2020版高考物理一輪復(fù)習(xí)第一章第1節(jié)描述運動的基本概念講義(含解析)

PAGE機械運動與物理模型新課程標(biāo)準(zhǔn)核心知識提煉1.經(jīng)歷質(zhì)點模型的建構(gòu)過程，了解質(zhì)點的含義。知道將物體抽象為質(zhì)點的條件，能將特定實際情境中的物體抽象成質(zhì)點。體會建構(gòu)物理模型的思維方式，認(rèn)識物理模型在探索自然規(guī)律中的作用。2.理解位移、速度和加速度。通過實驗，探究勻變速直線運動的特點，能用公式、圖像等方法描述勻變速直線運動，理解勻變速直線運動的規(guī)律，能運用其解決實際問題，體會科學(xué)思維中的抽象方法和物理問題研究中的極限方法。3.定性了解生活中常見的機械運動。通過實驗認(rèn)識自由落體運動規(guī)律。結(jié)合物理學(xué)史的相關(guān)內(nèi)容，認(rèn)識實驗對物理學(xué)發(fā)展的推動作用。質(zhì)點(物理模型)位移速度(極限思想)加速度勻變速直線運動的規(guī)律運動圖像自由落體運動規(guī)律實驗：研究勻變速直線運動的特點第1節(jié)描述運動的基本概念一、質(zhì)點、參考系1．質(zhì)點(1)定義：用來代替物體的有質(zhì)量的點。(2)條件：物體的大小和形狀對研究的問題的影響可以忽略不計。[注1](3)實質(zhì)：質(zhì)點是一種理想化的模型，實際并不存在。2．參考系(1)定義：在描述物體的運動時，用來做參考的物體。(2)參考系的選取[注2]①參考系的選取是任意的，既可以是運動的物體，也可以是靜止的物體，但被選為參考系的物體應(yīng)認(rèn)為是靜止的，通常選地面為參考系。②對于同一物體，選擇不同的參考系時觀察運動結(jié)果一般不同。③比較兩物體的運動情況時，必須選同一參考系。二、位移、速度1．位移和路程(1)二者的定義位移表示質(zhì)點的位置變動，它是由質(zhì)點初位置指向質(zhì)點末位置的有向線段路程質(zhì)點運動軌跡的長度(2)二者的區(qū)別和聯(lián)系區(qū)別①位移是矢量，方向由初位置指向末位置②路程是標(biāo)量，沒有方向聯(lián)系①在單向直線運動中，位移的大小等于路程②其他情況下，位移的大小小于路程2．速度和速率(1)平均速度：物體發(fā)生的位移與發(fā)生這段位移所用時間的比值，即v＝eq\f(x,t)，是矢量，其方向就是對應(yīng)位移的方向。(2)瞬時速度：運動物體在某一時刻或經(jīng)過某一位置的速度，是矢量。[注3](3)速率：瞬時速度的大小，是標(biāo)量。三、加速度[注4]1．物理意義：描述物體速度變化快慢的物理量。2．定義式：a＝eq\f(Δv,Δt)，單位為m/s2。3．方向：加速度為矢量，方向與速度變化量的方向相同?！咀⒔忉屢伞縖注1]不以“大小”論質(zhì)點①大的物體不一定不能看成質(zhì)點；②小的物體不一定能看成質(zhì)點。[注2]不能選自身為參考系。[注3]在實際問題中，只要時間足夠短，平均速度可認(rèn)為等于瞬時速度，如光電門問題。[注4]速度變化快慢、速度變化率、加速度三者含義相同，速度變化快，也就是速度變化率大，加速度大。[深化理解]1．質(zhì)點的辨識物體能否看成質(zhì)點，關(guān)鍵不在物體本身，而是要看研究的問題，同一個物體在不同情況下有時可看成質(zhì)點，有時則不能。2．“速度”的理解“速度”一詞在不同情境下可能表示瞬時速度、平均速度、速率、平均速率，解決具體問題時需要加以區(qū)分。3．平均速度和平均速率平均速度是位移與所用時間的比值，平均速率是路程與所用時間的比值，所以平均速率不是平均速度的大小。4．加速度的方向加速度的方向與速度變化量Δv的方向相同，由物體受到的合力方向決定(F＝ma)。[基礎(chǔ)自測]一、判斷題(1)只有質(zhì)量和體積都很小的物體才能看成質(zhì)點。(×)(2)平動的物體都可以看成質(zhì)點，而轉(zhuǎn)動的物體不能看成質(zhì)點。(×)(3)參考系可以任意選取，但一般遵循描述運動方便的原則。(√)(4)當(dāng)一個物體做豎直上拋運動返回原拋出點時，位移的大小等于上升高度的兩倍。(×)(5)加速度為正值，表示速度的大小一定越來越大。(×)二、選擇題(部分習(xí)題選自教材，或為教材習(xí)題的改編。教材習(xí)題最經(jīng)典，每練一次都有新發(fā)現(xiàn)。)1．下列關(guān)于物理學(xué)的基本知識說法正確的是()A．只有靜止的物體才能被選為參考系B．小明早上6點30分出門去上學(xué)，“6點30分”是時間間隔C．地球有時可以看成質(zhì)點，有時不能看成質(zhì)點D．國際馬拉松比賽的總長42.195公里指的是位移解析：選C一切物體都能被選為參考系，A錯誤?！?點30分”是時刻，B錯誤。研究地球自轉(zhuǎn)時，地球不能看成質(zhì)點，研究地球公轉(zhuǎn)時，地球可以看成質(zhì)點，C正確。42.195公里指的是路程，D錯誤。2．[粵教版必修1P16T1改編]下列關(guān)于加速度的說法正確的是()A．加速度的單位讀作“米每秒的平方”B．物體有加速度說明物體速度在增大C．加速度越大說明物體速度變化越大D．加速度是描述物體速度變化快慢的物理量解析：選D加速度的單位讀作“米每二次方秒”，故A錯誤；物體加速度方向與速度方向反向時，物體速度在減小，故B錯誤；加速度是描述物體速度變化快慢的物理量，加速度大說明速度變化快，故C錯誤，D正確。3.如圖所示，在某次越野自行車訓(xùn)練中，某選手用地圖計算出出發(fā)地A和目的地B的直線距離為12km，實際從A運動到B用時30min，實際里程表指示的里程數(shù)比直線距離多了8km，當(dāng)他經(jīng)過某路標(biāo)C時，車上速度計指示的示數(shù)為50km/h，下列說法錯誤的是()A．整個過程中自行車的平均速度大小為24km/hB．整個過程中自行車的平均速率為40km/hC．經(jīng)過路標(biāo)C時自行車的瞬時速度大小為50km/hD．經(jīng)過路標(biāo)C時自行車的速度方向為由A指向B解析：選D從A到B，自行車的位移為12km，路程為20km，用時0.5h，由平均速度和平均速率的定義可得整個過程中的平均速度大小為24km/h，平均速率為40km/h，故A、B正確；速度計顯示的是瞬時速度大小，故C正確；經(jīng)過路標(biāo)C時自行車的速度方向沿實際運動路線的切線指向運動方向，故D錯誤。本節(jié)內(nèi)容為運動學(xué)的基本概念，因為簡單，高考一般不單獨命題。但這些概念是高中物理知識的基礎(chǔ)，不可掉以輕心，復(fù)習(xí)時應(yīng)注重對概念的理解。考點一對質(zhì)點和參考系的理解[基礎(chǔ)自修類][題點全練]1．[對質(zhì)點的理解]2017年8月27日，第十三屆全運會在天津開幕，下列幾種比賽項目中的研究對象可視為質(zhì)點的是()A．跳高比賽中研究運動員跳躍的姿勢時B．研究男子千米比賽中運動員的位置時C．研究投籃過程中籃球能否進入籃筐時D．100米終點裁判在分析運動員沖線過程時解析：選B跳高比賽中研究運動員跳躍的姿勢，不能將運動員視為質(zhì)點，故A錯誤；研究男子千米比賽中運動員的位置時，可以不考慮其體積，能看成質(zhì)點，故B正確；研究投籃過程中籃球能否進入籃筐時，籃球的大小不能忽略，不能看成質(zhì)點，故C錯誤；100米終點裁判在分析運動員沖線過程時，可以是身體的不同位置接觸終點線，此時不能看成質(zhì)點，故D錯誤。2．[對參考系的理解]釣魚島群島自古以來就是中國領(lǐng)土，其附近海域是漁民祖祖輩輩傳統(tǒng)的謀生漁場。如圖，中國海監(jiān)46船(甲)和中國海監(jiān)49船(乙)，在釣魚島領(lǐng)海內(nèi)開展例行維權(quán)巡航。甲、乙兩船并排行駛，甲船上的船員看見釣魚島向東移動，乙船內(nèi)的船員發(fā)現(xiàn)甲船沒有動。如果以釣魚島為參照物，上述事實說明()A．甲船向西運動，乙船不動B．乙船向西運動，甲船不動C．甲船向西運動，乙船向東運動D．甲、乙兩船以相等的速度都向西運動解析：選D甲船上的船員看見釣魚島向東移動，以釣魚島為參照物，甲船向西運動，乙船內(nèi)的船員發(fā)現(xiàn)甲船沒有動。甲、乙兩船的速度大小、行駛的方向應(yīng)該是一樣的，即甲、乙兩船以相等的速度都向西運動。故D正確。3．[對質(zhì)點、參考系的綜合考查](多選)我國第四顆月球探測器“嫦娥四號”于北京時間2018年12月8日2時23分成功發(fā)射。與“嫦娥三號”在月球西經(jīng)19.51度、北緯44.12度的虹灣以東區(qū)域著陸不同，“嫦娥四號”實現(xiàn)了人類首次月球背面軟著陸和巡視探測。下列說法正確的是()A．“嫦娥四號”繞月球做橢圓運動，是以地球為參考系來描述的B．在觀測“嫦娥四號”繞月球運行周期時可將其看成質(zhì)點C．2018年12月8日是時間，2時23分是時刻D．西經(jīng)19.51度、北緯44.12度表示位置解析：選BD“嫦娥四號”繞月球做橢圓運動是以月球中心為參考系來描述的，故A錯；觀測其繞月球飛行周期可將其看成質(zhì)點，故B對；2018年12月8日2時23分整體表示時刻，故C錯；西經(jīng)19.51度、北緯44.12度表示位置，故D對。[名師微點]1．對質(zhì)點的兩點說明(1)質(zhì)點不同于幾何“點”，質(zhì)點有質(zhì)量，而幾何中的“點”僅僅表示空間中的某一位置。(2)物體能否被看成質(zhì)點是由要研究的問題決定的，并非依據(jù)物體自身的大小和形狀來判斷。2．判斷質(zhì)點問題的兩個關(guān)鍵(1)明確題目中要研究的問題是什么。(2)分析物體的大小和形狀對所研究問題的影響能否忽略不計。當(dāng)物體的大小和形狀對所研究的問題影響很小，可以忽略不計時，不論體積大小均可將其視為質(zhì)點。3．對參考系的三點提醒(1)由于運動描述的相對性，凡是提到物體的運動，都應(yīng)該明確它是相對哪個參考系而言的，在沒有特殊說明的情況下，一般選大地作為參考系。(2)在同一個問題中，若要研究多個物體的運動或同一物體在不同階段的運動，則必須選取同一個參考系。(3)對于復(fù)雜運動的物體，應(yīng)選取能最簡單描述物體運動情況的物體為參考系?？键c二位移和路程[基礎(chǔ)自修類][題點全練]1．[對位移和路程的理解]關(guān)于位移和路程，下列說法正確的是()A．在某一段時間內(nèi)物體運動的位移為零，則該物體一定是靜止的B．在某一段時間內(nèi)物體運動的路程為零，則該物體一定是靜止的C．在直線運動中，物體的位移大小一定等于其路程D．在曲線運動中，物體的位移大小可能等于其路程解析：選B物體運動了一段時間后又回到出發(fā)點，位移為零，選項A錯誤；物體不運動，則它的路程一定為零，反之物體在某一段時間內(nèi)運動的路程為零，則它一定靜止，選項B正確；物體只有做單向直線運動時，其位移大小才等于路程，選項C、D錯誤。2．[位移和路程的計算]如圖所示，物體沿兩個半徑為R的圓弧由A到C，則它的位移和路程分別為()A.eq\f(5π,2)R，A指向C；eq\r(10)RB.eq\f(5π,2)R，A指向C；eq\f(5π,2)RC.eq\r(10)R，A指向C；eq\f(5π,2)RD.eq\r(10)R，C指向A；eq\f(5π,2)R解析：選C如圖，物體沿兩個半徑為R的圓弧由A運動到C，路程s＝πR＋eq\f(3,4)×2πR＝eq\f(5,2)πR，位移由A指向C，x＝eq\r(3R2＋R2)＝eq\r(10)R，故選項C正確。3．[利用位置坐標(biāo)確定位移的大小和方向](多選)小明在玩“跳跳鼠”手機游戲時，讓跳跳鼠在手機屏幕上由點(0,0)出發(fā)，沿直線運動到點(3,1)，吃到一次食物。然后又由點(3,1)沿直線運動到點(1,4)，接著又由點(1,4)沿直線運動到點(5,5)，最后又由點(5,5)沿直線運動到點(2,2)，各吃到一次食物。平面坐標(biāo)系橫、縱坐標(biāo)軸的單位長度為1cm，則()A．跳跳鼠的運動軌跡是一條直線B．跳跳鼠不會兩次通過同一點C．整個過程中跳跳鼠的位移大小為2eq\r(2)cmD．整個過程中跳跳鼠的位移與由點(5,5)運動到點(2,2)的位移方向相反解析：選CD在坐標(biāo)系中畫出跳跳鼠的運動軌跡如圖所示，可見其運動軌跡不是一條直線，圖線的交點表示跳跳鼠兩次通過同一點，A、B均錯誤；整個過程中跳跳鼠的位移為從點(0,0)到點(2,2)的有向線段，大小為2eq\r(2)cm，C正確；(0,0)、(2,2)、(5,5)三個坐標(biāo)點在一條直線上，故可得出整個過程中跳跳鼠的位移與由點(5,5)到點(2,2)的位移方向相反，D正確。[名師微點]位移與路程的區(qū)別和聯(lián)系位移x路程s物理意義描述物體位置的變化表示物體運動軌跡的長度決定因素由初、末位置決定由實際的運動路徑?jīng)Q定運算規(guī)則矢量的平行四邊形定則標(biāo)量的代數(shù)運算大小關(guān)系x≤s考點三平均速度與瞬時速度[師生共研類]1．平均速度與瞬時速度的區(qū)別和聯(lián)系區(qū)別平均速度是過程量，表示物體在某段時間或某段位移內(nèi)的平均運動快慢程度瞬時速度是狀態(tài)量，表示物體在某一時刻或某一位置的運動快慢程度聯(lián)系瞬時速度是運動時間Δt→0時的平均速度2．平均速度與平均速率的區(qū)別和大小關(guān)系平均速度的大小不能稱為平均速率，因為平均速率是路程與時間的比值，只有當(dāng)路程與位移的大小相等時，平均速率才等于平均速度的大小。3．計算平均速度時應(yīng)注意的兩個問題(1)平均速度的大小與物體不同的運動階段有關(guān)，求解平均速度必須明確是哪一段位移或哪一段時間內(nèi)的平均速度。(2)eq\x\to(v)＝eq\f(Δx,Δt)是平均速度的定義式，適用于所有的運動。[典例]如圖所示，物體沿曲線軌跡的箭頭方向運動，AB、ABC、ABCD、ABCDE四段曲線軌跡運動所用的時間分別是：1s、2s、3s、4s。下列說法不正確的是()A．物體在AB段的平均速度為1m/sB．物體在ABC段的平均速度為eq\f(\r(5),2)m/sC．AB段的平均速度比ABC段的平均速度更能反映物體處于A點時的瞬時速度D．物體在B點的速度等于AC段的平均速度[解析]由eq\o(v,\s\up6(－))＝eq\f(x,t)可得：eq\o(v,\s\up6(－))AB＝eq\f(1,1)m/s＝1m/s，eq\o(v,\s\up6(－))AC＝eq\f(\r(5),2)m/s，故A、B均正確；所選取的過程離A點越近，運動時間越短，其階段的平均速度越接近A點的瞬時速度，故C正確；由A經(jīng)B到C的過程不是勻變速直線運動過程，故B點雖為中間時刻，但其速度不等于AC段的平均速度，D錯誤。[答案]Deq\a\vs4\al([易錯提醒])(1)中間時刻的速度等于這段時間的平均速度，只適用于勻變速直線運動。本題中A→C的過程為曲線運動。(2)所選取的時間或過程越短，平均速度越接近該過程內(nèi)某時刻或某位置的瞬時速度。[題點全練]1．[平均速度的計算]某同學(xué)在研究一輛汽車的運動時發(fā)現(xiàn)，汽車沿直線運動，以速度v1＝20m/s行駛了eq\f(1,3)的路程，接著以速度v2＝30m/s跑完了其余的eq\f(2,3)的路程，他根據(jù)這些數(shù)據(jù)算出了汽車在全程的平均速度，你看下列哪一個是正確的()A．25m/s B．24m/sC．23m/s D．25.7m/s解析：選D由平均速度的公式eq\x\to(v)＝eq\f(Δx,Δt)，可得v＝eq\f(x,\f(\f(1,3)x,v1)＋\f(\f(2,3)x,v2))＝25.7m/s。D正確。2．[平均速度與平均速率的比較]如圖，三個質(zhì)點A、B、C均同時從長方體上的M點沿不同路徑同時運動至N點，運動軌跡如圖所示，下列說法正確的是()A．三個質(zhì)點的路程相同B．三個質(zhì)點的平均速率相同C．A、B的位移最大，C的位移最小D．三個質(zhì)點的平均速度相同解析：選D路程是質(zhì)點運動軌跡的實際長度，可見A、B的路程相同，且大于C的路程，A錯。平均速率等于路程與時間的比值，所以B錯。位移是初位置指向末位置的有向線段，由此可知，三者的位移相同，C錯。平均速度等于位移與時間的比值，所以平均速度相同，D對。3．[平均速度和瞬時速度的應(yīng)用]如圖所示，氣墊導(dǎo)軌上滑塊經(jīng)過光電門時，其上的遮光條將光遮住，電子計時器可自動記錄遮光時間Δt。測得遮光條的寬度為Δx，用eq\f(Δx,Δt)近似代表滑塊通過光電門時的瞬時速度。為使eq\f(Δx,Δt)更接近瞬時速度，正確的措施是()A．換用寬度更窄的遮光條B．提高測量遮光條寬度的精確度C．使滑塊的釋放點更靠近光電門D．增大氣墊導(dǎo)軌與水平面的夾角解析：選Aeq\f(Δx,Δt)表示的是Δt時間內(nèi)的平均速度，遮光條的寬度Δx越窄，則記錄的遮光時間Δt越小，eq\f(Δx,Δt)越接近滑塊通過光電門時的瞬時速度，選項A正確?？键c四加速度與速度及速度變化量的關(guān)系[師生共研類]1．速度、速度變化量和加速度的對比速度速度變化量加速度物理意義描述物體運動的快慢描述物體速度的變化描述物體速度變化的快慢定義式v＝eq\f(Δx,Δt)Δv＝v－v0a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(v－v0,Δt)方向與位移Δx同向，即物體運動的方向由v－v0或a的方向決定與Δv的方向一致，由合力F的方向決定，而與v0、v的方向無關(guān)2．加速度的定義式和決定式a＝eq\f(Δv,Δt)是加速度的定義式，a＝eq\f(F,m)是加速度的決定式，即加速度的大小由物體受到的合力F和物體的質(zhì)量m共同決定，加速度的方向由合力的方向決定。3．根據(jù)a與v的方向關(guān)系判斷物體加速還是減速eq\a\vs4\al(1a和v同向,加速直線運動)?eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a不變，v隨時間均勻增大,a增大，v增大得越來越快,a減小，v增大得越來越慢))eq\a\vs4\al(2a和v反向,減速直線運動)?eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a不變，v隨時間均勻減小,a增大，v減小得越來越快,a減小，v減小得越來越慢))[典例]兩個物體A、B的加速度aA＞aB，則()A．A的速度一定比B的速度大B．A的速度變化量一定比B的速度變化量大C．A的速度變化一定比B的速度變化快D．A受的合外力一定比B受的合外力大[解析]加速度a＝eq\f(Δv,Δt)，表示速度變化的快慢，因此加速度a大，速度v、速度變化量Δv均不一定大，但速度變化一定快，故選項A、B錯誤，選項C正確。根據(jù)牛頓第二定律F＝ma可知，物體所受合力的大小與質(zhì)量和加速度兩個物理量有關(guān)，而題意中未涉及物體A、B質(zhì)量的大小關(guān)系，因此它們所受合外力的大小關(guān)系也無法確定，故選項D錯誤。[答案]Ceq\a\vs4\al([易錯提醒])(1)速度的大小與加速度的大小沒有必然聯(lián)系。(2)速度變化量的大小由加速度和速度變化的時間共同決定。(3)速度增大或減小是由速度與加速度的方向關(guān)系決定的。[題點全練]1．[速度、速度變化量與加速度方向間的關(guān)系]如圖所示，汽車在做直線運動過程中，原來的速度是v1，經(jīng)過一小段時間Δt以后，速度變?yōu)関2，則下列說法正確的是()A．圖中a是矢量，Δv是標(biāo)量B．圖甲中汽車速度v1的方向與加速度a的方向相反C．圖甲中汽車速度v1的方向與加速度a的方向相同D．圖乙中汽車速度v1的方向與加速度a的方向相同解析：選C速度、速度變化量以及加速度均是矢量，選項A錯誤；題圖甲中汽車做加速運動，則速度v1的方向與加速度a的方向相同，選項B錯誤，C正確；題圖乙中汽車做減速運動，則速度v1的方向與加速度a的方向相反，選項D錯誤。2．[速度變化量、加速度的大小計算](多選)如圖甲所示，火箭發(fā)射時，速度能在10s內(nèi)由0增加到100m/s；如圖乙所示，汽車以108km/h的速度行駛，急剎車時能在2.5s內(nèi)停下來，下列說法中正確的是()A．10s內(nèi)火箭的速度改變量為10m/sB．2.5s內(nèi)汽車的速度改變量為－30m/sC．火箭的速度變化比汽車的快D．火箭的加速度比汽車的加速度小解析：選BD因火箭發(fā)射時，速度在10s內(nèi)由0增加到100m/s，故10s內(nèi)火箭的速度改變量為100m/s，選項A錯誤；汽車以108km/h＝30m/s的速度行駛，急剎車時能在2.5s內(nèi)停下來，則2.5s內(nèi)汽車的速度改變量為0－30m/s＝－30m/s，選項B正確；火箭的加速度為：a1＝eq\f(Δv1,Δt1)＝eq\f(100,10)m/s2＝10m/s2，汽車的加速度為：a2＝eq\f(Δv2,Δt2)＝eq\f(－30,2.5)m/s2＝－12m/s2，故火箭的速度變化比汽車的慢，火箭的加速度比汽車的加速度小，選項C錯誤，D正確。3．[速度變化規(guī)律分析](多選)一個物體做變速直線運動，物體的加速度(方向不變)大小從某一值逐漸減小到零，則在此過程中，關(guān)于該物體的運動情況的說法可能正確的是()A．物體速度不斷增大，加速度減小到零時，物體速度最大B．物體速度不斷減小，加速度減小到零時，物體速度為零C．物體速度減小到零后，反向加速再勻速D．物體速度不斷增大，然后逐漸減小解析：選ABC物體做變速直線運動，速度方向可能與加速度方向相同，加速度逐漸減小，速度不斷增大，當(dāng)加速度減小到零時，速度達到最大，而后做勻速直線運動，A正確；物體做變速直線運動，速度方向可能與加速度方向相反，加速度逐漸減小，速度不斷減小，當(dāng)加速度減小到零時，物體速度可能恰好為零，B正確；物體的加速度方向與初速度方向可能相反，加速度減小，速度減小，當(dāng)速度減為零時，加速度不為零，然后反向做加速直線運動，加速度等于零后，物體做勻速運動，C