阳和地球之间时，才会出现“金星凌日”，选项A错误；观测“金星凌日”时，太阳的大小对所研究问题起着至关重要的作用，所以此时不能将太阳看成质点，选项B错误；金星绕太阳一周，起点与终点重合，位移为零，选项C错误；金星相对于太阳的空间位置发生了变化，所以以太阳为参考系，金星是运动的，选项D正确。
3.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，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，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，则甲、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。
[融会贯通]
（1）物体能否被看成质点是由所研究问题的性质决定的，并非依据物体自身大小和形状判断。
（2）对同一物体的运动，所选的参考系不同，对其运动的描述可能会不同。
（3）在同一个问题中，若要研究多个物体的运动或同一个物体在不同阶段的运动，一般选取同一个参考系。
点点通
（二） 位移和路程
1．位移描述物体的位置变化，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。
3．一般情况下，物体的位移大小小于其路程，只有在物体做单向直线运动时，其位移大小才等于路程。
[小题练通]
1．（2019·遵义检测）关于质点在某段时间内的位移和路程，下列说法正确的是（ ）
A．位移为零，该质点一定是静止的
B．路程为零，该质点一定是静止的
C．沿直线运动的质点，位移大小一定等于其路程
D．沿曲线运动的质点，位移大小可能大于其路程
解析：
选B 质点做圆周运动一周的位移为零，显然质点是运动的，选项A错误；质点只要运动，路程就不会为零，选项B正确；除了单向直线运动外，在其他的运动中，质点的位移大小都小于路程，选项C、D错误。
2.
（多选）一人晨练，按如图所示走半径为R的中国古代八卦图，中央“S”部分是两个直径为R的半圆，DB、CA分别为东西、南北指向。
他从A点出发沿曲线ABCOADC行进，则他到D点时（ ）
A．路程为2.5πR
B．路程为4πR
C．位移为R，沿东南方向
D．位移为R，沿西北方向
解析：
选AC 根据此人的运动路线特点，可知他到D点时的路程为s＝πR＋2π·＋πR＝2.5πR，选项A正确，B错误；位移为x＝R，沿东南方向，选项C正确，D错误。
3．（多选）湖中O处有一观察站，一小船从O处出发一直向东行驶4km，又向北沿直线行驶3km，取sin37°＝0.6，则下列说法正确的是（ ）
A．相对于O处的观察员，小船运动的路程为7km
B．相对于小船，O处的观察员始终处于静止状态
C．相对于O处的观察员，小船最终位于东偏北37°方向5km处
D．相对于湖岸上的另一观察员，小船不可能是静止的
解析：
选AC 在O处的观察员看来，小船最终离自己的距离为km＝5km，方向为东偏北θ，满足sinθ＝，即θ＝37°，运动的路程为4km＋3km＝7km，A、C正确；由运动的相对性可知，B错误；若湖岸上的观察员运动速度大小、方向均与小船一样，则小船相对于湖岸上的观察员而言是静止的，D错误。
[融会贯通] 位移和路程的比较
位 移
路 程
物理意义
描述物体的位置变化
描述物体运动轨迹的长度
决定因素
由物体的初、末位置决定
由物体的运动路径决定
矢标性
矢量，既有大小又有方向
标量，只有大小没有方向
点点通（三） 平均速度和瞬时速度
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＝；表示物体在某段位移或某段时间内的平均运动快慢程度；平均速度是矢量，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，表示物体在某一时刻或某一位置的运动快慢程度；瞬时速度是矢量，其方向沿轨迹上物体所在点的切线方向。
3．平均速率
物体的路程与所用时间的比值。
一般情况下，物体的平均速度大小小于其平均速率，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。
4．注意事项
（1）平均速度与物体不同的运动阶段有关，求解时必须明确是哪一段位移或哪一段时间内的平均速度。
（2）速率是瞬时速度的大小，是标量；但平均速率并不是平均速度的大小。
[小题练通]
1．（多选）
如图所示，某赛车手在一次野外训练中，先用地图计算出出发地A和目的地B的直线距离为9km，实际从A运动到B用时5min，赛车上的里程表指示的里程数增加了15km。
当他经过某路标C时，车内速度计指示的示数为150km/h，那么可以确定的是（ ）
A．整个过程中赛车的平均速度大小为180km/h
B．整个过程中赛车的平均速度大小为108km/h
C．赛车经过路标C时的瞬时速度大小为150km/h
D．赛车经过路标C时速度方向为由A指向B
解析：
选BC 由题意知，从A到B位移为9km，用时5min＝h，由平均速度定义式可得，整个过程中赛车的平均速度大小为108km/h，故A错，B对；速度计显示的是瞬时速度大小，故C对；经过C时速度的方向沿C点所在运动路线的切线指向运动方向，故D错。
2．（2019·济南模拟）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v＝6t2m/s。
该质点在t＝2s时的速度和t＝2s到t＝3s间的平均速度的大小分别为（ ）
A．12m/s 39m/s B．24m/s 38m/s
C．12m/s 19.5m/sD．24m/s 13m/s
解析：
选B 由v＝6t2m/s得，当t＝2s时，v＝24m/s；根据x＝（5＋2t3）m得，当t＝2s时，x2＝21m，t＝3s时，x3＝59m，则质点在t＝2s到t＝3s时间内的位移Δx＝x3－x2＝38m，＝＝m/s＝38m/s，故B对。
3.（2019·北京西城区模拟）用如图所示的计时装置可以近似测出气垫导轨上滑块的瞬时速度。
已知固定在滑块上的遮光条的宽度为4.0mm，遮光条经过光电门的遮光时间为0.040s。
则滑块经过光电门时的速度大小为（ ）
A．0.10m/sB．100m/s
C．4.0m/sD．0.40m/s
解析：
选A 由瞬时速度定义可知，滑块经过光电门时的速度大小为v＝＝m/s＝0.10m/s，选项A正确。
[融会贯通] “极限法”求瞬时速度
（1）方法概述：
由平均速度公式v＝可知，Δx、Δt都非常小，趋向于极限时，这时的平均速度就可认为是某一时刻或某一位置的瞬时速度。
（2）适用条件：
当已知物体在微小时间Δt内发生的微小位移Δx时，可由v＝粗略地求瞬时速度。
点点通（四） 加速度
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＝
Δv＝v－v0
a＝＝
方向
物体运动的方向
由加速度的方向决定
与Δv的方向一致，由F的方向决定，而与v0、v的方向无关
2．加速度的两个表达式
a＝是加速度的定义式，a＝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F的方向决定。
3．根据a与v方向的关系判断物体是加速还是减速
（1）当a与v同向或夹角为锐角时，物体加速。
（2）当a与v垂直时，物体速度的大小不变。
（3）当a与v反向或夹角为钝角时，物体减速。
[小题练通]
1．（多选）（人教教材改编题）下列运动可能发生的是（ ）
A．物体运动的加速度等于0，而速度却不等于0
B．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．物体的加速度和速度方向相同，而速度在减小
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
解析：
选ABD 物体做匀速直线运动时，加速度为0，速度不为0；速度变化量大时，加速度不一定大；加速度和速度的方向相同时，即使加速度减小，速度也会增大，加速度大小与速度大小没有必然联系；综上所述，选项A、B、D正确。
2．（多选）（2019·荆州调研）沿直线做匀变速运动的一列火车和一辆汽车的速度分别为v1和v2，v1、v2在各个时刻的大小如表所示，从表中数据可以看出（ ）
t/s
0
1
2
3
4
v1/（m·s－1）
18.0
17.5
17.0
16.5
16.0
v2/（m·s－1）
9.8
11.0
12.2
13.4
14.6
A.火车的速度变化较慢 B．汽车的加速度较小
C．火车的位移在减小D．汽车的位移在增加
解析：
选AD 从表格中可得火车的加速度a火＝＝m/s2＝－0.5m/s2，汽车的加速度a汽＝＝m/s2＝1.2m/s2，故火车的加速度较小，火车的速度变化较慢，A正确，B错误；由于汽车和火车的速度一直为正值，速度方向不变，则位移都增加，C错误，D正确。
3．（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AD 若初、末速度方向相同时，a＝＝m/s2＝6m/s2，方向与初速度的方向相同，A正确，B错误；若初、末速度方向相反时，a＝＝m/s2＝－14m/s2，方向与初速度的方向相反，C错误，D正确。
[融会贯通]
（1）加速度的大小与物体做加速运动还是减速运动无关。
（2）加速度的大小与速度的大小没有必然联系。
（3）加速度的大小与速度变化量的大小也没有必然联系。
1．质点是一种理想化的物理模型，实际并不存在。
高中物理中理想模型法的应用还有自由落体运动、轻绳轻杆轻弹簧、胡克定律、光滑（伽利略斜面实验等）、匀速圆周运动、点电荷、匀强电场、匀强磁场、电场线、磁感线、示波器的成像原理、理想变压器、理想气体、绝热、弹簧振子、单摆、点光源、原子核式结构模型、氢原子能级等等，这些都是人们根据科学研究的特定目的，抓住主要因素，忽略次要因素，用物质形式或思维形式再现原型客体的某种基本特征，而在一定条件下进行的合理假设。
2．只有在单向直线运动中平均速度大小与平均速率才相等，通常情况下平均速度大小小于平均速率。
3．加速度的正负并不能决定物体做加速运动还是做减速运动，只能说明加速度的方向与规定的正方向相同或相反。
4．加速度由物体的质量和所受合外力决定，与速度和速度的变化量无关。
[课堂综合训练]
1.
（多选）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。
下列说法正确的是（ ）
A．物体在AB段的平均速度大小为1m/s
B．物体在ABC段的平均速度大小为m/s
C．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：
选ABC 由＝，可得：
AB＝m/s＝1m/s，AC＝m/s，故A、B正确；所选取的过程运动时间越短，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，故过B点时虽为中间时刻，但其速度不等于AC段的平均速度，故D错误。
2．近几年，国内房价飙升，在国家宏观政策调控下，房价上涨出现减缓趋势。
王强同学将房价的“上涨”类比成运动学中的“加速”，将房价的“下跌”类比成运动学中的“减速”。
据此，你认为“房价上涨出现减缓趋势”可以类比成运动学中的（ ）
A．速度增加，加速度减小 B．速度增加，加速度增大
C．速度减小，加速度增大D．速度减小，加速度减小
解析：
选A “房价上涨”可以类比成运动学中的“速度增加”，“出现减缓趋势”则可以类比成运动学中的“加速度减小”，故A对。
3．为了测定气垫导轨上滑块的加速度，滑块上安装了宽度为d＝3.0cm的遮光板，如图所示。
滑块在牵引力作用下先后匀加速通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为Δt1＝0.30s，通过第二个光电门的时间为Δt2＝0.10s，遮光板从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为Δt＝3.0s，则滑块的加速度约为（ ）
A．0.067m/s2 B．0.67m/s2
C．6.7m/s2D．不能计算出
解析：
选A 遮光板（滑块）通过第一个光电门时的速度v1＝＝m/s＝0.10m/s，遮光板（滑块）通过第二个光电门时的速度v2＝＝m/s＝0.30m/s，故滑块的加速度a＝≈0.067m/s2，选项A正确。
4.
如图所示，帆板在海面上以速度v朝正西方向运动，帆船以速度v朝正北方向航行，以帆板为参照物，下列说法正确的是（ ）
A．帆船朝正东方向航行，速度大小为v
B．帆船朝正西方向航行，速度大小为v
C．帆船朝南偏东45°方向航行，速度大小为v
D．帆船朝北偏东45°方向航行，速度大小为v
解析：
选D 以帆板为参照物，帆船具有朝正东方向的速度v和朝正北方向的速度v，两速度的合速度大小为v，方向朝北偏东45°，故选项D正确。
5.某质点在直线上运动的位移—时间图像为一抛物线的一部分，这条抛物线关于t＝t0对称，如图所示。
点（t0,0）为抛物线的顶点，下列说法正确的是（ ）
A．该质点在0～3t0的时间内运动方向保持不变
B．在t0时刻，质点的加速度为零
C．在0～3t0的时间内，质点的速率先减小后增大
D．质点在0～t0、t0～2t0、2t0～3t0三个相等的时间段内通过的位移大小之比为1∶1∶4
解析：
选C 位移—时间图像斜率的正、负表示运动方向，由题图可知，图线的斜率在0～t0时间段内为负，t0时刻为0，t0时刻以后为正，故在0～t0时间段内，质点运动的方向与位移方向相反，t0时刻以后，质点运动的方向与位移方向相同，因为斜率的绝对值表示速度的大小，故可知在0～3t0的时间内该质点的速率先减小后增大，选项A错误，C正确；由于质点的位移—时间图像为一抛物线的一部分，对比x＝v0t＋at2可知质点的加速度保持不变，在t0时刻，质点的加速度不为零，但在t0时刻，图线的斜率为零，即速度为零，结合图像的特点可得，x＝k（t－t0）2，在t＝0时刻x0＝kt02，在t＝t0时刻x1＝0，在t＝2t0时刻x2＝k（2t0－t0）2＝kt02，在t＝3t0时刻x3＝k（3t0－t0）2＝4kt02，所以质点在0～t0时间内的位移大小|x10|＝|x1－x0|＝kt02；在t0～2t0时间内的位移大小x21＝|x2－x1|＝kt02，在2t0～3t0时间内的位移大小x32＝|x3－x2|＝3kt02，故质点在0～t0、t0～2t0、2t0～3t0三个相等的时间段内通过的位移大小之比为1∶1∶3，选项B、D错误。
1．宋代诗人陈与义乘着小船在风和日丽的春日出游时写下诗句：
“飞花两岸照船红，百里榆堤半日风。
卧看满天云不动，不知云与我俱东”。
请问诗句中的“云与我俱东”所对应的参考系是（ ）
A．两岸 B．船
C．云D．诗人
解析：
选A 由题意知船是向东运动，而“卧看满天云不动”是指“云与我”保持相对静止，即“云与我”以相同的速度相对于地面向东运动，所以“云与我俱东”所选择的参考系是地面或地面上相对于地面保持静止不动的物体，所以A正确。
2．关于物体的运动，下列情形不可能发生的是（ ）
A．加速度在减小，速度在增大
B．加速度方向变化，而速度不变
C．加速度和速度大小都在变化，加速度最大时速度最小，速度最大时加速度最小
D．加速度方向不变，而速度方向变化
解析：
选B 若物体运动的加速度与速度方向相同，当加速度减小时，速度仍在增大，选项A能发生；若有加速度，则速度一定发生改变，选项B不可能发生；若加速度方向与速度方向相反，当加速度最大时，速度可能取最小值，若加速度方向与速度方向相同，当加速度最小为零时，速度达到最大值，选项C能发生；若物体做平抛运动，加速度方向不变，速度方向时刻变化，选项D能发生。
3.
如图所示，汽车向右沿直线运动，原来的速度是v1，经过一小段时间之后，速度变为v2，Δv表示速度的变化量。
由图中所示信息可知（ ）
A．汽车在做加速直线运动
B．汽车的加速度方向与v1的方向相同
C．汽车的加速度方向与Δv的方向相同
D．汽车的加速度方向与Δv的方向相反
解析：
选C 速度是矢量，速度的变化量Δv＝v2－v1，由题图可知，Δv的方向与v1的方向相反，而加速度的方向与速度变化量Δv的方向相同，与v1的方向相反，所以汽车做减速直线运动，故只有选项C正确。
4．（2019·杭州七县检测）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内火箭的速度变化量为10m/s
B．2.5s内汽车的速度变化量为－30m/s
C．火箭的速度变化比汽车的快
D．火箭与汽车的加速度大小相等
解析：
选B 10s内火箭的速度变化量为100m/s，加速度a1＝m/s2＝10m/s2,2.5s内汽车的速度变化量为－108km/h＝－30m/s，加速度a2＝m/s2＝－12m/s2，汽车的加速度大，速度变化快，选项B正确。
5．某人爬山，从山脚爬上山顶，然后又从原路返回到山脚，上山的平均速度大小为v1，下山的平均速度大小为v2，假设爬山路线为直线，则往返的平均速度的大小和平均速率是（ ）
A.， B.，
C．0，D．0，
解析：
选D 平均速度是位移与时间的比值，由于此人爬山往返一次，位移Δx＝0，平均速度＝＝＝0；平均速率是路程与时间的比值，由于此人爬山往返一次，路程为山脚到山顶距离的2倍，平均速率为＝＝，所以D项正确。
6．（2019·杭州模拟）关于速度、速度变化量、加速度，下列说法正确的是（ ）
A．物体运动时，速度的变化量越大，它的加速度一定越大
B．速度很大的物体，其加速度可能为零
C．某时刻物体的速度为零，其加速度不可能很大
D．加速度很大时，运动物体的速度一定很快变大
解析：
选B 由a＝可知，即使Δv很大，但不知道Δt的大小时，无法确定加速度的大小，A错误；物体做速度很大的匀速直线运动时，速度变化量为零，加速度为零，B正确；炮筒中的炮弹，在火药刚刚燃烧的时刻，炮弹的速度为零，但加速度很大，C错误；加速度很大，说明速度变化很快，速度可能很快变大，也可能很快变小，D错误。
7．（多选）（2019·南平模拟）下列关于瞬时速度和平均速度的说法正确的是（ ）
A．若物体在某段时间内任一时刻的瞬时速度都等于零，则它在这段时间内的平均速度一定等于零
B．若物体在某段时间内的平均速度等于零，则它在这段时间内任一时刻的瞬时速度一定都等于零
C．匀速直线运动中，物体在任意一段时间内的平均速度等于它在任一时刻的瞬时速度
D．变速直线运动中，物体在任意一段时间内的平均速度一定不等于它在某一时刻的瞬时速度
解析：
选AC 若物体在某段时间内任一时刻的瞬时速度都等于零，则物体静止，平均速度等于零，A对；若物体在某段时间内的平均速度等于零，任一时刻的瞬时速度不一定都为零，如物体做圆周运动运动一周时，平均速度为零，但这段时间内任一时刻的瞬时速度不一定为零，B错；在匀速直线运动中，物体的速度恒定不变，任一时刻的瞬时速度都相等，都等于任意一段时间内的平均速度，C对；在变速直线运动中，物体的速度在不断变化，某一时刻的瞬时速度可能等于某段时间内的平均速度，D错。
8．（多选）在日常生活中，人们常常把物体运动的路程与运行时间的比值定义为物体运动的平均速率。
小李坐汽车到武汉旅行时，汽车行驶在汉宜高速公路上，两次看到路牌和手表如图所示，则（ ）
A．路牌上的“120km”表示的是路程
B．路牌上的“40km”表示的是位移
C．小李乘坐汽车行驶的平均速率为96km/h
D．小李乘坐汽车行驶的平均速率为240km/h
解析：
选AC 路牌上的“120km”和“40km”表示的都是路程；由路牌信息可知，观察到左边路牌在先，所以汽车行程为（120－40）km＝80km，从手表指示值可知，用时50min，小李乘坐汽车行驶的平均速率为＝＝
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