2013高考物理 秒殺必備 質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)

質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)一、主要內(nèi)容 本章內(nèi)容包括位移、路程、時(shí)間、時(shí)刻、平均速度、即時(shí)速度、線(xiàn)速度、角速度、加速度等基本概念，以及勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律、平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。在學(xué)習(xí)中要注意準(zhǔn)確理解位移、速度、加速度等基本概念，特別應(yīng)該理解位移與距離（路程）、速度與速率、時(shí)間與時(shí)刻、加速度與速度及速度變化量的不同。 二、基本方法 本章中所涉及到的基本方法有：利用運(yùn)動(dòng)合成與分解的方法研究平拋運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，這是將復(fù)雜的問(wèn)題利用分解的方法將其劃分為若干個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題的基本方法；利用物理量間的函數(shù)關(guān)系圖像研究物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的方法，這也是形象、直觀的研究物理問(wèn)題的一種基本方法。這些具體方法中所包含的思想，在整個(gè)物理學(xué)研究問(wèn)題中都是經(jīng)常用到的。因此，在學(xué)習(xí)過(guò)程中要特別加以體會(huì)。 三、錯(cuò)解分析 在本章知識(shí)應(yīng)用的過(guò)程中，初學(xué)者常犯的錯(cuò)誤主要表現(xiàn)在：對(duì)要領(lǐng)理解不深刻，如加速度的大小與速度大小、速度變化量的大小，加速度的方向與速度的方向之間常混淆不清；對(duì)位移、速度、加速度這些矢量運(yùn)算過(guò)程中正、負(fù)號(hào)的使用出現(xiàn)混亂：在未對(duì)物體運(yùn)動(dòng)（特別是物體做減速運(yùn)動(dòng)）過(guò)程進(jìn)行準(zhǔn)確分析的情況下，盲目地套公式進(jìn)行運(yùn)算等。例1 汽車(chē)以10 m/s的速度行使5分鐘后突然剎車(chē)。如剎車(chē)過(guò)程是做勻變速運(yùn)動(dòng)，加速度大小為5m/s2 ，則剎車(chē)后3秒鐘內(nèi)汽車(chē)所走的距離是多少？【錯(cuò)解】因?yàn)槠?chē)剎車(chē)過(guò)程做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，初速v0=10 m/s加速度【錯(cuò)解原因】出現(xiàn)以上錯(cuò)誤有兩個(gè)原因。一是對(duì)剎車(chē)的物理過(guò)程不清楚。當(dāng)速度減為零時(shí)，車(chē)與地面無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)摩擦力變?yōu)榱恪６菍?duì)位移公式的物理意義理解不深刻。位移S對(duì)應(yīng)時(shí)間t，這段時(shí)間內(nèi)a必須存在，而當(dāng)a不存在時(shí)，求出的位移則無(wú)意義。由于第一點(diǎn)的不理解以致認(rèn)為a永遠(yuǎn)地存在；由于第二點(diǎn)的不理解以致有思考a什么時(shí)候不存在?！痉治鼋獯稹恳李}意畫(huà)出運(yùn)動(dòng)草圖1-1。設(shè)經(jīng)時(shí)間t1速度減為零。據(jù)勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度公式v1=v0-at則有0=10-5t解得t=2S由于汽車(chē)在2S時(shí)【評(píng)析】物理問(wèn)題不是簡(jiǎn)單的計(jì)算問(wèn)題，當(dāng)?shù)贸鼋Y(jié)果后，應(yīng)思考是否與s=-30m的結(jié)果，這個(gè)結(jié)果是與實(shí)際不相符的。應(yīng)思考在運(yùn)用規(guī)律中是否出現(xiàn)與實(shí)際不符的問(wèn)題。本題還可以利用圖像求解。汽車(chē)剎車(chē)過(guò)程是勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。據(jù)v0，a由此可知三角形v0Ot所包圍的面積即為剎車(chē)3s內(nèi)的位移。例2 氣球以10m/s的速度勻速豎直上升，從氣球上掉下一個(gè)物體，經(jīng)17s到達(dá)地面。求物體剛脫離氣球時(shí)氣球的高度。（g=10m/s2）【錯(cuò)解】物體從氣球上掉下來(lái)到達(dá)地面這段距離即為物體脫離氣球時(shí)，氣球的高度。所以物體剛脫離氣球時(shí)，氣球的高度為 1445m?！惧e(cuò)解原因】由于學(xué)生對(duì)慣性定律理解不深刻，導(dǎo)致對(duì)題中的隱含條件即物體離開(kāi)氣球時(shí)具有向上的初速度視而不見(jiàn)。誤認(rèn)為v0=0。實(shí)際物體隨氣球勻速上升時(shí)，物體具有向上10m/s的速度當(dāng)物體離開(kāi)氣球時(shí)，由于慣性物體繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)一段距離，在重力作用下做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。【分析解答】本題既可以用整體處理的方法也可以分段處理。方法一：可將物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程視為勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)題意畫(huà)出運(yùn)動(dòng)草圖如圖13所示。規(guī)定向下方向?yàn)檎瑒tV0=-10m/sg=10m/s2據(jù)hv0t+物體剛掉下時(shí)離地1275m。方法二：如圖13將物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分為ABC和CD兩段來(lái)處理。ABC為豎直上拋運(yùn)動(dòng)，CD為豎直下拋運(yùn)動(dòng)。在ABC段，據(jù)豎直上拋規(guī)律可知此階段運(yùn)動(dòng)時(shí)間為由題意知tCD=17-2=15（s）=1275（m）方法三：根據(jù)題意作出物體脫離氣球到落地這段時(shí)間的V-t圖（如圖14所示）。其中v0otB的面積為AB的位移tBtcvc的面積大小為BC的位移梯形tCtDvDvC的面積大小為CD的位移即物體離開(kāi)氣球時(shí)距地的高度。則tB=1s根據(jù)豎直上拋的規(guī)律tc=2s tBtD=17-1=16（s）在tBvDtD中則可求vD160（m/s）【評(píng)析】在解決運(yùn)動(dòng)學(xué)的問(wèn)題過(guò)程中，畫(huà)運(yùn)動(dòng)草圖很重要。解題前應(yīng)根據(jù)題意畫(huà)出運(yùn)動(dòng)草圖。草圖上一定要有規(guī)定的正方向，否則矢量方程解決問(wèn)題就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。如分析解答方法一中不規(guī)定正方向，就會(huì)出現(xiàn)例3 經(jīng)檢測(cè)汽車(chē)A的制動(dòng)性能：以標(biāo)準(zhǔn)速度20m/s在平直公路上行使時(shí)，制動(dòng)后40s停下來(lái)?，F(xiàn)A在平直公路上以20m/s的速度行使發(fā)現(xiàn)前方180m處有一貨車(chē)B以6m/s的速度同向勻速行使，司機(jī)立即制動(dòng)，能否發(fā)生撞車(chē)事故？【錯(cuò)解】 設(shè)汽車(chē)A制動(dòng)后40s的位移為s1，貨車(chē)B在這段時(shí)間內(nèi)的位S2=v2t=6×40=240（m）兩車(chē)位移差為400-240=160（m）因?yàn)閮绍?chē)剛開(kāi)始相距180m160m所以?xún)绍?chē)不相撞?！惧e(cuò)解原因】這是典型的追擊問(wèn)題。關(guān)鍵是要弄清不相撞的條件。汽車(chē)A與貨車(chē)B同速時(shí)，兩車(chē)位移差和初始時(shí)刻兩車(chē)距離關(guān)系是判斷兩車(chē)能否相撞的依據(jù)。當(dāng)兩車(chē)同速時(shí)，兩車(chē)位移差大于初始時(shí)刻的距離時(shí)，兩車(chē)相撞；小于、等于時(shí)，則不相撞。而錯(cuò)解中的判據(jù)條件錯(cuò)誤導(dǎo)致錯(cuò)解?！痉治鼋獯稹咳鐖D15汽車(chē)A以v0=20m/s的初速做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)40s停下來(lái)。據(jù)加速度公式可求出a=-0.5m/s2當(dāng)A車(chē)減為與B車(chē)同速時(shí)是A車(chē)逼近B車(chē)距離最多的時(shí)刻，這時(shí)若能超過(guò)B車(chē)則相撞，反之則不能相撞。(m)S364-168196180（m）所以?xún)绍?chē)相撞?！驹u(píng)析】分析追擊問(wèn)題應(yīng)把兩物體的位置關(guān)系圖畫(huà)好。如圖1.5，通過(guò)此圖理解物理情景。本題也可以借圖像幫助理解圖1-6中。陰影區(qū)是A車(chē)比B車(chē)多通過(guò)的最多距離，這段距離若能大于兩車(chē)初始時(shí)刻的距離則兩車(chē)必相撞。小于、等于則不相撞。從圖中也可以看出A車(chē)速度成為零時(shí)，不是A車(chē)比B車(chē)多走距離最多的時(shí)刻，因此不能作為臨界條件分析。例4 如圖17所示，一人站在岸上，利用繩和定滑輪，拉船靠岸，在某一時(shí)刻繩的速度為v，繩AO段與水平面夾角為，不計(jì)摩擦和輪的質(zhì)量，則此時(shí)小船的水平速度多大？【錯(cuò)解】將繩的速度按圖18所示的方法分解，則v1即為船的水平速度v1=v·cos?！惧e(cuò)解原因】上述錯(cuò)誤的原因是沒(méi)有弄清船的運(yùn)動(dòng)情況。實(shí)際上船是在做平動(dòng)，每一時(shí)刻船上各點(diǎn)都有相同的水平速度。而AO繩上各點(diǎn)運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜，既有平動(dòng)又有轉(zhuǎn)動(dòng)。以連接船上的A點(diǎn)來(lái)說(shuō)，它有沿繩的平動(dòng)分速度v，也有與v垂直的法向速度vn，即轉(zhuǎn)動(dòng)分速度，A點(diǎn)的合速度vA即為兩個(gè)分速度的合。vA=v/cos【分析解答】方法一：小船的運(yùn)動(dòng)為平動(dòng)，而繩AO上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是平動(dòng)+轉(zhuǎn)動(dòng)。以連接船上的A點(diǎn)為研究對(duì)象，如圖1-9，A的平動(dòng)速度為v，轉(zhuǎn)動(dòng)速度為vn，合速度vA即與船的平動(dòng)速度相同。則由圖可以看出vA=v/cos?！驹u(píng)析】方法二：我們可以把繩子和滑輪看作理想機(jī)械。人對(duì)繩子做的功等于繩子對(duì)船做的功。我們所研究的繩子都是輕質(zhì)繩，繩上的張力相等。對(duì)于繩上的C點(diǎn)來(lái)說(shuō)即時(shí)功率P人繩=F·v。對(duì)于船上A點(diǎn)來(lái)說(shuō)P繩船=FvA·cos解答的方法一，也許學(xué)生不易理解繩上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。從能量角度來(lái)講也可以得到同樣的結(jié)論。還應(yīng)指出的是要有實(shí)際力、實(shí)際加速度、實(shí)際速度才可分解。例5  一條寬為L(zhǎng)的河流，河水流速為v1，船在靜水中的  速度為v2，要使船劃到對(duì)岸時(shí)航程最短，船頭應(yīng)指向什么方向？最短航程是多少？【錯(cuò)解】要使航程最短船頭應(yīng)指向與岸垂直的方向。最短航程為L(zhǎng)?！惧e(cuò)解原因】上而錯(cuò)解的原因是對(duì)運(yùn)動(dòng)的合成不理解。船在水中航行并不是船頭指向什么方向就向什么方向運(yùn)動(dòng)。它的運(yùn)動(dòng)方向是船在靜水中的速度方向與水流方向共同決定的。要使航程最短應(yīng)是合速度垂直于岸。【分析解答】題中沒(méi)有給出v1與v2的大小關(guān)系，所以應(yīng)考慮以下可能情況。此種情況下航程最短為L(zhǎng)。當(dāng)v2v1時(shí)，如圖111船頭斜向上游，與岸夾角為時(shí)，用三角形法則分析當(dāng)它的方向與圓相切時(shí)，航程最短，設(shè)為S，由幾何關(guān)系可知此時(shí)v2v（合速度）（0）當(dāng)v2=v1時(shí)，如圖112，越小航程越短。（ 0）【評(píng)析】航程最短與時(shí)間最短是兩個(gè)不同概念。航程最短是指合位移最小。時(shí)間最短是指用最大垂直河岸的速度過(guò)河的時(shí)間。解決這類(lèi)問(wèn)題的依據(jù)就是合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的等時(shí)性及兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性。例6 有一個(gè)物體在h高處，以水平初速度v0拋出，落地時(shí)的速度為v1，豎直分速度為vy，下列公式能用來(lái)計(jì)算該物體在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)間的是（  ）故B正確?！惧e(cuò)解原因】形成以上錯(cuò)誤有兩個(gè)原因。第一是模型與規(guī)律配套。Vt=v0+gt是勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的速度公式，而平拋運(yùn)動(dòng)是曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，不能用此公式。第二不理解運(yùn)動(dòng)的合成與分解。平拋運(yùn)動(dòng)可分解為水平的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和豎直的自由落體運(yùn)動(dòng)。每個(gè)分運(yùn)動(dòng)都對(duì)應(yīng)自身運(yùn)動(dòng)規(guī)律。【分析解答】本題的正確選項(xiàng)為A，C，D。平拋運(yùn)動(dòng)可分解為水平方向的勻速運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體，分運(yùn)動(dòng)與合運(yùn)動(dòng)時(shí)間具有等時(shí)性。水平方向：x=v0t據(jù)式知A，C，D正確。【評(píng)析】選擇運(yùn)動(dòng)公式首先要判斷物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。運(yùn)動(dòng)性質(zhì)確定了，模型確定了，運(yùn)動(dòng)規(guī)律就確定了。判斷運(yùn)動(dòng)性要根據(jù)合外力和初速度的關(guān)系。當(dāng)合外力與初速度共線(xiàn)時(shí)，物體做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)合外力與v不共線(xiàn)時(shí)，物體做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)合外力與v0垂直且恒定時(shí)，物體做平拋運(yùn)動(dòng)。當(dāng)物體總與v垂直時(shí)，物體做圓運(yùn)動(dòng)。例7  一個(gè)物體從塔頂落下，在到達(dá)地面前最后一秒內(nèi)通過(guò)的位移為整個(gè)位移的9/25，求塔高（g=10m/s2）。【錯(cuò)解】因?yàn)槲矬w從塔頂落下，做自由落體運(yùn)動(dòng)。解得H=13.9m【錯(cuò)解原因】物體從塔頂落下時(shí)，對(duì)整個(gè)過(guò)程而言是初速為零的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。而對(duì)部分最后一秒內(nèi)物體的運(yùn)動(dòng)則不能視為初速為零的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樽詈笠幻雰?nèi)的初始時(shí)刻物體具有一定的初速，由于對(duì)整體和部分的關(guān)系不清，導(dǎo)致物理規(guī)律用錯(cuò)，形成錯(cuò)解。【分析解得】根據(jù)題意畫(huà)出運(yùn)動(dòng)草圖，如圖113所示。物體從塔頂落到地面所經(jīng)歷時(shí)間為t，通過(guò)的位移為H物體在t1秒內(nèi)的位移為h。因?yàn)閂0=0由解得H=125m【評(píng)析】解決勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題時(shí)，對(duì)整體與局部，局部與局部過(guò)程相互關(guān)系的分析，是解題的重要環(huán)節(jié)。如本題初位置記為A位置，t1秒時(shí)記為B位置，落地點(diǎn)為C位置（如圖113所示）。不難看出既可以把BC段看成整體過(guò)程AC與局部過(guò)程AB的差值，也可以把BC段看做是物體以初速度VB和加速度g向下做為時(shí)1s的勻加速運(yùn)動(dòng)，而vB可看成是局部過(guò)程AB的末速度。這樣分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)其中一些隱含條件。使得求解方便。另外值得一提的是勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題有很多題通過(guò)vt圖求解既直觀又方便簡(jiǎn)潔。如本題依題意可以做出vt圖（如圖114），由題意例8 正在與Rm高空水平勻速飛行的飛機(jī)，每隔1s釋放一個(gè)小球，先后共釋放5個(gè)，不計(jì)空氣阻力，則（  ）A.這5個(gè)小球在空中排成一條直線(xiàn)B.這5個(gè)小球在空中處在同一拋物線(xiàn)上C.在空中，第1，2兩個(gè)球間的距離保持不變D.相鄰兩球的落地間距相等【錯(cuò)解】因?yàn)?個(gè)球先后釋放，所以5個(gè)球在空中處在同一拋物線(xiàn)上，又因?yàn)樾∏蚨甲鲎杂陕潴w運(yùn)動(dòng)，所以C選項(xiàng)正確?！惧e(cuò)解原因】形成錯(cuò)解的原因是只注意到球做平拋運(yùn)動(dòng)，但沒(méi)有理解小球做平拋的時(shí)間不同，所以它們?cè)诓煌膾佄锞€(xiàn)上，小球在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)，但是先后不同。所以C選項(xiàng)不對(duì)?！痉治鼋獯稹酷尫诺拿總€(gè)小球都做平拋運(yùn)動(dòng)。水平方向的速度與飛機(jī)的飛行速度相等，在水平方向做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)，只是開(kāi)始的時(shí)刻不同。飛機(jī)和小球的位置如圖115可以看出A，D選項(xiàng)正確?！驹u(píng)析】解這類(lèi)題時(shí)，決不應(yīng)是想當(dāng)然，而應(yīng)依據(jù)物理規(guī)律畫(huà)出運(yùn)動(dòng)草圖，這樣會(huì)有很大的幫助。如本題水平方向每隔1s過(guò)位移一樣，投小球水平間距相同，抓住特點(diǎn)畫(huà)出各個(gè)球的軌跡圖，這樣答案就呈現(xiàn)出來(lái)了。例9  物塊從光滑曲面上的P點(diǎn)自由滑下，通過(guò)粗糙的靜止水平傳送帶以后落到地面上的Q點(diǎn)，若傳送帶的皮帶輪沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，使傳送帶隨之運(yùn)動(dòng)，如圖116所示，再把物塊放到P點(diǎn)自由滑下則（  ）A.物塊將仍落在Q點(diǎn)B.物塊將會(huì)落在Q點(diǎn)的左邊C.物塊將會(huì)落在Q點(diǎn)的右邊D.物塊有可能落不到地面上【錯(cuò)解】因?yàn)槠л嗈D(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)以后，物塊在皮帶輪上的時(shí)間長(zhǎng)，相對(duì)皮帶位移彎大，摩擦力做功將比皮帶輪不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)多，物塊在皮帶右端的速度將小于皮帶輪不動(dòng)時(shí)，所以落在Q點(diǎn)左邊，應(yīng)選B選項(xiàng)?！惧e(cuò)解原因】學(xué)生的錯(cuò)誤主要是對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力分析不準(zhǔn)確。實(shí)質(zhì)上當(dāng)皮帶輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，無(wú)論物塊以多大的速度滑下來(lái)，傳送帶給物塊施的摩擦力都是相同的，且與傳送帶靜止時(shí)一樣，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式知位移相同。從傳送帶上做平拋運(yùn)動(dòng)的初速相同。水平位移相同，落點(diǎn)相同?！痉治鼋獯稹课飰K從斜面滑下來(lái)，當(dāng)傳送帶靜止時(shí)，在水平方向受到與運(yùn)動(dòng)方向相反的摩擦力，物塊將做勻減速運(yùn)動(dòng)。離開(kāi)傳送帶時(shí)做平拋運(yùn)動(dòng)。當(dāng)傳送帶逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)物體相對(duì)傳送帶都是向前運(yùn)動(dòng)，受到滑動(dòng)摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向相反。  物體做勻減速運(yùn)動(dòng)，離開(kāi)傳送帶時(shí)，也做平拋運(yùn)動(dòng)，且與傳送帶不動(dòng)時(shí)的拋出速度相同，故落在Q點(diǎn)，所以A選項(xiàng)正確?！驹u(píng)析】若此題中傳送帶順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，物塊相對(duì)傳送帶的運(yùn)動(dòng)情況就應(yīng)討論了。（1）當(dāng)v0=vB物塊滑到底的速度等于傳送帶速度，沒(méi)有摩擦力作用，物塊做勻速運(yùn)動(dòng)，離開(kāi)傳送帶做平拋的初速度比傳送帶不動(dòng)時(shí)的大，水平位移也大，所以落在Q點(diǎn)的右邊。（2）當(dāng)v0vB物塊滑到底速度小于傳送帶的速度，有兩種情況，一是物塊始終做勻加速運(yùn)動(dòng)，二是物塊先做加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)物塊速度等于傳送帶的速度時(shí)，物體做勻速運(yùn)動(dòng)。這兩種情況落點(diǎn)都在Q點(diǎn)右邊。（3）v0vB當(dāng)物塊滑上傳送帶的速度大于傳送帶的速度，有兩種情況，一是物塊一直減速，二是先減速后勻速。第一種落在Q點(diǎn)，第二種落在Q點(diǎn)的右邊。