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专题一 力和直线运动【考纲解读】从2011高考考纲来看，直线运动依然为高考命题的热点之一。通过历年高考试题的分析，不难发现近几年高考题对匀变速直线运动情有独钟，主要涉及基本概念和基本规律。按照考纲的要求，本专题内容可以分成三部分，即：基本概念、匀速直线运动；匀变速直线运动；运动图象。其中重点是匀变速直线运动的规律和应用。难点是对基本概念的理解和对研究方法的把握。本部分分值约为6到12分。【高考预测】运动学是动力学的基础，在每年的高考中或者单独命题或者渗透在动力学问题中，都要对运动学的概念和规律进行考查。追及和相遇问题又是运动学中的一类典型问题，解答这类问题对学生的分析综合能力和推理判断能力都有相当高的要求，通过这类问题的练习，有利于提高分析解决问题的能力。近年来考察最频繁的是匀变速直线运动的规律，在新课标能力立意的原则下，与实际生活和生产密切结合的问题，新高考考查的几率将大大提高，应多注意对有关交通运输、现代科技、测量运动物体的速度和物体之间距离等题型的归纳和总结。在复习过程中，熟练的掌握匀变速运动的公式、规律和他们之间的关系，并能灵活的运用和变通，是解决该部分问题的关键。力和运动的关系问题是力学的中心问题，而运动学问题是力学部分的基础之一，在整个力学中的地位是很重要的，本章研究物体做直线运动的规律，即物体的位移、速度、加速度等概念贯穿几乎整个高中物理内容，尽管在前几年高考中单纯考运动学题目并不多，但力学问题、力、电、磁综合问题往往渗透了对本章知识点的考察。1、近年高考考查的重点是匀变速直线运动的规律及图像。近些年高考中图像问题频频出现，且要求较高，它属于数学方法在物理中应用的一个重要方面。2、本章知识较多与牛顿运动定律、电场、磁场中带电粒子的运动等知识结合起来进行考察。3、近年试题的内容与现实生活和生产实际的结合逐步密切。【专题解读】一、机械运动、参考系、位置、位移和路程1、机械运动：一个物体相对于另一个物体位置的改变，包括平动、转动和振动等形式。参考系：为了研究物体的运动而假设为不动的物体。参考系的选取是任意的，对同一物体的运动，选取的参考系不同，对物体的运动描述结果不同。2、位移描述物体位置的变化，是从物体运动的初位置指向末位置的矢量，即位移大小和方向由始、末位置决定，与物体运动路径无关；路程是物体运动轨迹的长度，是标量。 既有大小又有方向，运算遵循平行四边形定则的物理量，叫做矢量；只有大小而没有方向的物理量，叫做标量。二、速度、速率、平均速度与平均速率速度：是描述物体运动快慢的物理量，是矢量，物体速度方向与运动方向相同。 物体在某段时间内的位移跟发生这段位移所用的时间的比值，叫做这段位移内（或这段时间内）的平均速度，即定义式为：，平均速度方向与方向相同，平均速度是矢量。瞬时速度是运动物体在某一时刻的速度，瞬时速度方向沿物体运动轨迹上相应点的切线指向前进方向一侧的方向。平均速率是质点在某段时间内通过的路程与的比值，是标量，不一定等于平均速度的大小。速率：速度的大小就是速率，只有大小，没有方向，是标量。三 、加速度加速度是描述速度变化快慢的物理量，它是速度改变量与对应时间的比值，即加速度是速度对时间的变化率，即定义式：，它的方向与速度改变量方向相同，它是矢量。四、匀变速直线运动规律及应用1、速度公式：；位移公式：；2、速度位移公式：；位移平均速度公式：。以上五个物理量中，除时间t外，s、V0、Vt、a均为矢量。一般以V0的方向为正方向，以t=0时刻的位移为起点，这时s、Vt和a的正负就都有了确定的物理意义。3、对于位移、速度和加速度等矢量要注意矢量的方向性，一般要先选取参考方向。对于有往返过程的匀变速直线运动问题，可以分阶段分析。特别注意汽车、飞机等机械设备做减速运动速度等于零后不会反向运动。五、匀变速直线运动的几个有用的推论及应用（一）匀变速直线运动的几个推论（1）匀变速直线运动的物体相邻相等时间内的位移差 ； ； 可以推广为：Sm-Sn=(m-n)aT 2（2）某段时间的中间时刻的即时速度等于该段时间内的平均速度：（3）某段位移的中间位置的即时速度公式（不等于该段位移内的平均速度） ，无论匀加速还是匀减速，都有。（二）初速度为零的匀变速直线运动特殊推论做匀变速直线运动的物体，如果初速度为零，或者末速度为零，那么公式都可简化为： ， ， ， 以上各式都是单项式，因此可以方便地找到各物理量间的比例关系前1s、前2s、前3s内的位移之比为149第1s、第2s、第3s内的位移之比为135前1m、前2m、前3m所用的时间之比为1第1m、第2m、第3m所用的时间之比为1（） 六、 自由落体运动规律及应用自由落体：只受重力作用，由静止开始的运动加速度为的匀加速直线运动的取值与那些因素有关 与纬度有关g赤g两极 ； 与高度有关；与地下矿藏有关自由落体公式（以开始运动为t=0时刻），其运动规律公式分别为：；七、 竖直上抛运动规律及应用竖直上抛：只受重力作用，初速度方向竖直向上的运动一般定为正方向，则为负值以抛出时刻为t=0时刻 物体上升最高点所用时间: ；上升的最大高度:物体下落时间（从抛出点回到抛出点）:落地速度: ，即：上升过程中（某一位置速度）和下落过程中通过某一位置的速度大小总是相等，方向相反。【真题荟萃】2010年高考新题1. 2010上海物理12降落伞在匀速下降过程中遇到水平方向吹来的风，若风速越大，则降落伞（A）下落的时间越短 （B）下落的时间越长（C）落地时速度越小 （D）落地时速度越大30602-1102.2010全国卷24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右图所示。画出汽车在060s内的v-t图线；求在这60s内汽车行驶的路程。【答案】速度图像为右图。306020100v/ms-2t/s 900m【解析】由加速度图像可知前10s汽车匀加速，后20s汽车匀减速恰好停止，因为图像的面积表示速度的变化，此两段的面积相等。最大速度为20m/s。所以速度图像为右图。然后利用速度图像的面积求出位移。汽车运动的面积为匀加速、匀速、匀减速三段的位移之和。m3. 2010新课标24(短跑名将博尔特在北京奥运会上创造了100m和200m短跑项目的新世界纪录，他的成绩分别是9.69s和l9.30s.假定他在100m比赛时从发令到起跑的反应时间是0.15s，起跑后做匀加速运动，达到最大速率后做匀速运动.200m比赛时，反应时间及起跑后加速阶段的加速度和加速时间与l00m比赛时相同，但由于弯道和体力等因素的影响，以后的平均速率只有跑l00m时最大速率的96.求：(1)加速所用时间和达到的最大速率。(2)起跑后做匀加速运动的加速度。(结果保留两位小数)解析：(1)加速所用时间t和达到的最大速率v，联立解得：，(2)起跑后做匀加速运动的加速度a，解得：4.（09全国卷15）两物体甲和乙在同一直线上运动，它们在00.4s时间内的v-t图象如图所示。若仅在两物体之间存在相互作用，则物体甲与乙的质量之比和图中时间t1分别为 （ ） A和0.30s B3和0.30s C和0.28s D3和0.28s【答案】B解析：本题考查图象问题.根据速度图象的特点可知甲做匀加速,乙做匀减 速.根据得,根据牛顿第二定律有,得,由,得t=0.3s,B正确。5.（09江苏物理7）如图所示，以匀速行驶的汽车即将通过路口，绿灯还有2 s将熄灭，此时汽车距离停车线18m。该车加速时最大加速度大小为，减速时最大加速度大小为。此路段允许行驶的最大速度为，下列说法中正确的有 （ ） A如果立即做匀加速运动，在绿灯熄灭前汽车可能通过停车线 B如果立即做匀加速运动，在绿灯熄灭前通过停车线汽车一定超速 C如果立即做匀减速运动，在绿灯熄灭前汽车一定不能通过停车线 D如果距停车线处减速，汽车能停在停车线处【答案】AC解析：熟练应用匀变速直线运动的公式，是处理问题的关键，对汽车运动的问题一定要注意所求解的问题是否与实际情况相符。如果立即做匀加速直线运动，t1=2s内的位移=20m18m，此时汽车的速度为12m/s0）的滑块从距离弹簧上端为s0处静止释放，滑块在运动过程中电量保持不变，设滑块与弹簧接触过程没有机械能损失，弹簧始终处在弹性限度内，重力加速度大小为g。（1）求滑块从静止释放到与弹簧上端接触瞬间所经历的时间t1（2）若滑块在沿斜面向下运动的整个过程中最大速度大小为vm，求滑块从静止释 放到速度大小为vm过程中弹簧的弹力所做的功W；（3）从滑块静止释放瞬间开始计时，请在乙图中画出滑块在沿斜面向下运动的整 个过程中速度与时间关系v-t图象。图中横坐标轴上的t1、t2及t3分别表示滑块第一次与弹簧上端接触、第一次速度达到最大值及第一次速度减为零的时刻，纵坐标轴上的v1为滑块在t1时刻的速度大小，vm是题中所指的物理量。（本小题不要求写出计算过程）答案：（1）; （2）; (3) 解析：本题考查的是电场中斜面上的弹簧类问题。涉及到匀变速直线运动、运用动能定理处理变力功问题、最大速度问题和运动过程分析。（1）滑块从静止释放到与弹簧刚接触的过程中作初速度为零的匀加速直线运动，设加速度大小为a，则有 qE+mgsin=ma 联立可得 （2）滑块速度最大时受力平衡，设此时弹簧压缩量为，则有 从静止释放到速度达到最大的过程中，由动能定理得 联立可得 s（3）如图 16.（09江苏13）（15分）航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器，其质量m =2，动力系统提供的恒定升力F =28 N。试飞时，飞行器从地面由静止开始竖直上升。设飞行器飞行时所受的阻力大小不变，g取10m/s2。（1）第一次试飞，飞行器飞行t1 = 8 s 时到达高度H = 64 m。求飞行器所阻力f的大小；（2）第二次试飞，飞行器飞行t2 = 6 s 时遥控器出现故障，飞行器立即失去升力。求飞行器能达到的最大高度h；（3）为了使飞行器不致坠落到地面，求飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间t3 。解析：（1）第一次飞行中，设加速度为匀加速运动由牛顿第二定律解得（2）第二次飞行中，设失去升力时的速度为，上升的高度为匀加速运动设失去升力后的速度为，上升的高度为由牛顿第二定律解得（3）设失去升力下降阶段加速度为；恢复升力后加速度为，恢复升力时速度为由牛顿第二定律 F+f-mg=ma4 且V3=a3t3 解得t3=(s)(或2.1s)137.（09海南物理15）（9分）一卡车拖挂一相同质量的车厢，在水平直道上以的速度匀速行驶，其所受阻力可视为与车重成正比，与速度无关。某时刻，车厢脱落，并以大小为的加速度减速滑行。在车厢脱落后，司机才发觉并紧急刹车，刹车时阻力为正常行驶时的3倍。假设刹车前牵引力不变，求卡车和车厢都停下后两者之间的距离。解析：设卡车的质量为M，车所受阻力与车重之比为；刹车前卡车牵引力的大小为，卡车刹车前后加速度的大小分别为和。重力加速度大小为g。由牛顿第二定律有设车厢脱落后，内卡车行驶的路程为，末速度为，根据运动学公式有 式中，是卡车在刹车后减速行驶的路程。设车厢脱落后滑行的路程为，有 卡车和车厢都停下来后相距 由至式得 带入题给数据得 评分参考：本题9分。至式各1分，式1分18.（09上海物理24）（14分）如图，光滑的平行金属导轨水平放置，电阻不计，导轨间距为l，左侧接一阻值为R的电阻。区域cdef内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场，磁场宽度为s。一质量为m，电阻为r的金属棒MN置于导轨上，与导轨垂直且接触良好，受到F0.5v0.4（N）（v为金属棒运动速度）的水平力作用，从磁场的左边界由静止开始运动，测得电阻两端电压随时间均匀增大。（已知l1m，m1kg，R0.3W，r0.2W，s1m）（1）分析并说明该金属棒在磁场中做何种运动；（2）求磁感应强度B的大小；（3）若撤去外力后棒的速度v随位移x的变化规律满足vv0x，且棒在运动到ef处时恰好静止，则外力F作用的时间为多少？（4）若在棒未出磁场区域时撤去外力，画出棒在整个运动过程中速度随位移的变化所对应的各种可能的图线。解析：（1）金属棒做匀加速运动，R两端电压UIev，U随时间均匀增大，即v随时间均匀增大，加速度为恒量；（2）Fma，以F0.5v0.4代入得（0.5）v0.4aa与v无关，所以a0.4m/s2，（0.5）0得B0.5T （3）x1at2，v0x2at，x1x2s，所以at2ats得：0.2t20.8t10，t1s，（4）可能图线如下：19.(08宁夏理综17)甲、乙两车在公路上沿同一方向做直线运动,它们的 v-t图象如图所示.两图象在t=t1时相交于P点,P在横轴上的投影为Q,OPQ的面积为S.在t=0时刻,乙车在甲车前面,相距为d.已知此后两车相遇两次,且第一次相遇的时刻为t,则下面四组t和d的组合可能的是 ()A.B.C.D.答案D解析 假设t=t1,由v-t图象可知在t1时刻v甲=v乙,由于甲做匀速直线运动,乙做匀加速直线运动,则若在t1时刻第一次相遇,也就不会存在第二次相遇的问题,与已知条件两次相遇相矛盾.当t=t1时,v乙t乙C.t甲t乙D.无法确定解析:设AB=BC=s,对甲的运动过程,在AB段:vB甲2=2a1s,BC段,vC甲2vB甲2=2a2s,可得:vC甲2=2s(a1+a2);对乙的运动过程,在BC段:vB乙2=2a2s,AB段:vA乙2vB乙2=2a1s,可得:vA乙2=2s(a1+a2);由以上各式据a1a2可以得:vB甲vB乙,vC甲=vA乙,再由可知在整个过程中,乙的平均速度大于甲的平均速度,根据所以t甲t乙,选B.答案:B6. 为了安全，在公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离。我国公安部门规定：高速公路上行驶汽车的安全距离为200m，汽车行驶的最高速度为120kmh请你根据下面提供的资料，通过计算来说明安全距离为200m的理论依据。（取g=10 m/s2。） 资料一：驾驶员的反应时间：0.3s0.6s之间。资料二：各种路面与轮胎之间的动摩擦因数：路面动摩擦因数干沥青与混凝土路面0.70.8干碎石路面0.60.7湿沥青与混凝土路面0.320.4（1）在计算中驾驶员的反应时间、路面与轮胎之间的动摩擦因数应各取多少？ （2）通过你的计算来说明200m为必要的安全距离。解析：（1）取最长的反应时间0.6s，最小的动摩擦因数0.32 （2）根据牛顿第二定律，汽车刹车时的加速度 考虑最高车速v、最长反应时间t、及最小动摩擦因数的极限情况下反应距离 制动距离 刹车距离 因此200m的安全距离是必要的。 7. 4100m接力赛是奥运会上最为激烈的比赛项目，有甲乙两运动员在训练交接棒的过程中发现，甲短距离加速后能保持9m/s的速度跑完全程为了确定乙起跑的时机，需在接力区前适当的位置设置标记，在某次练习中，甲在接力区前s0 处作了标记，当甲跑到此标记时向乙发出起跑口令，乙在接力区的前端听到口令时立即起跑（忽略声音传播的时间及人的反应时间），已知接力区的长度为L=20m，设乙起跑后的运动是匀加速运动，试求：（1）若s0 =13.5m，且乙恰好在速度达到与甲相同时被甲追上，完成交接棒，则在完成交接棒时乙离接力区末端的距离为多大？（2）若s0 =16m，乙的最大速度为8m/s，并能以最大速度跑完全程，要使甲乙能在接力区完成交接棒，则乙在听到口令后加速的加速度最大为多少？解析：（1）设经过时间t，甲追上乙，则根据题意有vtvt/213.5m 将v9m/s代入得到：t3s， 又 vat 解得：a3m/s2 在追上乙的时候，乙走的距离为s则：sat2/2 代入数据得到s13.5m 所以乙离接力区末端的距离为s20m13.5m6.5m （2）由题意可知，乙的加速度越大，在完成交接棒时走过的距离越长当在接力区的边缘完成交接棒时，乙的加速度最大 设乙的加速度为a2运动的时间t= 乙加速的时间t1= L=a2t12+v乙（t- t1） a2=m/s2=2.67 m/s2 8. 一同学家住在23层高楼的顶楼他想研究一下电梯上升的运动过程某天他乘电梯上楼时携带了一个质量为5kg的重物和一个量程足够大的台秤，他将重物放在台秤上电梯从第1层开始启动，一直运动到第23层停止在这个过程中，他记录了台秤在不同时段内的读数如下表所示时间/s台秤示数/N电梯启动前50.003.058.03.013.050.013.019.046.019.0以后50.0根据表格中的数据，求：（1）电梯在最初加速阶段和最后减速阶段的加速度大小；（2）电梯在中间阶段上升的速度大小；（3）该楼房平均每层楼的高度解析：(1)电梯在最初加速阶段03.0S内加速度为，重物受到的支持力为，根据牛顿第二定律，得：最后减速阶段13.019.0s内，重物加速度大小为，重物受到的支持力为，根据牛顿第二定律，得： (2)在三秒末重物的速度： (3)设在全程内电梯的位移为，电梯加速、匀速、减速运动所用的时间为、,得： 代入数据得： 则平均每层楼高为=3。16 9. 据报道，一儿童玩耍时不慎从45m高的阳台上无初速掉下，在他刚掉下时恰被楼下一管理人员发现，该人员迅速由静止冲向儿童下落处的正下方楼底，准备接住儿童。已知管理人员到楼底的距离为18m，为确保安全能稳妥接住儿童，管理人员将尽力节约时间，但又必须保证接儿童时没有水平方向的冲击，不计空气阻力，将儿童和管理人员都看做质点，设管理人员奔跑过程中只做匀速或匀变速运动，g取10m/s2（1）：管理人员至少用多大的平均速度跑到楼底？（2）：若管理人员在加速或减速的加速度大小相等，且最大速度不超过9m/s，求管理人员奔跑时加速度需满足什么条件？解析：(1)儿童下落时间为tH=gt2要使他能接住儿童，他奔跑的时间要小于3sX=Vt 得他的平均速度至少为6m/s(2)设加速度为由于要求没有水平方向的冲击则Vt=0时间上t1+t2+t3=3s位移上 s1+s2+s3=18m由上可得则加速度应满足ABC10如图所示，在倾角=37的固定斜面上放置一质量M=1kg、长度L=3m的薄平板AB平板的上表面光滑，其下端B与斜面底端C的距离为7m在平板的上端A处放一质量m=0.6kg的滑块，开始时使平板和滑块都静止，之后将它们无初速释放设平板与斜面间、滑块与斜面间的动摩擦因数均为m=0.5，求滑块与平板下端B到达斜面底端C的时间差t（sin370=0.6，cos370=0.8，g=10m/s2）解：对薄板，由于Mgsin37m（M+m）gcos37，故滑块在薄板上滑动时，薄板静止不动对滑块：在薄板上滑行时加速度a1=gsin37=6
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