2022高考物理系列模型之過(guò)程模型 專(zhuān)題01 勻變速運(yùn)動(dòng)模型學(xué)案

2022高考物理系列模型之過(guò)程模型 專(zhuān)題01 勻變速運(yùn)動(dòng)模型學(xué)案模型界定物體在恒力(或合力為恒力)作用下且運(yùn)動(dòng)軌跡是直線的運(yùn)動(dòng)模型破解1.物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的條件(i)合外力不為零且大小方向不變(ii)物體的初速度為零或不為零初速度不為零時(shí)其方向與合外力共線2.勻變速直線運(yùn)動(dòng)形式(i)合外力方向與初速度方向相同時(shí),物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)(ii)合外力方向與初速度方向相反時(shí),物體做勻減速直線運(yùn)動(dòng),這是唯一一種在恒力作用下物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中瞬時(shí)速度能夠出現(xiàn)零值的運(yùn)動(dòng)形式.3.勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律(i)位移位移公式相等時(shí)間內(nèi)位移變化量相同初速度為零時(shí),T內(nèi)、2T內(nèi)、3T內(nèi).位移之比等于自然數(shù)平方之比初速度為零時(shí),第1個(gè)T內(nèi)、第2個(gè)T內(nèi)、第3個(gè)T內(nèi).位移之比等于連續(xù)奇數(shù)之比、(ii)速度速度公式、推論平均速度等于初末速度的算術(shù)平均值時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于初末速度的算術(shù)平均值,也等于對(duì)應(yīng)時(shí)間內(nèi)平均速度.位移中點(diǎn)的瞬時(shí)速度與初末速度關(guān)系(iii)速度圖象一條傾斜直線縱坐標(biāo)絕對(duì)值表示運(yùn)動(dòng)快慢,坐標(biāo)正負(fù)表示運(yùn)動(dòng)方向斜率表示加速度與縱軸交點(diǎn)表示初速度,與橫軸交點(diǎn)表示速度反向時(shí)刻兩速度圖線的交點(diǎn)表示速度相等的時(shí)刻,兩物體間距離出現(xiàn)極值時(shí)刻圖線與時(shí)間軸所圍面積表示物體通過(guò)的位移,圖線與時(shí)間軸所圍面積絕對(duì)值之和表示物體通過(guò)的路程.兩圖線之間的面積表示兩物體間距離的變化量（iv）位移圖像一條拋物線縱坐標(biāo)表示相對(duì)參考點(diǎn)的位置切線斜率表示瞬時(shí)速度，連線的斜率表示平均速度。斜率絕對(duì)值表示運(yùn)動(dòng)的快慢，斜率的正負(fù)表示運(yùn)動(dòng)方向，圖線拐點(diǎn)處是運(yùn)動(dòng)方向改變的時(shí)刻。圖線與縱軸交點(diǎn)表示初始位置,與橫軸交點(diǎn)表示物體經(jīng)過(guò)參考點(diǎn)的時(shí)刻兩位移圖線的交點(diǎn)表示相遇的時(shí)刻圖線與時(shí)間軸所圍面積無(wú)意義兩縱坐標(biāo)的差值表示該段時(shí)間內(nèi)物體通過(guò)的位移。圖線無(wú)拐點(diǎn)時(shí)位移的大小等于通過(guò)的路程，有拐點(diǎn)時(shí)求路程的方法是：先求拐點(diǎn)前后兩段時(shí)間的位移，再求絕對(duì)值之和。例1.如圖所示，空間有場(chǎng)強(qiáng)的豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，長(zhǎng)的不可伸長(zhǎng)的輕繩一端固定于點(diǎn)，另一端系一質(zhì)量的不帶電小球，拉起小球至繩水平后，無(wú)初速釋放。另一電荷、質(zhì)量與相同的小球，以速度水平拋出，經(jīng)時(shí)間與小球A在D點(diǎn)迎面正碰并粘在一起成為小球C，碰后瞬間斷開(kāi)輕繩，同時(shí)對(duì)小球C施加一恒力，此后小球與點(diǎn)下方一足夠大的平板相遇。不計(jì)空氣阻力，小球均可視為質(zhì)點(diǎn)，取。 （1） 求碰撞前瞬間小球的速度。（2） 若小球經(jīng)過(guò)路到達(dá)平板，此時(shí)速度恰好為O，求所加的恒力。（3） 若施加恒力后，保持平板垂直于紙面且與水平面的夾角不變，在點(diǎn)下方面任意改變平板位置，小球均能與平板正碰，求出所有滿(mǎn)足條件的恒力。【答案】（）m/s（） ，與豎直方向成 角（） （其中0120°）【解析】 P做拋物線運(yùn)動(dòng)，豎直方向的加速度為m/s2在D點(diǎn)的豎直速度為 m/sP碰前的速度為 m/s化簡(jiǎn)并解得 m/sP與A迎面正碰結(jié)合為C，根據(jù)動(dòng)量守恒得 解得 m/s 小球C經(jīng)過(guò)s速度變?yōu)?，一定做勻減速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)位移推論式 m/s2設(shè)恒力F與豎直方向的夾角為，如圖，根據(jù)牛頓第二定律 給以上二式帶入數(shù)據(jù)得 解得 平板足夠大,如果將平板放置到無(wú)限遠(yuǎn)根據(jù)題意也能相碰，此時(shí)小球C必須勻速或加速不能減速，所以滿(mǎn)足條件的恒力在豎直線與C的速度線之間，設(shè)恒力與豎直方向的夾角為，則 0120°在垂直速度的方向上，恒力的分力與重力和電場(chǎng)力的分力等大反向，有 則滿(mǎn)足條件的恒力為 （其中0120°） 例2.質(zhì)點(diǎn)做直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖像如圖所示，規(guī)定向右為正方向，則該質(zhì)點(diǎn)在前8s內(nèi)平均速度的大小和方向分別為 A0.25m/s 向右B0.25m/s 向左C1m/s 向右D1m/s 向左【答案】【解析】質(zhì)點(diǎn)在前8s內(nèi)的位移等于速度圖線與時(shí)間軸所圍的總面積:,這段時(shí)間內(nèi)的平均速度,負(fù)號(hào)表示其方向向左,B正確.例3.如圖所示，為甲乙兩物體在同一直線上運(yùn)動(dòng)的位置坐標(biāo)x隨時(shí)間t變化的圖象，已知甲做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，乙做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則0t2時(shí)間內(nèi)下列說(shuō)法正確的是 A. 兩物體在t1時(shí)刻速度大小相等 B. t1時(shí)刻乙的速度大于甲的速度C. 兩物體平均速度大小相等 D. 甲的平均速度小于乙的平均速度【答案】C 例.質(zhì)量為m的帶正電小球由空中A點(diǎn)無(wú)初速度自由下落，在t秒末加上豎直向上、范圍足夠大的勻強(qiáng)電場(chǎng)，再經(jīng)過(guò)t秒小球又回到A點(diǎn)。不計(jì)空氣阻力且小球從末落地，則A.整個(gè)過(guò)程中小球電勢(shì)能變化了 mg2t2B.整個(gè)過(guò)程中小球動(dòng)量增量的大小為2mgtC.從加電場(chǎng)開(kāi)始到小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)小球動(dòng)能變化了mg2t2D.從A點(diǎn)到最低點(diǎn)小球重力勢(shì)能變化了 mg2t2【答案】【解析】設(shè)t秒末小球的速度為v,回到A點(diǎn)時(shí)速度為vA,由于前t秒與后t秒位移等值反向,則這兩段時(shí)間內(nèi)平均速度也等值反向:,可得,而,又因在整個(gè)過(guò)程中重力勢(shì)能變化量為零,故動(dòng)能增加量等于電勢(shì)能減少量:,A錯(cuò)誤;動(dòng)量的增量,B正確;到最低點(diǎn)時(shí)小球的速度為零,故從加上電場(chǎng)后到最低點(diǎn)動(dòng)能減少了,C錯(cuò)誤.加上電場(chǎng)后的加速度,從最低點(diǎn)到A點(diǎn)的高度差,故重力勢(shì)能變化量,D正確.模型演練.兩物體甲和乙在同一直線上運(yùn)動(dòng)，它們?cè)?0.4s時(shí)間內(nèi)的v-t圖象如圖所示。若僅在兩物體之間存在相互作用，則物體甲與乙的質(zhì)量之比和圖中時(shí)間t1分別為 A和0.30s B3和0.30s C和0.28s D3和0.28s【答案】【解析】根據(jù)速度圖象的特點(diǎn)可知甲做勻加速,乙做勻減速.由圖線斜率得.因僅在兩物體之間存在相互作用,故兩物體所受合力數(shù)值相等,根據(jù)牛頓第二定律有,得,由,得t=0.3s,B正確. .某物體做直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖象如圖甲所示，據(jù)此判斷圖乙（F表示物體所受合力，x表示物體的位移）四個(gè)選項(xiàng)中正確的是（ ）【答案】.如圖所示為甲、乙兩物體的v-t圖像，在0t2時(shí)間內(nèi)甲一直做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，乙先做勻減速到速度為零，再做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，t2<2t1，關(guān)于兩物體在0t2 時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的位移大小關(guān)系正確的是A. B. C. D. 以上三種情況都可能 【答案】B【解析】從速度圖像上比較位移，可直接比較速度圖線與時(shí)間軸所圍面積。如圖所示， 0t1時(shí)間內(nèi)甲物體的位移大于乙物體位移的2倍，t1t2時(shí)間內(nèi)甲物體的位移小于乙物體位移的2倍，但由于t2<2t1，則圖中標(biāo)號(hào)為1的三角形面積必大于標(biāo)號(hào)為2的三角形面積，故甲的位移必大于乙位移的2倍，B正確。.甲乙兩輛汽車(chē)都從靜止出發(fā)做加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度方向一直不變。在第一段時(shí)間間隔內(nèi)，兩輛汽車(chē)的加速度大小不變，汽車(chē)乙的加速度大小是甲的兩倍；在接下來(lái)的相同時(shí)間間隔內(nèi)，汽車(chē)甲的加速度大小增加為原來(lái)的兩倍，汽車(chē)乙的加速度大小減小為原來(lái)的一半。求甲乙兩車(chē)各自在這兩段時(shí)間間隔內(nèi)走過(guò)的總路程之比。【答案】同樣有設(shè)甲、乙兩車(chē)行駛的總路程分別為，則有聯(lián)立以上各式解得，甲、乙兩車(chē)各自行駛的總路程之比為.短跑名將博爾特在北京奧運(yùn)會(huì)上創(chuàng)造了100m和200m短跑項(xiàng)目的新世界紀(jì)錄，他的成績(jī)分別是969 s和l930 s。假定他在100 m比賽時(shí)從發(fā)令到起跑的反應(yīng)時(shí)間是015 S，起跑后做勻加速運(yùn)動(dòng)，達(dá)到最大速率后做勻速運(yùn)動(dòng)。200 m比賽時(shí)，反應(yīng)時(shí)間及起跑后加速階段的加速度和加速時(shí)間與l00 m比賽時(shí)相同，但由于彎道和體力等因素的影響，以后的平均速率只有跑l00 m時(shí)最大速率的96。求： (1)加速所用時(shí)間和達(dá)到的最大速率： (2)起跑后做勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度。 (結(jié)果保留兩位小數(shù))【答案】（1），（）【解析】（1）設(shè)加速所用時(shí)間為t（以s為單位），勻速運(yùn)動(dòng)的速度為v（以m/s為單位），則有 由式得 （2）設(shè)加速度大小為，則 .已知O、A、B、C為同一直線上的四點(diǎn)，AB間的距離為l1，BC間的距離為l2，一物體自O(shè)點(diǎn)由靜止出發(fā)，沿此直線做勻速運(yùn)動(dòng)，依次經(jīng)過(guò)A、B、C三點(diǎn)，已知物體通過(guò)AB段與BC段所用的時(shí)間相等。求O與A的距離?！敬鸢浮吭O(shè)O與A的距離為，則有 聯(lián)立式得 .在光滑的水平面上有一靜止的物體，現(xiàn)以水平恒力甲推這一物體，作用一段時(shí)間后，換成相反方向的水平恒力乙推這一物體。當(dāng)恒力乙作用時(shí)間與恒力甲作用時(shí)間相同時(shí)，物體恰好回到原處，此時(shí)物體的動(dòng)能為32J。則在整個(gè)過(guò)程中，恒力甲做功等于多少J？恒力乙做功等于多少J？【答案】，【解析】設(shè)ts末物體的速率為v1,2ts末物體的速率為v2,2t時(shí)間內(nèi)物體通過(guò)總位移為零解之有:由題意知，J，故J，根據(jù)動(dòng)能定理有 W1=J， W2=24J.一質(zhì)點(diǎn)做加速直線運(yùn)動(dòng)，依次經(jīng)過(guò)A、B、C三個(gè)位置，B為AC的中點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)在AB段加速度恒為a1，在BC段加速度恒為a2，現(xiàn)測(cè)得B點(diǎn)的瞬時(shí)速度，則a1、a2的大小關(guān)系為 Aal>a2 Bal<a2 Cal=a2 D不能判定【答案】B .質(zhì)量為m、電量為+q的小球以初速度v0并與水平方向成角射出，如圖所示如果在某方向加上一定大小的勻強(qiáng)電場(chǎng)后，能保證小球仍沿v0方向做直線運(yùn)動(dòng)，試求：（1）所加勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的最小值（2）加了這個(gè)電場(chǎng)后，經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間小球速度變?yōu)榱?【答案】（1）mgcos/q 與v0垂直斜向上（2）【解析】（1）由題知小球在重力和電場(chǎng)力作用下沿方向做直線運(yùn)動(dòng)，可知垂直方向上合外力為零，建如圖所示坐標(biāo)系，設(shè)場(chǎng)強(qiáng)E和成角，可得得：當(dāng)°時(shí)，E最小為Emin=mgcos/q其方向與v0垂直斜向上 （2）又因Eqcos -mgsin=ma，將=90°代入上式可得即在場(chǎng)強(qiáng)最小時(shí)，小球沿做加速度為的勻減速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)運(yùn)動(dòng)時(shí)間為時(shí)速度為0，則：可得