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1、微專題01 運(yùn)動(dòng)圖象 追及相遇問題
運(yùn)動(dòng)圖象的理解及應(yīng)用
三種圖象比較
圖象
x-t圖象
v-t圖象
a-t圖象
圖象實(shí)例
圖線含義
圖線①表示質(zhì)點(diǎn)做勻速直線運(yùn)動(dòng)(斜率表示速度v)
圖線①表示質(zhì)點(diǎn)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)(斜率表示加速度a)
圖線①表示質(zhì)點(diǎn)做加速度增大的運(yùn)動(dòng)
圖線②表示質(zhì)點(diǎn)靜止
圖線②表示質(zhì)點(diǎn)做勻速直線運(yùn)動(dòng)
圖線②表示質(zhì)點(diǎn)做勻變速運(yùn)動(dòng)
圖線③表示質(zhì)點(diǎn)向負(fù)方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)
圖線③表示質(zhì)點(diǎn)做勻減速直線運(yùn)動(dòng)
圖線③表示質(zhì)點(diǎn)做加速度減小的運(yùn)動(dòng)
交點(diǎn)④表示此時(shí)三個(gè)質(zhì)點(diǎn)相遇
交點(diǎn)④表示此時(shí)三個(gè)質(zhì)點(diǎn)有相同的速度
交點(diǎn)④表示此時(shí)三個(gè)質(zhì)點(diǎn)有相同的
2、加速度
點(diǎn)⑤表示t1時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)位移為x1(圖中陰影部分的面積沒有意義)
點(diǎn)⑤表示t1時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)速度為v1(圖中陰影部分的面積表示質(zhì)點(diǎn)在0~t1時(shí)間內(nèi)的位移)
點(diǎn)⑤表示t1時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)加速度為a1(圖中陰影部分的面積表示質(zhì)點(diǎn)在0~t1時(shí)間內(nèi)的速度變化量)
Ⅰ.圖象選擇類問題
依據(jù)某一物理過程,設(shè)計(jì)某一物理量隨時(shí)間(或位移、高度、速度等)變化的幾個(gè)圖象或此物理過程中某幾個(gè)物理量隨某一量的變化圖象,從中判斷其正誤.
(2018·重慶巴蜀中學(xué)開學(xué)考試)(多選)如圖所示,汽車以10 m/s的速度勻速駛向路口,當(dāng)行駛至距路口停車線20 m處時(shí),綠燈還有3 s熄滅.而該汽車在綠燈熄滅時(shí)剛好停在停車
3、線處,則汽車運(yùn)動(dòng)的速度—時(shí)間圖象可能是( )
解析:選BC 根據(jù)v-t圖象所圍成的面積表示位移,來計(jì)算或估算位移的大?。瓵、sA= m=15 m<20 m,選項(xiàng)A錯(cuò)誤.B、由圖可知sB>15 m,選項(xiàng)B正確.C、sC= m=20 m,選項(xiàng)C正確.D、sD= m=17.5 m<20 m,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.故選BC.
Ⅱ.圖象信息類問題
這類問題是對(duì)某一物理情景給出某一物理量的具體變化圖象,由圖象提取相關(guān)信息或?qū)D象反映的物理過程“還原”成數(shù)學(xué)表達(dá)形式從而對(duì)問題做出分析判斷作答.
(多選)如圖所示為A、B兩質(zhì)點(diǎn)在同一直線上運(yùn)動(dòng)的位移—時(shí)間(x-t)圖象.A質(zhì)點(diǎn)的圖象為直線,B質(zhì)點(diǎn)的圖
4、象為過原點(diǎn)的拋物線,兩圖象交點(diǎn)C、D坐標(biāo)如圖.下列說法正確的是( )
A.A、B相遇兩次
B.t1~t2時(shí)間段內(nèi)B質(zhì)點(diǎn)的平均速度與A質(zhì)點(diǎn)勻速運(yùn)動(dòng)的速度相等
C.兩物體速度相等的時(shí)刻一定在t1~t2時(shí)間段內(nèi)的中間時(shí)刻
D.A在B前面且離B最遠(yuǎn)時(shí),B的位移為
解析:選ABC 由x-t圖象知,t1、t2兩時(shí)刻A、B處于同一位置,故二次相遇,A正確;t1~t2時(shí)間內(nèi)兩質(zhì)點(diǎn)的位移相同.平均速度相同,B正確;由于B質(zhì)點(diǎn)的圖象為過原點(diǎn)的拋物線,有x=kt2,則知B做勻加速直線運(yùn)動(dòng),所以B在t1~t2時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的速度,故C正確;由A、B運(yùn)動(dòng)情況可知,二者速度相等時(shí),A的位移為
5、,B的位移小于,D錯(cuò)誤.
解決此類問題時(shí)要根據(jù)物理情景中遵循的規(guī)律,由圖象提取信息和有關(guān)數(shù)據(jù),根據(jù)對(duì)應(yīng)的規(guī)律公式對(duì)問題做出正確的解答.具體分析過程如下:
Ⅲ.圖象之間的相互轉(zhuǎn)換
在物理量變化過程中,相關(guān)物理量之間相互關(guān)聯(lián),因此,通過定性推理或定量計(jì)算,我們可以由一種物理圖象轉(zhuǎn)換出另一種物理圖象.(例如:由反映物體運(yùn)動(dòng)的v-t圖象可以轉(zhuǎn)換出x-t圖象或a-t圖象.)
(2018·集寧一中月考)一物體做直線運(yùn)動(dòng),其加速度隨時(shí)間變化的a-t圖象如圖所示.下列v-t圖象中,可能正確描述此物體運(yùn)動(dòng)的是( )
解析:選D 在0~內(nèi),物體從靜止開始沿加速度方向勻加速運(yùn)動(dòng),v-t
6、圖象是向上傾斜的直線;在~T內(nèi),加速度為0,物體做勻速直線運(yùn)動(dòng),v-t圖象是平行于t軸的直線;在T~2T,加速度反向,速度方向與加速度方向相反,物體先做勻減速運(yùn)動(dòng),到T時(shí)刻速度為零,接著反向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),v-t圖象是向下傾斜的直線,故D正確,AC錯(cuò)誤;在0~內(nèi),由兩個(gè)圖象看出速度和加速度都沿正向,物體應(yīng)做勻加速運(yùn)動(dòng),在~T內(nèi),加速度為0,物體做勻速直線運(yùn)動(dòng),在T~2T,加速度反向,物體做勻減速直線運(yùn)動(dòng),所以該速度與a-t圖象所反映的運(yùn)動(dòng)情況不符,故B錯(cuò)誤.
圖象轉(zhuǎn)換問題的“三個(gè)”關(guān)鍵點(diǎn)
(1)注意合理劃分運(yùn)動(dòng)階段,分階段進(jìn)行圖象轉(zhuǎn)換.
(2)注意相鄰運(yùn)動(dòng)階段的銜接,尤
7、其是運(yùn)動(dòng)參量的銜接.
(3)注意圖象轉(zhuǎn)換前后核心物理量間的定量關(guān)系,這是圖象轉(zhuǎn)換的依據(jù).
追及與相遇問題
(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P10)
討論追及、相遇問題的實(shí)質(zhì),就是分析兩物體在相同時(shí)間內(nèi)能否到達(dá)相同的空間位置.
1.抓住一個(gè)條件,兩個(gè)關(guān)系
(1)一個(gè)條件:二者速度相等.它往往是能否追上或距離最大、最小的臨界條件,也是分析判斷的切入點(diǎn).
(2)兩個(gè)關(guān)系:即時(shí)間關(guān)系和位移關(guān)系.可通過畫草圖找出兩物體的位移關(guān)系,也是解題的突破口.
2.能否追上的判斷方法
常見情形:物體A追物體B,開始二者相距x0,則
(1)A追上B時(shí),必有xA-xB=x0,且vA≥vB.
(2)要使兩物體
8、恰不相撞,必有xA-xB=x0,且vA≤vB.
Ⅰ.與運(yùn)動(dòng)圖象相結(jié)合的追及相遇問題
(2016·全國(guó)卷Ⅰ)(多選)甲、乙兩車在平直公路上同向行駛,其v-t圖象如圖所示.已知兩車在t=3 s時(shí)并排行駛,則( )
A.在t=1 s時(shí),甲車在乙車后
B.在t=0時(shí),甲車在乙車前7.5 m
C.兩車另一次并排行駛的時(shí)刻是t=2 s
D.甲、乙車兩次并排行駛的位置之間沿公路方向的距離為40 m
解析:選BD 根據(jù)v-t圖,甲、乙都沿正方向運(yùn)動(dòng).t=3 s時(shí),甲、乙相遇,此時(shí)v甲=30 m/s,v乙=25 m/s,由位移和v-t圖線所圍面積對(duì)應(yīng)關(guān)系知,0~3 s內(nèi)甲車位移x甲=×3×
9、30 m=45 m,乙車位移x乙=×3×(10+25) m=52.5 m.故t=0時(shí),甲、乙相距Δx1=x乙-x甲=7.5 m,即甲在乙前方7.5 m,B選項(xiàng)正確;0~1 s內(nèi),x甲′=×1×10 m=5 m,x乙′=×1×(10+15) m=12.5 m,Δx2=x乙′-x甲′=7.5 m=Δx1,說明在t=1 s時(shí)甲、乙第一次相遇,A、C錯(cuò)誤;甲、乙兩次相遇地點(diǎn)之間的距離為x=x甲-x甲′=45 m-5 m=40 m,所以D選項(xiàng)正確.
相遇的本質(zhì)就是同一時(shí)刻到達(dá)同一位置,是解決追及相遇問題不變的思路.注意起始位置是否在同一位置,速度相等和位置關(guān)系是解題的突破口.
(2018·定州
10、中學(xué)模擬)(多選)甲、乙兩車某時(shí)刻由同一地點(diǎn)沿同一方向開始做直線運(yùn)動(dòng),若以該時(shí)刻作為計(jì)時(shí)起點(diǎn),得到兩車的x-t圖象如圖所示,則下列說法正確的是( )
A.t1時(shí)刻乙車從后面追上甲車
B.t1時(shí)刻兩車相距最遠(yuǎn)
C.0到t1時(shí)間內(nèi),乙車的平均速度小于甲車的平均速度
D.0到t1時(shí)間內(nèi),乙車的平均速度等于甲車的平均速度
解析:選AD 它們?cè)谕粫r(shí)刻由同一地點(diǎn)沿同一方向開始做直線運(yùn)動(dòng),經(jīng)過時(shí)間t1位移又相等,故在t1時(shí)刻乙車剛好從后面追上甲車,故A正確,B錯(cuò)誤;0到t1時(shí)間內(nèi),甲乙兩車位移相等,根據(jù)平均速度等于位移除以時(shí)間可知,0到t1時(shí)間內(nèi),乙車的平均速度等于甲車的平均速度,故D正確
11、,C錯(cuò)誤.
Ⅱ.與實(shí)際生活相結(jié)合的追及相遇問題
(2018·濟(jì)南實(shí)驗(yàn)中學(xué)模擬)在水平軌道上有兩列火車A和B相距x,A車在后面做初速度為v0、加速度大小為2a的勻減速直線運(yùn)動(dòng),而B車同時(shí)做初速度為零、加速度為a的勻加速直線運(yùn)動(dòng),兩車運(yùn)動(dòng)方向相同.要使兩車不相撞,求A車的初速度v0滿足什么條件.(可用多種方法)
解析:兩車不相撞的臨界條件是,A車追上B車時(shí)其速度與B車相等.設(shè)A、B兩車從相距x到A車追上B車時(shí),A車的位移為xA、末速度為vA、所用時(shí)間為t;B車的位移為xB、末速度為vB,運(yùn)動(dòng)過程如圖所示,現(xiàn)用三種方法解答如下:
解法一 分析法 利用位移公式、速度公式求解,對(duì)A車有xA
12、=v0t+×(-2a)×t2,vA=v0+(-2a)×t
對(duì)B車有xB=at2,vB=at
兩車位移關(guān)系有x=xA-xB
追上時(shí),兩車不相撞的臨界條件是vA=vB
聯(lián)立以上各式解得v0=
故要使兩車不相撞,A車的初速度v0應(yīng)滿足的條件是
v0≤.
解法二 函數(shù)法 利用判別式求解,由解法一可知
xA=x+xB,即v0t+×(-2a)×t2=x+at2
整理得3at2-2v0t+2x=0
這是一個(gè)關(guān)于時(shí)間t的一元二次方程,當(dāng)根的判別式Δ=(-2v0)2-4·3a·2x=0時(shí),兩車剛好不相撞,所以要使兩車不相撞,A車的初速度v0應(yīng)滿足的條件是v0≤.
解法三 圖象法 利用v-t
13、圖象求解,先作A、B兩車的v-t圖象,如圖所示,設(shè)經(jīng)過t時(shí)間兩車剛好不相撞,則對(duì)A車有vA=v′=v0-2at
對(duì)B車有vB=v′=at
以上兩式聯(lián)立解得t=
經(jīng)t時(shí)間兩車發(fā)生的位移之差為原來兩車間距離x,它可用圖中的陰影面積表示,由圖象可知
x=v0·t=v0·=
所以要使兩車不相撞,A車的初速度v0應(yīng)滿足的條件是v0≤.
答案:v0≤
1.牢記“一個(gè)思維流程”
2.掌握“三種分析方法”
(1)分析法
應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,抓住一個(gè)條件、兩個(gè)關(guān)系,列出兩物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、位移、速度及其關(guān)系方程,再求解.
(2)極值法
設(shè)相遇時(shí)間為t,根據(jù)條件列出方程,得到關(guān)于t的一元二次方程,再利用數(shù)學(xué)求極值的方法求解.在這里,常用到配方法、判別式法、重要不等式法等.
(3)圖象法
在同一坐標(biāo)系中畫出兩物體的運(yùn)動(dòng)圖線.位移圖線的交點(diǎn)表示相遇,速度圖線抓住速度相等時(shí)的“面積”關(guān)系找位移關(guān)系.
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