09高考物理直线运动综合与拓展

直线运动综合与拓展
一、知识地图
本章研究最简单、最基本的机械运动——直线运动．运用公式和图像两种数学工具研
究物体的位移、速度等随时间变化的规律，是学习动力学的基础．
二、应考指要
对于直线运动知识点考查，一般较注重定性分析，单纯涉及这部分知识的考题大多是选择题和填空题，在综合题中每年都渗透着该部分内容，显示出该部分内容在力学中的特殊地位．在学习中要注意到以下几点：
1．要准确地掌握位移与路程、时间与时刻、平均速度与瞬时速度、速度与加速度的区别与联系，并能熟练地应用概念分析和描述质点的运动规律．
2．匀变速直线运动的特点是公式较多，在求解时应做到：(1)审清题意，分析运动过程，构建运动图景，并尽量画出草图；(2)明确题中己知及未知各量的关系，恰当选用规律；(3)若涉及多个过程，要分段分析，找准运动交接点．同时应注意s 、v 、a 等矢量的符号规则和位移图像、速度图像的应用及题中隐含条件的挖掘等．逆向思维的应用有时会使解题更为简捷，应注意充分运用．如一个减速到零的匀减速运动可等效为一个反向的初速为零的匀加速直线运动．
3．对于自由落体运动，要用好用活初速为零这一条件，对于竖直上抛运动，要掌握好分段法和整体法，并注意其运动的对称性．这两种运动的共同特点是加速度始终恒定，故可充分利用各种比例关系求解．
三、好题精析
直线
运动 质点 时间和时刻 位移和路程 瞬时速度和平均速度
加速度
v =s /t v -t 图
s-t 图
v t =v 0+at
s =v 0t +at 2/2
v t 2-v 02=2as
v 中=v 均
v 均=(v 0+v t )/2
Δs =at 2
v -t 图 自由落体运动 v 0=0 a =g v t =gt h =gt 2/2 v t 2=2gh
匀变速直线运动 匀速直线运动
基本
概念
和物
理量
图
1-5-1
图
1-5-2图1-5-3 例1 甲、乙两车同时从同一地点出发，向同一方向沿直线运动中，甲以10ｍ/s 的速度匀速行驶，乙以2m/s 2的加速度由静止启动，求：
(1)经多长时间乙车追上甲车?此时甲、乙两车速度有何关系?
(2)追上前经多长时间两者相距最远?此时二者的速度有何关系?
例2 甲车以10米/秒，乙车以4米/秒的速率在同一直车道中同向前进，若甲车驾驶员在乙车后方距离d 处发现乙车，立即踩刹车使其车获得－2米/秒2的加速度，为使两车不致相撞，d 的值至少应为多少？
例3 有两个光滑固定斜面AB 和BC ，A 和C 两点在同一水平面上，斜面BC 比斜面AB 长（如图1-5-1所示），一个滑块自A 点以速度v A 上滑，到达B 点时速度减小为零，紧接着沿BC 滑下，设滑块从A 点到C 点的总时间是t c ，那么如图1-5-2所示的四个图中，正确表示滑块速度的大小v 随时间t 变化规律的是
例4 如图1-5-3所示，A 、B 两棒均长l m ，A 悬于高处，B 竖于地面．A 的下端和B 的上端相距s =10 m ．若A 、B 两棒同时运动，A 做自由落体运动，B 以初速度
= 20m ／s 做竖直上抛运动，在运动过程中都保持竖直．问：
(1)两棒何时开始相遇?
(2)擦肩而过(不相碰)的时间?(取g =10 m ／s 2)．
例5如图1-5-4所示，声源S和观察者A都沿x轴正方向运动，相对于地面的速率分别为v S 和v A．空气中声音传播的速率为v p．设v S<v p，v A<v p，空气相对于地面没有流动．
(1)若声源相继发出两个声信号，时间间隔为△t，．请根据发出的这两个声信号从声源传播到观察者的过程，确定观察者接收到这两个声信号的时间间隔△t'．
(2)请利用(1)的结果，推导此情形下观察者接收到的声波频率与声源发出的声波频率
间的关系式．
图1-5-4
四、变式迁移
1．石块A自塔顶自由落下m米时，石块B自离塔顶n米处自由下落，二石块同时着地，则塔高为( )．
2．两辆完全相同的汽车，沿水平直路一前一后匀速行驶，速度均为v0．若前车突然以恒定的加速度刹车，在它刚停住时，后车以前车刹车时的加速度开始刹车．已知前车在刹车过程中所行的距离为s0，若要保证两辆车在上述情况中不相撞，则两车在匀速行驶时保持的距离至少为多少？
参考答案
三、典例精析
例1〖解析〗(1)乙车追上甲车时，二者位移相同，设甲车位移为s１，乙车位移为s２，则
s１=s２，即v１t１＝at12/2
解得t１＝10ｓ，v２＝aｔ１＝20 m/s，因此v２＝2v１.
(2)设追上前二者之间的距离为Δs，则Δs = s１-s２= v１t２－at22/2=10t2-t22
由数学知识知：当t = - 10/[2×(-1)]=5s时，两者相距最远
此时v2′= at2 = 10 m/s即v２′＝v1。

〖点评〗象本题的追及问题，可以灵活应用数学知识求解，也可以利用物理知识分析求解；前一种方法求解简便，后一种方法物理意义、物理情景更明确，更清晰；第(2)问的最大距离亦可由速度图像分析求得。

例2〖解析〗甲刹车后做匀减速运动，设经时间t二车速度相等且未相撞，则以后永不会相撞。

由匀减速运动规律可知：v t = v－a t 4=10-2t，
图
1-5-5
解得：t =3s 秒
在此时间内甲车前进的距离 d 1 = (v t +v 0)t /2=(10+4)×3/2=21m
乙车前进的距离为 d 2 = v 0t =4×3=12m
可见d ≥21-12=9m 即不会相撞。

〖点评〗本题中为使两车不致相撞不能简单地认为甲车的速度减为零时是否相碰，要注意分析两车的运动过程，注意它们间的距离的变化规律，从而考虑到要相碰必须满足的速度关系。

例3 〖解析〗速度-时间图象中，直线的斜率表示匀变速直线运动的加速度，加速度越大，直线越陡，而物体从A 经B 到C 的整个过程中，由于无阻力做功，故A 、C 两点处物体应具有相同的速率，故C 不正确；AB 和BC 两段上平均速率相等，AB 段比BC 段运动时间短，故A 不正确；又因为AB 段加速度大于BC 段，两段均作匀变速直线运动，AB 段和BC 段的速度图象为直线，故D 不正确。

所以本题应选B 。

〖点评〗要理解图象的意义，根据图线描绘出物体的物理过程，才能正确地求解这类问题。

例4 〖解析〗(1)设经过时间 t 两棒开始相遇．A 棒下落位移
①
B 棒上升的位移
②
③
解①②③得
即从开始运动经0．5 s 两棒开始相遇．
(2)以A 棒为参照物，B 相对A 的加速度
故B 棒相对A 棒以=20 m ／s
的速度做匀速直线运动，所以两棒从擦肩而过即相遇时间
〖点评〗解决相遇问题时，要注意等时性，注意总位移，有时运用相对速度求解会很方便。

例5 〖解析〗(1)如图1-5-5所示，设为声源S 发出两个信号的时刻，为观察者接收到两个信号的时刻．则第一个信号经过
时间被观察者A
接收到，第二个信号经过
时间被观察者A 接收到．且
设声源发出第一个信号时，S 、A 两点间的距
离为L ，两个声信号从声源传播到观察者的
过程中，它们运动的距离关系如图1-5-5所示．可得
①
②
由以上各式，得
③
(2)设声源发出声波的振动周期为T ，这样，由以上结论，观察者接收到的声波振动 的周期T'为
④
由此可得，观察者接受到的声波频率与声源发出声波频率间的关系为
f v v v v f s p A
p --=' ⑤
〖点评〗有关匀速运动近几年高考考查较多，如宇宙膨胀速度、超声波测速等，物理知识极其简单，但对理解题意、建立模型的能力要求较高。

解本题时，通过作图理解和表述运动过程最为关键。

四、变式迁移
1．B 2．2s 0。