高中物理直线运动知识点详解和答案

二、直线运动

一、知识网络

概念

1、质点：

⑴定义：用来代替物体的只有质量、没有形状和大小的点，它是一个理想化的物理模型。

⑵物体简化为质点的条件：只考虑平动或物体的形状大小在所研究的问题中可以忽略不计这两种情况。

2、位置、位移和路程

⑴位置：质点在空间所处的确定的点，可用坐标来表示。

⑵位移：描述质点位置改变的物理量，是矢量。方向由初位置指向末位置。大小则是从初位置到末位置的直线距离

⑶路程：质点实际运动轨迹的长度，是标量。只有在单方向的直线运动中，位移的大小才等于路程。 3、时间与时刻

⑴时刻：在时间轴上可用一个确定的点来表示。如“第3秒末”、“第5秒初”等

⑵时间：指两时刻之间的一段间隔。在时间轴上用一段线段来表示。如：“第2秒内”、“1小时”等 4、速度和速率

⑴平均速度：①v=Δs/Δt ，对应于某一时间（或某一段位移）的速度。

②平均速度是矢量，方向与位移Δs 的方向相同。 ③公式2

0t

v v v +=

，只对匀变速直线运动才适用。

⑵瞬时速度：①对应于某一时刻（或某一位置）的速度。

②当Δt 0时，平均速度的极限为瞬时速度。 ③瞬时速度的方向就是质点在那一时刻（或位置）的运

动方向。

④简称速度

⑶平均速率：①质点在某一段时间内通过的路程和所用的时间的比值叫做这段时间内的平

均速率。

②平均速率是标量。

③只有在单方向的直线运动中，平均速度的大小才等于

平均速率。

④平均速率是表示质点平均快慢的物理量

⑷瞬时速率：①瞬时速度的大小。

②是标量。 ③简称为速率。

5、加速度

⑴速度的变化：Δv ＝v t －v 0，描述速度变化的大小和方向，是矢量。 ⑵加速度：①是描述速度变化快慢的物理量。

②公式：a ＝Δv/Δt 。 ③是矢量。

④在直线运动中，若a 的方向与初速度v 0的方向相同，质点做匀加速运动；若a 的方向与初速度v 0的方向相反，质点做匀减速运动

6、匀速直线运动：

⑴定义：物体在一条直线上运动，如果在任何相等的时间内通过的位

移都相等，则称物体 在做匀速直线运动

⑵匀速直线运动只能是单向运动。定义中的“相等时间”应理解为所要求达到的精度范围内的任意相等时间。

⑶在匀速直线运动中，位移跟发生这段位移所用时间的比值叫做匀速直线运动的速度。它是描述质点运动快慢和方向的物理量。速度的大小叫做速率。

⑷匀速直线运动的规律：①t

s v ，速度不随时间变化。

②s=vt ，位移跟时间成正比关系。

⑸匀速直线运动的规律还可以用图象直观描述。 ①s-t 图象(位移图象)：依据S = vt 不同时间对应不同的位移, 位移S 与时间t 成正比。所以匀速直线运动的位移图象是过原点的一条倾斜的直线, 这条直线是表示正比例函数。而直线的斜率

即匀速直线运动的速度。(有tg α==S t

v )所以由位移图象不仅可以求出

速度, 还可直接读出任意时间内的位移(t 1时间内的位移S 1)以及可直接读出发生任一位移S 2所需的时间t 2。

②v-t 图象，由于匀速直线运动的速度不随时间而改变, 所以它的速度图象是平行时间轴的直线。直线与横轴所围的面积表示质点的位移。

例题： 关于质点,下述说法中正确的是： (A)只要体积小就可以视为质点

(B)在研究物体运动时，其大小与形状可以不考虑时，可以视为质点

(C)物体各部分运动情况相同，在研究其运动规律时，可以视为质点

(D)上述说法都不正确

解析：用来代替物体的有质量的点叫做质点。用一个有质量的点代表整个物体，以确定物体的位置、研究物体的运动，这是物理学研究问题时采用的理想化模型的方法。

把物体视为质点是有条件的，条件正如选项(B)和(C)所说明的。 答：此题应选(B)、(C)。

例题： 小球从3m 高处落下，被地板弹回，在1m 高处被接住，则小球通过的路程和位移的大小分别是： (A)4m,4m

(B)3m,1m

(C)3m,2m

(D)4m,2m

解析：小球从3m 高处落下，被地板弹回又上升1米，小球整个运动轨迹的长度是4m ；而表示小球位置的改变的物理量位移的大小为2m ，其方向为竖直向下。 答：此题应选(D)。

例题：图2-2是一个物体运动的速度图线。从图中可知AB 段的加速度为____m/s 2，BC 段的加速度为_______m/s 2，CD 段的加速度为______m/s 2,在这段时间内物体通过的总路程为____m 。

解析：AB 段的加速度为：

2

2

m/s 5.0m/s 4

31-=-=-=

t v v a t

AB 段物体做匀减速直线运动，所以加速度是负的。而BC 段物

体做匀速直线运动，故a =0

CD 段物体做匀加速直线运动，故加速度为

2

20

m/s 1m/s 314=-=-=

t v v a t 又因AB 段的平均速度为

m/s

2m/s 213201=+=+=

t

v v v 同法求得CD 段的平均速度

m/s

5.2m/s 24

13=+=v

物体在AB 段、BC 段、CD 段运动的时间分别为t 1=4s ，t 2=2s ，

t 3=3s ，故物体在这段时间内运动的总路程为

S =v 1t 1+v 2t 2+v 3t 3 =(2×4+1×2+2.5×3)m =17.5m

答：此题应填-0.5，0，1，17.5

研究质点的运动，首先要选定参照物。参照物就是为了研究物体运动，而被我们假定不动的那个物体。由于选定不同参照物，对于同一个物体的运动情况，包括位置、速度、加速度和运动轨迹的描述都可能不同，这就是运动的相对性。

例题：关于人造地球通讯卫星的运动，下列说法正确的是：

(A)以地面卫星接收站为参照物，卫星是静止的。 (B)以太阳为参照物，卫星是运动的。

(C)以地面卫星接收站为参照物，卫星的轨迹是圆周。 (D)以太阳为参照物，卫星的轨迹是圆周。

解析：地球同步卫星的轨道被定位在地球赤道平面里，定位在赤道的上空，它绕地心转动的周期与地球自转的周期相同，因此地面上的人看地球同步卫星是相对静止的。 答：此题应选(A)、(B)、(D)。

7、匀变速直线运动

⑴定义：物体在一条直线上运动，如果在任何相等的时间内速度变化相等，这种运动叫做匀变速直线运动，即a 为定值。

⑵若以v 0为正方向，则a ＞0，表示物体作匀加速直线运动；a ＜0，表示物体作匀减速运动。

8、匀变速直线运动的速度及速度时间图象

可由a v v t

v v at t t =

-→=+0

0，即匀变速直线运动的速度公式，如知道t = 0时初速度v 0和加速度大小和方向就可知道任意时刻的速度。应

指示，v 0 = 0时，v t = at （匀加），若v 00≠，匀加速直线运动v v at t

=+0，

匀减速直线运动v t = v 0－at ，这里a 是取绝对值代入公式即可求出匀变速直线运动的速度。

匀变速直线运动速度——时间图象，是

用图象来描述物体的运动规律，由匀变速直线运动速度公式：v t = v 0 + at ，从数学角度可知v t 是时间t 的一次函数，所以匀变

速直线运动的速度——时间图象是一条直线[即当已知：v 0 = 0(或

v 00≠)a

的大小给出不同时间求出对应的v t 就可画出。]从如右图图象

可知：各图线的物理意义。图象中直线①过原点直线是v 0 = 0，匀加速直线运动，图象中直线②是v 00≠，匀加速直线运动。图象③是v 00≠匀减速直线运动。速度图象中图线的斜率等于物体的加速度，以直线②分析，tg α==?v t

a ，斜率为正值，表示加速度为正，由直线③可知△

v = v 2－v 1 < 0，斜率为负值，表示a 为负，由此可知在同一坐标平面

上，斜率的绝对值越大。回忆在匀速直线运动的位移图象中其直线的斜率是速度绝对值，通过对比，加深对不同性质运动的理解做到温故知新。

当然还可以从图象中确定任意时刻的即时速度，也可以求出达到

某速度所需的时间。 9、匀变速直线运动的位移

由匀速运动的位移S = vt ，可以用速度图线

和横轴之间的面积求出来。如右图中AP 为一个匀变速运动物体的速度图线，为求得在t 时间内的位移，可将时间轴划分为许多很小的时间间隔，设想物体在每一时间间隔内都做匀速

运动，虽然每一段时间间隔内的速度值是不同的，但每一段时间间隔

t i 与其对应的平均速度v i 的乘积S i = v i t i 近似等于这段时间间隔内匀变

速直线运动的位移，因为当时间分隔足够小时，间隔的阶梯线就趋近于物体的速度线AP 阶梯线与横轴间的面积，也就更趋近于速度图线与横轴的面积，这样我们可得出结论：匀变速直线运动的位移可以用速度图线和横轴之间的面积来表示，此结论不仅对匀变速运动，对一般变速运动也还是适用的。

由此可知：所求匀变直线运动物体在时间t 内的位移如下图中

APQ 梯形的面积“S ” = 长方形ADQO 的面积 + 三角形APO 的面

积，

所以位移S v t at =+0212，当v 0 = 0时，位移

S at =

12

2

，由此还可知梯

形的中位线BC

就是时间一半（中间时刻）时的即时速度，也是v v

t +0

2

（首末速度的平均），也是这段时间的平均速度v ，因此均变速直线运动的位移还可表示为：S vt v v t v t t t ==

+=0

2

2，此套公式在解匀变速直

线运动问题中有时更加方便简捷。还应指出，在匀变速直线运动中，用如上所述的速度图象有时比上述的代数式还更加方便简捷。 例题： 图示出A 、B 二运动物体的位移图象，下述说法正确的是： (A)A 、B 二物体开始时相距100m ，同时相向运动 (B)B 物体做匀速直线运动，速度大小为5m/s

(C)A 、B 二物体运动8s 时，在距A 的出发点60m 处相遇 (D)A 物体在运动中停了6s

解析：A 、B 二物体相距100m ，同时开始相向运动。二图线交点指明二物体8s 时在距A 出发点60m 处相遇。B 物体向0点方向运动速度大小m/s 5m/s 8

60100=-==t

S v 。A 物体先做匀速直线运动，从2s 未

到6s 中间停了4s ，然后又做匀速直线运动。 答：此题应选(A)、(B)、(C)。

例题：图为一物体的匀变速直线运动速度图线，根据图线作出以下几个判断，正确的是： (A)物体始终沿正方向运动

(B)物体先沿负方向运动，在t =2s 后开始沿正方向运动 (C)在t =2s 前物体位于出发点负方向上，在t =2s 后位于出发点正方向上

(D)在t =2s 时，物体距出发点最远

解析：由速度图线可知物体的初速度v 0=-20m/s ，负号表明它的

方向是负方向。

在2s 前物体向负方向做匀减速直线运动，其加速度为

)

(m/s 10

2)20(02

方向为正方向=--=

-=

t

v v a t

由速度公式和位移公式，再结合图象考虑可知物体在2s 末时速度为零，位移大小最大，2s 到4s 物体向正方各做匀加速运动，4s 末回到原出发点。故2s 后，它回到出发点。 答：此题应选(B)、(D)。

例题：一个固定在水平面上的光滑物块，其左侧面是斜面AB ，右侧面是曲面AC 。已知AB 和AC 的长度相同。两个小球p 、q 同时从A 点分别沿AB 和AC 由静止开始下滑， 比较它们到达水平面所用的时间

A.p 小球先到

B.q 小球先到

C.两小球同时到

D.无法确定

解析：可以利用v -t 图象(这里的v 是速率，曲线下的面积表示路程

s )定性地进行比较。在同一个v -t 图象中做出p 、q 的速率图线，显然

开始时q 的加速度较大，斜率较大；由于机械能守恒，末速率相同，即曲线末端在同一水平图线上。为使路程相同（曲线和横轴所围的面积相同），显然q 用的时间较少。

例题：两支完全相同的光滑直角弯管(如图所示)现有两只相同小球a 和a/同时从管口由静止滑下，问谁先从下端的出口掉出？(假设通过拐角处时无机械能损失)

解析：首先由机械能守恒可以确定拐角处v1> v2，而两小球到达出口时的速率v相等。又由题意可知两球经历的总路程s相等。由牛顿第二定律，小球的加速度大小a=g sinα，小球a第一阶段的加速度跟小球a/第二阶段的加速度大小相同（设为a1）；小球a第二阶段的加速度跟小球a/第一阶段的加速度大小相同（设为a2），根据图中管的倾斜程度，显然有a1>a2。根据这些物理量大小的分析，在同一个v-t图象中两球速度曲线下所围的面积应该相同，且末状态速度大小也相同（纵坐标相同）。开始时a球曲线的斜率大。由于两球两阶段加速度对应相等，如果同时到达（经历时间为t1）则必然有s1>s2，显然不合理。考虑到两球末速度大小相等（图中v m），球a/的速度图象只能如蓝线所示。因此有t1< t2，即a球先到。

1、匀变速直线的规律

⑴基本公式：①速度公式：at v v t

+=0

②位移公式：202

1at t v s +=

③速度位移关系公式：as v v t 2202=- ④平均速度公式：2

0t

v v v +=

匀变速直线运动中牵涉到v 0、v t 、a 、s 、t 五个物理量，其中只有t 是标量，其余都是矢量。通常选定v 0的方向为正方向，其余矢量的方向依据其与v 0的方向相同或相反分别用正、负号表示。如果某个矢量是待求的，就假设其为正，最后根据结果的正、负确定实际方向。

⑵匀变速直线运动的一些重要推论

①做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于这段时

间中间时刻的瞬时速度

2

021t

t t

v v v v +=

=

②做匀变速直线运动的物体在某段位移中点的瞬时速度等于初速度v 0和末速度v t 平方和一半的平方根

2

22021

t s

v v v +=

③连续相等时间内的位移差等于恒量：s 2-s 1=s 3-s 2=……s n -s n-1=at 2。

⑶初速度为零的匀加速直线运动的重要特征：

规律

①连续相等时间末的瞬时速度比：v t ：v 2t ：v 3t ：…：v nt ＝1：2：3：…：n 。

②ts ，2ts ，…nts 内的位移比：s t ：s 2t ：…s nt ＝1：4：9：…：n 2。 ③连续相等时间内的位移比：s 1：s 2：…s n ＝1：3：5：…：（2n-1）。 ④通过连续相同位移所用时间之比：t 1：t 2：…：t n ＝1：)12(

-：

)23(-：…：（)1--n n

例题：一辆汽车正以15m/s 的速度行驶，在前方20m 处突然亮起红灯，司机立即刹车，刹车过程中汽车加速度的大小是6m/s 2。求刹车后3s 末汽车的速度和车距红绿灯有多远？

解析：刹车后汽车做匀减速直线运动。车停时速度v t =0，故刹车所用时间可用速度公式求出，由此来判断汽车是否已在3s 前停止了。 解：汽车刹车后停止时v t =0，代入速度公式，求刹车时间t 。 0=v 0－at

s

s a v t o

53.2615=== 故3秒末汽车速度为零，再用速度与位移的关系式算刹车距离

m

75.18m 6201522220=?-=-=

a v v S t 车距红绿灯20m －18.75m=1.25m

例题：汽车从静止开始做匀加速直线运动，经过时间t 1后改做匀减速

直线运动。匀减速运动经过时间t2汽车停下来。汽车的总位移为S，汽车在整个运动过程中的最大速度为______。

解析：汽车的v-t图如图所示，图中的v即所求的最大速度。因

为前后两段运动的平均速度都等于

2

v，故由下式来解题

2

1

2

1

2

2

t

v

t

v

t v

t v

S

+

=

+

=

即：

2

1

2

t

t

S

v

+

=

此题还可以由图线来解，因v-t图的三角形面积即表示总位移，故：

S=

2

1v(t

1+t2)

即

2

1

2

t

t

S

v

+

=

答：此题应填

2

1

2

t

t

S

v

+

=。

例题：一质点由A点出发沿直线AB运动，行程的第一部分是加速度为a1的匀加速直线运动，接着以加速度a2做匀减速运动，抵达B点时刚好停止，苦AB长度是S，则质点运动所需时间为_______。

解析：设v是质点做匀加速运动的末速度

v=a1t1①

v 又是质点做匀减运动的初速度，故 0=v -a 2t 2

v=a 2t 2 ②

质点运动所需时间t 与t 1、t 2关系 t =t 1+t 2

③

由①②③式联立可得

t a a a t ?+=

2

12

1 ④

由平均速度的公式

t v

t v S 2

==

⑤

将①式代入⑤式

t t a S ?=

2

1

1 再把④式代入上式

22

12

12t a a a a S +?=

质点运动所需时间

2

121)(2a a S a a t +=

答：此题应填2

121)(2a a S a a t +=。

例题：为了测定某辆轿车在平直路上起动时间的加速度（轿车起动时的运动可近似看作匀加速运动），某人拍摄了一张在同一底片上多次曝光的照片，如图所示。如果拍摄时每隔2秒曝光一次，轿车车

身总长为4.5m，那么这辆轿车的加速度约为：

(A)1m/s (B)2m/s (C)3m/s

(D)4m/s

解析：照片上汽车的像在标尺上约占3大格，汽车长4.5m，所以标尺上每1大格相当于1.5m的距离。由汽车像的前头来计量，第一个像到第二个像间是8大格，第二个像到第三个像间是13.5大格。因此

S1=8×1.5m=12m

S2=13.5×1.5m=20m

因T=2s，所求轿车的加速度

22

2

21

2

m/s 2m/s

212

20 =-

=-

=

T S

S

a

答：此题应选(B)。

例题：两木块自左向右运动，现用高速摄影机在同一底片上多次曝光，记录下木块每次曝光时的位置，如图所示，连续两次曝光的时间间隔是相等的，由图可知

A.在时刻t2以及时刻t5两木块速度相同

B.在时刻t1两木块速度相同

C.在时刻t 3和时刻t 4之间某瞬间两木块速度相同

D.在时刻t 4和时刻t 5之间某瞬时两木块速度相同

解析：首先由图看出：上边那个物体相邻相等时间内的位移之差为恒量，可以判定其做匀变速直线运动；下边那个物体明显地是做匀速运动。由于t 2及t 5时刻两物体位置相同，说明这段时间内它们的位移相等，因此其中间时刻的即时速度相等，这个中间时刻显然在t 3、t 4之间，因此本题选C 。

例题：物体在恒力F 1作用下，从A 点由静止开始运动，经时间t 到达B 点。这时突然撤去F 1，改为恒力F 2作用，又经过时间2t 物体回到A 点。求F 1、F 2大小之比。

解析：设物体到B 点和返回A 点时的速率分别为v A 、v B ， 利用平均速度公式可以得到v A 和v B 的关系。再利用加速度定义式，可以得到加速度大小之比，从而得到F 1、F 2大小之比。

画出示意图如右。设加速度大小分别为a 1、a 2，有：

t

v v a t v a v v v v t s v v t s v B A B B A B A B 2,,23

,22,22121+===∴-====

∴a 1∶a 2=4∶5，∴F 1∶F 2=4∶5

特别要注意速度的方向性。平均速度公式和加速度定义式中的速度都是矢量，要考虑方向。本题中以返回A 点时的速度方向为正，因此AB 段的末速度为负。

2、运动学中的追赶问题

⑴匀减速运动物体追赶同向匀速物体时，恰能追上或恰好追不上的临界条件：即将追及时，追赶者速度等于被追赶者速度（也就是追赶者速度大于或等于被追赶者速度时能追上；当追赶者速度小球被追赶者速度时，追不上）

⑵初速度为零的匀加速运动物体追赶同向匀速运动物体时，追上之前两者具有最大距离的条件是：追赶者速度等于被追赶者的速度。 ⑶被追的物体作匀减速运动，一定要注意追上前该物体是否已停止运动。 3、自由落体运动

⑴定义：不计空气阻力，物体由空中从静止开始下落的运动。 ⑵自由落体运动是初速度为零，加速度为g 的匀加速直线运动。地球表面附近的重力加速度g 的大小一般取9.8m/s 2；粗略计算时可取g=10m/s 2，g 的方向为竖直向下。 ⑶自由落体的运动规律

gt v t = （1）

2

2

1gt h =

（2） gh v t 22= （3）

t v h t 2

1=

（4）

⑷由于自由落体的初速度为零，故可充分利用比例关系。 例题：从楼顶上自由落下一个石块，它通过1.8m 高的窗口用时间

0.2s ，问楼顶到窗台的高度是多少米？（g 取10m/s 2）

解法一：设楼顶到窗台（窗口下沿）的高度为h ，石块从楼顶自由下落到窗台用时间t ，则有下列二式成立 h =2

1g t 2

(1) h-1.8=2

1g(t -0.2)2

(2)

由(1)与(2)联立解得t 值 t =1s

代入(1)式可得 h =5m

解法二：设石块通过窗口上沿的瞬时速度为v 0，通过窗口下沿的瞬时速度为v 2。石块从窗口上沿到下沿做初速度不为零的匀加速直线运动，且加速度为g ，设窗口高为h 1，则 h 1=v o t 1+2

1g 21t

(1)

式中t 1为石块通过窗口的时间。由(1)式可解得

m/s 8m/s 2

.0)2.0(1021

8.1g 2121

2

110=??-

=-

=

t t h v

再用速度与位移关系求v t

m/s

10m/s 8.11028g 2)

2(g 22

1

201

2

02=??+=+=+=h v v h v v t t