高考物理复习 运动图象 追及与相遇问题课件.ppt

2020 2 7 2013届高考物理复习课件 2020 2 7 第4讲运动图象追及与相遇问题 运动的描述和匀变速直线运动 第一章 2020 2 7 1 利用图象法可把比较复杂的物理问题转化为简单的数学问题来解决 尤其是应用图象作定性分析 可避免繁杂的推导和计算 快速得到答案 本讲复习首先要让学生理解运动图象的物理含义 要善于从多个方面分析运动图象 如坐标轴的物理意义 图线切线的斜率 图线的交点 截距 面积 最值的物理意义及函数方程等 从而全面获取物体运动的信息 能根据物体的运动情况绘制运动图象 然后应用图象分析运动问题 会用解析法 图象法与巧选参考系的方法解答相遇 追及问题 2020 2 7 2 本讲教学可以按下面的思路安排 1 通过例1及变式题考查学生通过v t图象得到物体运动状态 运动过程的相关信息 2 通过例2及变式题考查学生对不同图象的转换能力和根据题意适时画出图象分析物理问题的能力 3 通过例3及变式题考查学生通过x t图象和v t图象分析追及相遇问题的能力 巩固相关方法和结论 2020 2 7 知识点一两种常见的运动图象常见运动图象有位移 时间图象 x t图象 和速度 时间图象 v t图象 这两种图象的横轴均表示时间 纵轴分别表示位移或速度 由于运动参量中的位移 速度 加速度等矢量只有正 负两个方向 所以单纯一个运动图象只能描述直线运动 1 位移 时间图象 x t图象 1 物理意义 反映做直线运动的物体的 随时间变化的规律 位移 2020 2 7 2 说明 如果x t图象是一条倾斜的直线 说明物体做 运动 如果x t图象是一条平行于时间轴的直线 说明物体处于 2 速度 时间图象 v t图象 1 物理意义 反映了做直线运动的物体的 随时间的变化规律 2 说明 匀速直线运动的v t图象是与横轴 的直线 直线运动的v t图象是一条倾斜直线 另外 在解决某些定性运动问题时涉及的加速度 时间图象 a t图象 反映的是物体加速度随时间变化的规律 匀速直线 静止状态 速度 平行 匀变速 2020 2 7 知识点二追及和相遇问题在追及和相遇问题中 要注意两物体在时间 位移 速度和加速度上的关系 要特别注意临界状态的确定 并且记住一些常用结论 1 追上并超过的条件 某时刻两物体位于同一位置 位移关系 且后面物体的瞬时速度 前面物体的瞬时速度 在追上之前 当后面物体和前面物体速度相等时 两物体之间有最大距离 2 追上且不相碰的条件 后面物体和前面物体位置坐标 位移关系 相同时速度 速度关系 大于 相等 2020 2 7 3 若后面物体和前面物体速度相等且以后两者间距逐渐增大 则此时两者 最小 处理相遇 追及问题常用的方法 解析法 图象法 巧取参考系法 间距 2020 2 7 探究考向一准确解读图象信息1 运动图象的识别根据图象中横 纵坐标轴所代表的物理量 明确该图象是位移 时间图象 x t图象 还是速度 时间图象 v t图象 或是加速度 时间图象 a t图象 这是解读运动图象信息的前提 2 图象信息的解读图象信息的解读主要是解读图象中的 点 线 斜率 截距 面积 等数学特征的物理意义 2020 2 7 1 点 图线上的每一个点都对应运动物体的一个状态 特别要注意 起点 终点 拐点 它们往往对应一个特殊状态 例如 x t图象中两图线的交点表示两物体在对应时刻相遇 v t图象中两图线的交点表示两物体在对应时刻速度相等 此时两物体之间的距离达到极值 最大或最小 a t图象中两图线的交点表示两物体在对应时刻加速度相等 2 线 表示研究对象的变化过程和规律 例如 x t图象中倾斜的直线表示物体做匀速直线运动 v t图象中倾斜的直线表示物体做匀变速直线运动 2020 2 7 3 面积 图线与坐标轴 时刻线所围的面积常表示运动过程的某一物理量 例如v t图线与横轴 时刻线包围的 面积 表示位移的大小 a t图线与横轴 时刻线包围的 面积 表示速度的变化量 4 斜率 图线的斜率 或图线切线的斜率 表示某物理量的变化率 例如x t图象中图线的斜率 或图线切线的斜率 的绝对值表示速度的大小 斜率的正负表示速度的方向 v t图象中图线的斜率 或图线切线的斜率 的绝对值表示加速度的大小 斜率的正负表示加速度的方向 5 截距 横 纵轴上的截距分别表示横 纵坐标两物理量在 初始 或 边界 条件下的大小 往往对应特殊状态 例如 v t图象在纵轴上的截距表示物体运动的初速度 2020 2 7 例1一宇宙空间探测器从某一星球表面竖直升空 假设探测器的质量恒为1500kg 发动机的推力为恒力 宇宙探测器升空到某一高度时 发动机突然关闭 如图4 1所示为其速度随时间变化的规律 1 升空后9s 25s 45s时 即在图线上a b c三点对应的时刻 探测器的运动情况如何 2 求探测器在该行星表面达到的最大高度 3 计算该行星表面的重力加速度及发动机的推动力 假设行星表面没有空气 2020 2 7 图4 1 2020 2 7 答案 1 见解析 2 800m 3 1 665 104n 解析 1 升空后探测器做初速为零的匀加速直线运动 9s末发动机关闭 此时速度最大 此后做匀减速运动 25s末速度减为零 此时探测器离行星表面最远 然后探测器返回 做自由落体运动 45s末落回星球表面 速度为80m s 2020 2 7 2020 2 7 点评 本题主要考查学生对v t图象的理解和应用 涉及考点有v t图象 匀变速运动规律 牛顿第二定律等 对本题的分析应注意以下两点 第一 结合图象准确还原探测器的运动过程 这样有利于第 1 问的解答 第二 注意图线与坐标轴所围面积表示位移 据此可根据图象迅速求解第 2 问 第三 特别要注意图象性质 即x t图象不能错误地按照v t图象来分析 如下面的变式题 2020 2 7 变式题 2011 兖州质检 遥控玩具汽车在平直路面上运动的x t图象如图4 2所示 则 图4 2a 15s末汽车的位移为300mb 20s末汽车的速度为 1m sc 前10s内汽车的加速度为3m s2d 前25s内汽车做单方向直线运动 2020 2 7 答案 b 2020 2 7 探究考向二利用图象解决运动问题 方法概述 运动图象通过建立坐标系来描述物体的运动规律 直观反映各运动量之间的关系 从而直观 形象 动态地表述运动过程和规律 因此利用图象解决运动问题是一种重要的解题方法 1 三种运动图象物理意义的比较相同的图线在不同性质的运动图象中含义截然不同 下面我们作一全面比较 见下表 2020 2 7 2020 2 7 2020 2 7 2020 2 7 2 应用图象解决物理问题的三种情况 1 根据题目所给运动图象分析物理问题 2 根据题意自己画出运动图象并解决问题 如例2变式题 3 对题目中所给图象进行必要的转化 然后根据转化后的运动图象分析问题 例如 题目中给定的是f t图象 则可转化为a t图象 再转化为v t图象 例2即涉及将a t图象转化为v t图象的问题 2020 2 7 例2 2010 全国 卷 汽车由静止开始在平直的公路上行驶 0 60s内汽车的加速度随时间变化的图线如图4 3所示 1 画出汽车在0 60s内的v t图线 2 求在这60s内汽车行驶的路程 图4 3 2020 2 7 答案 1 如图所示 2 900m 2020 2 7 2020 2 7 方法点拨 本题侧重于训练将a t图线转化为v t图线的技巧 要特别注意以下两点 1 合理划分运动阶段 分阶段进行图象转化 2 注意相邻运动阶段的衔接 尤其是运动参量的衔接 3 注意图象转化前后核心物理量间的定量关系 如例2中加速度和速度的关系 这是进行图象转化的依据 2020 2 7 变式题 2012 厦门模拟 某同学在一根不计质量且不可伸长的细绳两端各拴一个可视为质点的小球 然后拿住绳子一端的小球让绳竖直静止后从三楼的阳台上由静止无初速释放 两小球落地的时间差为t 如果该同学用同样装置和同样的方法从该楼四楼的阳台上放手后 让两小球自由下落 那么 两小球落地的时间差将 空气阻力不计 a 不变b 增大c 减小d 无法确定 2020 2 7 答案 解析 两小球都做自由落体运动 可在同一个v t图象中作出速度随时间变化的关系曲线 如图所示 设人在3楼的阳台上释放小球后 两球落地的时间差为 t1 图中阴影部分的面积为 h 若人在4楼的阳台上释放小球后 两球落地的时间差为 t2 要保证阴影部分的面积也是 h 从图中可以看出一定有 t2 t1 故只有选项c正确 2020 2 7 探究考向三对追及 相遇问题的分析1 追及 相遇问题常见情景追及与相遇问题的实质是研究两个物体的时空关系 只要满足两个物体在同一时间到达同一地点即说明两个物体相遇 常见情景如下 1 速度小者追速度大者 2020 2 7 2020 2 7 2 速度大者追速度小者 2020 2 7 2020 2 7 2 追及 相遇问题的求解方法分析追及与相遇问题大致有两类方法 即数学方法和物理方法 具体为 2020 2 7 2020 2 7 例3如图4 4所示为甲 乙两质点做直线运动的x t图象 由图象可知 图4 4a 甲 乙两质点在2s末相遇b 甲 乙两质点在2s末速度相等c 在2s之前甲的速率与乙的速率相等d 甲 乙两质点在5s末再次到达同一位置 2020 2 7 答案 解析 由图象知 2s末甲 乙两质点在同一位置 所以选项a正确 在x t图象中图线上某点的切线斜率为物体在该点的速度 2s末v甲 2m s v乙 2m s 所以选项b错误 选项c正确 甲 乙两质点在5s末再次到达同一位置 选项d正确 2020 2 7 点评 本题为位移 时间图象 反映两个物体位移随时间变化的规律 两图线的交点即表示相遇 故在5s末甲 乙两质点再次到达同一位置 而速度 时间图象中两图线的交点表示对应时刻两物体的速度相等 可能相遇 也可能不相遇 如下面的变式题即为v t图象的应用 2020 2 7 变式题 2012 合肥模拟 甲 乙两车在同一水平道路上 一前一后相距x 6m 乙车在前 甲车在后 某时刻两车同时开始运动 两车运动的过程如图4 5所示 则下列表述正确的是 a 当t 4s时两车相遇b 当t 4s时两车间的距离最大c 两车有两次相遇d 两车有三次相遇 图4 5 2020 2 7 答案 解析 由v t图象可知 在4s时甲车比乙车多前进8m 说明在4s前甲车已经追上乙车并超过乙车 在4s后乙车又追上并超过甲车 8s时两车间距离达到第二次相遇后的最大距离 此后由于甲车速度一直大于乙车速度 可知甲车还会追上并超过乙车 第三次相遇后两车将不再相遇 综上所述可知只有d选项正确 2020 2 7 备选理由 本题侧重于v t图象和平均速度的综合考查 巩固学生基本概念 基本方法 1 2010 天津卷质点做直线运动的v t图象如图所示 规定向右为正方向 则该质点在前8s内平均速度的大小和方向分别为 a 0 25m s 向右b 0 25m s 向左c 1m s 向右d 1m s 向左 2020 2 7 答案 b 2020 2 7 备选理由 该题侧重于图象的创新应用 有利于开阔学生的思维 2 蚂蚁离开蚁巢沿直线单向爬行 它的速度与到蚁巢中心的距离成反比 当蚂蚁爬到距巢中心的距离l1 1m的a点处时 速度是v1 2cm s 则蚂蚁从a点爬到距蚁巢中心距离为l2 2m的b点所