一、质点和参考系
1.质点
(1)用来代替物体的有质量的点叫作质点。
(2)研究一个物体的运动时,如果物体的形状和大小对所研究问题的影响可以忽略,该物体就可以看作质点。
(3)质点是一种理想化模型,实际并不存在。
2.参考系
(1)参考系可以是运动的物体,也可以是静止的物体,但被选为参考系的物体,我们都假定它是静止的。
(2)比较两物体的运动情况时,必须选同一参考系。
(3)选取不同的物体作为参考系,对同一物体运动的描述可能不同。通常以地面为参考系。
二、位移和速度
1.位移和路程
(1)定义:位移表示质点位置的变化,它是质点由初位置指向末位置的有向线段;路程等于质点运动轨迹的长度。
(2)区别:位移是矢量,方向由初位置指向末位置;路程是标量,没有方向。
(3)联系:在单向直线运动中,位移的大小等于路程;其他情况下,位移的大小小于路程。
2.速度与速率
(1)平均速度和瞬时速度
|
平均速度 |
瞬时速度 |
物理意义 |
粗略描述某段时间内(或某段位移上)物体运动的平均快慢程度 |
精确描述某一时刻(或某一位置)物体运动的快慢程度 |
大小 |
位移与所用时间之比 |
当时间间隔非常小时,平均速度等于瞬时速度 |
方向 |
与这段时间内位移的方向相同 |
沿轨迹上该点的切线且指向前进的方向 |
(2)速率:物体运动的瞬时速度的大小。
三、速度和加速度
1.速度变化量
(1)物理意义:描述物体速度变化的物理量,是过程量。
(2)定义式:Δv=v-v0。
(3)决定因素:Δv由v与v0进行矢量运算得到,由Δv=aΔt知Δv由a与Δt决定。
(4)方向:由a的方向决定。
2.加速度
(1)物理意义:描述物体速度变化快慢和方向的物理量,是状态量。
(2)定义式:a==
。
(3)决定因素:a不是由v、Δt、Δv来决定,而是由来决定。
(4)方向:与Δv的方向一致,由合外力的方向决定,而与v0、v的方向无关。
命题点(一)对质点和参考系的理解
1.对质点的三点说明
(1)质点是一种理想化物理模型,实际并不存在。
(2)物体能否被看作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来判断。
(3)质点不同于几何中的“点”,质点是忽略了物体的大小和形状的有质量的点,而几何中的“点”仅仅表示空间中的某一位置。
2.对参考系“两性”的认识
(1)任意性:参考系的选取原则上是任意的,通常选地面为参考系。
(2)同一性:比较不同物体的运动必须选同一参考系。
3.理解质点、参考系的2点注意
(1)注意看作质点的常见三种情况
①多数情况下,平动的物体可看作质点。
②当问题所涉及的空间位移远大于物体本身的大小时,可以看作质点(如第1题中,研究马拉松比赛中运动员的运动时间时,可以将运动员看作质点)。
③转动的物体一般不可看作质点,但转动可以忽略时,可把物体看作质点。
(2)注意运动的相对性:选取不同的参考系,对同一运动的描述一般是不同的。
命题点(二)位移和速度
1.位移和路程的比较
比较项目 |
位移x |
路程l |
决定因素 |
由始、末位置决定 |
由实际的运动轨迹长度决定 |
运算规则 |
矢量的三角形定则或平行四边形定则 |
标量的代数运算 |
大小关系 |
x≤l(路程是位移被无限分割后,所分的各小段位移的绝对值的和) |
2.平均速度、平均速率、瞬时速度的比较
物理量 |
平均速度 |
平均速率 |
瞬时速度 |
物理意义 |
描述物体在一段时间(或一段位移)内位置变化快慢及方向的物理量 |
描述物体沿轨迹运动平均快慢的物理量 |
描述物体在某一时刻(或某一位置)运动快慢的物理量 |
标矢性 |
矢量 |
标量 |
矢量 |
大小与 方向 |
对应一段位移或一段时间 (1)平均速度= (2)方向与位移的方向相同 |
(1)平均速率= (2)无方向 |
(1)v= (2)方向就是物体运动的方向 |
3. 理解平均速度、瞬时速度时的3点注意
(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(如第4题中的平均速度指位移为“60米”、相应时间为“6秒47”时的平均速度)。
(2)=
是平均速度的定义式,适用于所有的运动,而
=
(v0+v)只适用于匀变速直线运动。
(3)当已知物体在微小时间Δt内发生的微小位移Δx时,可由v=粗略地求出物体在该位置的瞬时速度(如第5题中的C选项)。
命题点(三)位移和速度
1.速度、速度变化量、加速度的比较
2.加速度对物体运动的影响
3.加速度、加速度变化与速度变化的3点注意
(1)加速度是描述速度变化快慢的物理量,与速度大小没有直接的关系,加速度变化只说明速度变化快慢发生改变(如典例1中的B项)。
(2)速度增大还是减小取决于速度和加速度的方向关系,若加速度与速度方向一致,不管加速度大小如何变化,速度都增大,反之若加速度和速度方向相反,不管加速度大小如何变化,速度都减小。
(3)加速度、速度及速度的变化量都是矢量,涉及这些物理量的计算,要注意其方向性(如典例2中加速度的计算)。
命题点(一)对质点和参考系的理解
1.第32届夏季奥林匹克运动会,原定于2020年7月24日至8月9日在日本东京举行,但受COVID19疫情影响延迟至2021年7月23日至8月8日。延期后的奥运会仍保留“2020东京奥运会”的名称。如图所示的奥运会运动项目,在考查运动员比赛成绩时,可将运动员视为质点的是( )
解析:跳水比赛中要考虑运动员的动作,故不能将其视为质点,故A错误;双杠比赛中要考虑运动员的动作,故不能将其视为质点,故B错误;体操要考虑运动员的姿态,故不能将其看成质点,故C错误;马拉松比赛中,运动员的大小和体积可以忽略不计,故可以将其视为质点,故D正确。
答案:D
2.中国是掌握空中加油技术的少数国家之一。如图所示是我国自行研制的第五代战斗机“歼20”在空中加油的情景。以下列的哪个物体为参照物,可以认为加油机是运动的( )
A.“歼20”战斗机
B.地面上的房屋
C.加油机中的飞行员
D.“歼20”战斗机里的飞行员
解析:加油机相对于“歼20”战斗机位置不变,以“歼20”战斗机为参照物,加油机是静止的,故A错误;加油机相对于地面上的房屋位置不断变化,以地面上的房屋为参照物,加油机是运动的,故B正确;加油机相对于加油机中的飞行员位置不变,以加油机中的飞行员为参照物,加油机是静止的,故C错误;加油机相对于“歼20”战斗机里的飞行员位置不变,以“歼20”战斗机里的飞行员为参照物,加油机是静止的,故D错误。
答案:B
3.受COVID19疫情影响,2020年“五一黄金周”,很多人都选择就近步行登山或逛公园的方式来代替出门旅游。如图为某地生态公园的登山步行道线路图,从图中可以看出,从丁家楼子村到目的地九仙山观景台可以选择不同的路线,小王和小张两人选择了不同的路线,结果小王比小张先到达目的地。对于此过程,下列说法正确的是( )
A.小王与小张的路程相同
B.小王的位移小于小张的位移
C.小王的平均速度大于小张的平均速度
D.在比较平均速度时,两人不能看成质点
解析:路程是物体运动实际轨迹的长度,小王和小张两人的路线不同,故路程不同,但两人的初、末位置相同,故两人的位移相同,选项A、B错误;因小王先到达,所用时间较短,小王的平均速度较大,选项C正确;研究平均速度只考虑位移和时间,人的形状和大小可以忽略,故两人可看成质点,选项D错误。
答案:C
命题点(二)位移和速度
4.原定于2020年3月举办的南京世界室内田径锦标赛,因“新冠”疫情影响将延期举行。在某次训练中,假定某运动员在起跑后10 m处的速度是8 m/s,到达终点时的速度是9.6 m/s,则他在全程中的平均速度约为( )
A.9.3 m/s B.9.6 m/s
C.8.8 m/s D.4.8 m/s
解析:根据平均速度的定义得=
=
m/s≈9.3 m/s。
答案:A
5.(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1 s、2 s、3 s、4 s。下列说法正确的是( )
A.物体在AB段的平均速度为1 m/s
B.物体在ABC段的平均速度为 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:由=
可得
AB=
m/s=1 m/s,
AC=
m/s,故A、B均正确;所选取的过程离A点越近,该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,故D错误。
答案:ABC
命题点(三)位移和速度
6.(多选)根据给出的速度和加速度的正负,对下列运动性质的判断正确的是( )
A.v0>0,a<0,物体做加速运动
B.v0<0,a<0,物体做减速运动
C.v0<0,a>0,物体做减速运动
D.v0>0,a>0,物体做加速运动
解析:当速度方向和加速度方向相同时,物体做加速运动;当速度方向和加速度方向相反时,物体做减速运动。速度和加速度的正方向是任意规定的,不能只根据加速度的正负来判断物体是做加速运动还是减速运动,故选项C、D正确。
答案:CD
7.(2020·广东省七校联合体高三第二次联考)一质点以初速度v0沿x轴正方向运动,已知加速度方向沿x轴正方向,且加速度a的值由零逐渐增大到某一值后再逐渐减小到零,则该质点( )
A.速度先增大后减小,直到加速度等于零为止
B.位移先增大后减小,直到加速度等于零为止
C.位移一直增大,直到加速度等于零为止
D.速度一直增大,直到加速度等于零为止
解析:在加速度a的值由零逐渐增大到某一值后再逐渐减小到零的过程中,由于加速度的方向始终与速度方向相同,所以速度一直增大,故A错误,D正确;由于质点做方向不变的直线运动,所以位移逐渐增大,故B错误;由于质点做方向不变的直线运动,所以位移逐渐增大,加速度等于零时质点做匀速运动,位移仍然增大,故C错误。
答案:D
8.(多选)(2020·河南开封期末检测)如图所示,物体以5 m/s的初速度沿足够长的光滑斜面向上做减速运动,经过2 s速度大小变为3 m/s,则物体的加速度可能是( )
A.大小为1 m/s2,方向沿斜面向上
B.大小为1 m/s2,方向沿斜面向下
C.大小为4 m/s2,方向沿斜面向下
D.大小为4 m/s2,方向沿斜面向上
解析:取初速度方向为正方向,则v0=5 m/s。若2 s后的速度方向沿斜面向上,v=3 m/s,则a==
=
m/s2=-1 m/s2,即加速度大小为1 m/s2,方向沿斜面向下;若2 s后的速度方向沿斜面向下,v=-3 m/s,则a=
=
=
m/s2=-4 m/s2,即加速度大小为4 m/s2,方向沿斜面向下,故选项A、D错误,B、C正确。
答案:BC