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    人教版高中物理新教材同步讲义 必修第一册第1章 2 第2课时 位移—时间图像 位移和时间的测量(含解析)
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    高中物理人教版 (2019)必修 第一册第一章 运动的描述2 时间 位移第2课时课后练习题

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    这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册第一章 运动的描述2 时间 位移第2课时课后练习题,共4页。

    一、位移—时间图像
    一辆汽车沿平直公路行驶,下表是汽车的各时刻。
    如图,以时刻t为横轴,以位置x为纵轴,建立直角坐标系,试结合表中汽车的时刻、位置信息在坐标系中描点,并用平滑的曲线连接起来。
    答案
    1.位置—时间图像:在直角坐标系中选时刻t为横轴,选位置x为纵轴,其上的图线就是位置—时间图像,是反映物体在任意时刻的位置的图像。
    2.位移—时间图像(x-t图像):将物体运动的初始位置选作位置坐标原点O,则位置与位移大小相等(x=Δx),位置—时间图像就成为位移—时间图像。
    3.x-t图像的物理意义:x-t图像反映了物体的位移随时间的变化关系,图像上的某一点表示物体在某时刻所处的位置。
    4.由x-t图像可求:
    (1)任一时刻所对应的位置;
    (2)任意一段时间内的位移;
    (3)发生一段位移所用的时间。
    5.x-t图像只能描述直线运动,不能描述曲线运动。
    如图所示为甲、乙两物体的位移随时间变化的图像。
    (1)甲、乙两物体是不是同时出发?是不是同一位置出发?
    (2)甲、乙两个物体在0~10 s内位移各为多少?
    (3)两图线的交点表示什么?
    答案 (1)不是同时出发,甲在t=0时刻出发,乙在t=5 s时刻出发;不是同位置,甲从x=15 m处出发,乙从坐标原点处出发。
    (2)甲的位移大小Δx甲=20 m-15 m=5 m,乙的位移大小Δx乙=20 m。
    (3)t=10 s时刻,甲、乙的位置相同,即两物体相遇。
    例1 一辆汽车在教练场上沿着平直道路行驶,以x表示它相对于出发点的位移。如图近似描写了汽车在0时刻到50 s这段时间的x-t图像。通过分析回答以下问题。
    (1)汽车最远位置距离出发点为________ m;
    (2)汽车在________时间内没有行驶;
    (3)汽车在________时间内驶离出发点,在________时间内驶向出发点;
    (4)汽车前50 s内的路程为________ m,位移为________ m。
    答案 (1)30
    (2)10~20 s
    (3)0~10 s,40~50 s 20~40 s
    (4)75 -15
    例2 (多选)如图所示为甲、乙在同一直线上运动时的x-t图像,以甲的出发点为原点,出发时间为计时的起点,则下列说法中正确的是( )
    A.甲、乙同时出发
    B.0~t3这段时间内,甲、乙位移相同
    C.甲开始运动时,乙在甲的前面x0处
    D.甲在途中停止了一段时间,而乙没有停止
    答案 ACD
    解析 由图像知,甲、乙计时起点都是零,同时出发,故A正确;0~t3这段时间内,甲、乙位移不相等,因为它们的初始位置不同,而末位置相同,故B错误;由初始位置坐标可知x甲=0,x乙=x0,故C正确;在t1~t2时间内甲位置坐标没发生变化,故甲停止,乙没有停止,D正确。
    x-t图像
    1.x-t图像中的图线表示的是位移随时间变化的规律,不是质点运动的轨迹。
    2.两图线的交点表示两物体在对应时刻的位置相同,即相遇。
    3.截距:图像不过原点O时,若图像在纵轴有截距,如例2中乙图线,则表示开始计时时物体的初始位置坐标;若图像在横轴有截距,如“思考与讨论”中乙图线,则表示出发时刻。
    二、位移和时间的测量
    1.打点计时器的结构和工作原理
    打点计时器的作用:打点计时器是一种使用交变电源的计时仪器,当电源频率为50 Hz时,它每隔0.02 s打一次点,打点计时器和纸带配合,可以记录物体运动的时间及在一段时间内的位移,这就为研究物体的运动提供了可能。
    (1)电磁打点计时器(如图)
    工作电压:8 V交变电源;
    工作原理:接通交变电源后,在线圈和永久磁体的作用下,振片便振动起来,带动其上的振针上下振动。这时,如果纸带运动,振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点。
    (2)电火花计时器(如图)
    工作电压:220 V交变电源;
    工作原理:当启动电源,按下脉冲输出开关时,计时器发生的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴,产生火花放电,于是在运动的纸带上就打出一行点迹。
    2.操作步骤
    (1)了解打点计时器的构造,然后把它固定好。
    (2)安装纸带。
    (3)启动电源,用手水平拉动纸带,纸带上就打出一行小点,随后关闭电源。
    (4)取下纸带,从能够看清的某个点开始(起始点),往后数出若干个点,例如数出n个点,算出纸带从起始点到第n个点的运动时间t。
    (5)用刻度尺测量出从起始点到第n个点的位移x。
    (6)设计表格,用来记录时间及位移,并将测量结果填入表格中。
    3.注意事项
    (1)打点时,应先启动电源,待打点计时器打点稳定后再拉动纸带。
    (2)打点计时器不能连续工作太长时间,打点之后应立即关闭电源。
    (3)为减小实验误差,1、2、3、4、…不一定是连续的计时点,可以每5个点(或间隔4个点)取一个计数点,若电源频率为50 Hz,此时两计数点间的时间间隔T=0.10 s。
    (4)对纸带进行测量时,不要分段测量各段的位移,正确的做法是一次测量完毕,即统一测量出各个计数点到起始点之间的距离。
    (1)电火花计时器的工作电压为220 V的直流电。( × )
    (2)若电源频率为50 Hz,每隔4个点取一个计数点,则相邻计数点间时间为0.08 s。( × )
    例3 用打点计时器可测纸带运动的时间和位移。下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤,按照你对实验的理解,在各步骤空白处填上适当的内容,然后按实际操作的合理顺序,将各步骤的字母代号按顺序写在空白处。
    A.在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线,导线的另一端分别接在低压________(选填“交变”或“直流”)电源的两个接线柱上。
    B.把电磁打点计时器固定在桌子上,让纸带穿过________,并压在________下面。
    C.用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离x。
    D.切断电源,取下纸带,如果共有n个清晰的点,电源频率是50 Hz,则这段纸带记录的时间t=________。
    E.打开电源开关,再用手水平地拉动纸带,纸带上打下一系列小点。
    实验步骤的合理顺序是________。
    答案 A.交变 B.限位孔 复写纸 D.(n-1)×0.02 s BAEDC
    例4 (1)电磁打点计时器使用的电源是__________(填“交变8 V”或“交变220 V”)电源,电源频率为50 Hz时,如果每相邻的计数点间还有4个点未标出,则相邻两个计数点的时间间隔为________。
    (2)在“练习使用打点计时器”的实验中,某同学选出了一条清晰的纸带,并取其中的A、B、C、…五个点进行研究,这五个点和刻度尺标度对应的位置如图所示。
    可求出A、C间的距离为________ cm,C、E间的距离为________ cm。
    答案 (1)交变8 V 0.10 s (2)3.15 6.15
    课时对点练
    考点一 位移—时间图像
    1.(多选)如图所示是一辆汽车做直线运动的x-t图像,关于线段OA、AB、BC、CD所表示的运动,下列说法正确的是( )
    A.这辆汽车最远距离出发点30 km
    B.AB段汽车静止
    C.CD段表示汽车的运动方向与初始运动方向相同
    D.0~4 h内,汽车的位移大小为30 km
    答案 AB
    解析 由题图可知,这辆汽车从O位置开始出发,最远距离出发点30 km,故A对;AB段图线平行于时间轴,表示位移不随时间变化,汽车处于静止状态,故B对;OA段表示汽车沿正方向运动,CD段表示汽车沿负方向运动,所以CD段汽车的运动方向与OA段汽车的运动方向相反,故C错;由题图可知0~4 h内,汽车的位移大小为0,故D错。
    2.(多选)一质点沿直线运动,其位移—时间图像如图所示。关于该质点的运动,下列说法正确的是( )
    A.前2 s内位移为负,后2 s内位移为正,所以第2 s末质点改变了运动方向
    B.第1 s内质点的位移为-0.1 m
    C.第3 s末质点的位置x=0.1 m
    D.质点在前4 s内的位移大小为0.4 m,位移的方向与规定的正方向相同
    答案 CD
    3.(多选)某物体的位移—时间图像如图所示,物体从t=0时刻开始运动;x-t图像是抛物线,则下列叙述正确的是( )
    A.物体运动的轨迹是曲线B.物体经8 s回到初始位置
    C.物体运动的最大位移为80 mD.在0~8 s内物体做往返运动
    答案 BCD
    解析 x-t图像描述的是做直线运动物体的位移随时间的变化关系,虽然图像是抛物线,但运动轨迹是直线,A错误;从x-t图像可以看出,物体在0~8 s内的最大位移为80 m,8 s时回到初始位置,B、C正确;物体先远离出发点,后回到出发点,故物体做往返运动,D正确。
    4.沿同一直线运动的A、B两物体,相对同一参考系的x-t图像如图所示,下列说法正确的是( )
    A.前5 s内,A、B的位移均为10 m
    B.两物体由同一位置开始运动,物体A比B迟3 s才开始运动
    C.在前5 s内两物体的位移相同,5 s末A、B相遇
    D.从第3 s末开始,两物体的运动方向相同
    答案 D
    解析 5 s末A、B到达同一位置,两者相遇,在前5 s内,A通过的位移为10 m,B通过的位移为5 m,A、C错误;A从原点出发,而B从正方向上距原点5 m处出发,A在B运动3 s后开始运动,B错误;由题图可知,前3 s内A静止,从第3 s末开始,两物体的位移越来越大,且均为正值,故两物体均沿正方向运动,运动方向相同,D正确。
    考点二 位移和时间的测量
    5.下列关于打点计时器的说法正确的是( )
    A.打点计时器使用低压直流电源
    B.电火花计时器使用8 V交变电源
    C.使用电磁打点计时器打出的纸带相邻两个点的时间间隔为0.02 s(电源频率为50 Hz)
    D.使用电火花计时器打出的纸带相邻两个点的时间间隔为0.01 s(电源频率为50 Hz)
    答案 C
    6.(多选)在“练习使用打点计时器”的实验中,若打点周期为0.02 s,下列说法正确的是( )
    A.先启动电源,后拉动纸带
    B.必须从第一个点开始选取整条纸带
    C.根据情况选取点迹清晰的部分纸带
    D.连续n个计时点间的时间间隔为(n-1)×0.02 s
    答案 ACD
    解析 使用打点计时器打点时,应先启动电源,待打点计时器打点稳定后,再拉动纸带,A正确;应根据情况选取点迹清晰的部分纸带,不一定从第一个点开始,B错误,C正确;每相邻的两个计时点间的时间间隔为0.02 s,连续n个计时点间有(n-1)个时间间隔,故n个计时点间的时间间隔为(n-1)×0.02 s,D正确。
    7.如图是一条打上点的纸带,则O点到E点之间的距离eq \x\t(OE)=______ cm,tOE=________ s;E点到G点之间的距离eq \x\t(EG)=________ cm,tEG=________ s。(电源频率为50 Hz)
    答案 4.82 0.10 4.58 0.04
    8.(多选)王老师给同学们讲了龟兔赛跑(赛程为L)的故事,按王老师讲的故事情节,兔子和乌龟的位移—时间图像如图所示,以下说法正确的是( )
    A.兔子和乌龟在同一地点同时出发
    B.兔子和乌龟在同一地点出发,乌龟比兔子早出发
    C.兔子和乌龟在比赛中两次相遇
    D.兔子和乌龟走的路径不同
    答案 BC
    解析 根据题图可知,两者从同一地点出发,兔子出发比乌龟晚,A错误,B正确;两条图线的交点表示相遇,兔子和乌龟在比赛中两次相遇,C正确;x-t图像只能描述直线运动,所以兔子和乌龟走的是同一条直线,路径相同,D错误。
    9.(多选)(2023·青铜峡市高一开学考试)一质点运动的x-t图像如图所示,下列说法正确的是( )
    A.0~6 s内位移为-4 m
    B.2~4 s内位移为4 m
    C.0~6 s内路程为4 m
    D.2~6 s内质点一直向同一方向运动
    答案 AD
    解析 由题图可知,质点开始时位置坐标为0,6 s时位置坐标为-4 m,则0~6 s内位移为-4 m-0=-4 m,故A正确;2 s时位置坐标为4 m,4 s时位置坐标为0,则2~4 s内位移为0-4 m=-4 m,故B错误;0~6 s内路程为4 m+4 m+4 m=12 m,故C错误;由题图可知,2~6 s内质点一直向同一方向运动,故D正确。
    10.(2022·人大附中石景山学校高一期中)甲、乙两质点运动的位移—时间图像如图中a、b所示,不考虑二者碰撞,则下列说法中正确的是( )
    A.甲做曲线运动,乙做直线运动
    B.乙质点在t2~t3时间内做匀速直线运动
    C.t1~t4时间内甲、乙两质点的位移相同
    D.甲质点在t2~t4时间内一直沿同一方向运动
    答案 C
    解析 位移-时间图像只能描述直线运动的规律,因此甲、乙都做直线运动,故A错误;乙质点在t2~t3时间内位置不变,表示处于静止状态,故B错误;由题图知t1~t4时间内两质点的初位置、末位置均相同,故位移相同,故C正确;由图像可知,甲质点在t2~t4时间内先向负方向运动后向正方向运动,故D错误。
    11.有两个跑步者A和B,他们运动的位移—时间图像如图所示。回答下列问题。
    (1)当跑步者A位于0处时,跑步者B在哪里?
    (2)A和B在何时相遇?
    (3)当t=20 s时,跑步者A和B谁在前?
    (4)在t=48 s时,哪一位跑步者领先?
    (5)A和B相遇时的位移相同吗?分别是多少?
    答案 见解析
    解析 (1)跑步者B在-50 m处;
    (2)t=45 s时,A和B相遇;
    (3)t=20 s时,A在前;
    (4)t=48 s时,B领先;
    (5)A和B相遇时,位移不相同
    A的位移大小xA=190 m,B的位移大小xB=190 m-(-50 m)=240 m。时刻t/s
    0
    4.9
    10.0
    15.1
    19.9
    位置x/m
    0
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