2021高考物理鲁科版一轮复习教师用书：第一章第1节　描述运动的基本概念


第一章 运动的描述 匀变速直线运动的研究
2018级福建省普通高中教学指导意见与2021年选择考预测
内容
标准
1.通过史实,初步了解近代实验科学产生的背景,认识实验对物理学发展的推动作用.
2.通过对质点的认识,了解物理学研究中物理模型的特点,体会物理模型在探索自然规律中的作用.
3.经历匀变速直线运动的实验研究过程,理解位移、速度和加速度,了解匀变速直线运动的规律,体会实验在发现自然规律中的作用.
4.能用公式和图象描述匀变速直线运动,体会数学在研究物理问题中的重要性.
实验:研究匀变速直线运动
选择
考预
测
直线运动是高中物理的重要章节,是整个物理学的基础内容之一,高考每年必考.直线运动的有关概念、规律是本章的重点,匀变速直线运动规律的应用及v-t图象是本章的难点.
2021年选择性考试改为福建本省自主命题且实行单科考试后,考试时长和试题题量均会相应增加,预计2021年的考试中,对质点、位移、速度、加速度等基本概念与基本规律的理解和运用的考查会以选择题的形式出现;研究匀变速直线运动的规律的考查,以实验题的形式出现;匀变速直线运动规律的应用及v-t图象,追及、相遇、滑块模型等的考查也是命题的热点,既有选择题,也有计算题.
高考导航
[全国卷考情分析]——供老师参考
考点内容
要求
高考(全国卷)三年命题情况对照分析
2017
2018
2019
参考系、质点
Ⅰ
Ⅰ卷T22:实验:滴水计时器、瞬时速度、加速度
Ⅱ卷T22:实验:光电门、平均速度、速度公式、v-t图象
Ⅱ卷T19:两汽车的v-t图象、位移、加速度与追及和相遇等问题
Ⅲ卷T18:两车的x-t图象、速度、路程等问题
Ⅲ卷T22:实验:自由落体运动、测反应时间
Ⅰ卷T18:竖直上抛运动、匀变速直线运动规律的应用
Ⅰ卷T22:实验:物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动研究
Ⅲ卷T22:实验:数码相机的连拍功能测重力加速度
位移、速度和加速度
Ⅱ
匀变速直线运动及其公式、图象
Ⅱ
实验一:研究匀变速直线运动

备考策略:
1.考查方式:匀变速直线运动规律是高中力学的基础,近几年高考中对直线运动考查较多,考查内容以图象问题和运动学规律的应用为主,题型通常为选择题,单独的计算题也偶有出现.以实验题出现时,主要考查基本仪器的操作及借助纸带处理问题的方法.
2.命题趋势:分析近三年高考命题情况,题目的命制将会越来越突出地考查运动规律、运动图象与实际生活相结合的应用,在复习中应多加关注.
第1节　描述运动的基本概念
教材梳理·自主预习
知识梳理
一、质点、位移和参考系
1.参考系
(1)定义:为了便于交流,用来描述物体运动的参照物.
(2)参考系的选取
①参考系的选取是任意的,既可以是运动的物体,也可以是静止的物体,选作参考系的物体应看做静止不动,通常选地面为参考系.
②比较两物体的运动情况时,必须选同一参考系.
③对于同一物体,选择不同的参考系时运动情况一般不同.
2.质点
(1)定义:用来代替物体的具有质量的点.
(2)条件:物体的大小和形状对研究问题的影响可以忽略不计.
(3)质点是一种理想化的模型,实际并不存在.
3.位移和路程

位移
路程
定义
描述运动物体空间位置变化,它是由初位置指向末位置的有向线段
质点运动轨迹的长度
标矢性
(1)位移是矢量,方向由初位置指向末位置
(2)路程是标量,没有方向
联系
(1)在单向直线运动中,位移的大小等于路程
(2)其他情况下,位移的大小小于路程

自
主
探
究

(1)不论通过什么路线从北京到重庆,位置变化是否都是一样?
答案:一样.
(2)图中位置变化应如何描述?
答案:位置变化的大小为北京到重庆的直线长度,方向由北京指向重庆.
(3)图中信息可以看出位移与路程的主要区别是什么?
答案:位移是从初位置指向末位置的有向线段,是矢量;路程是实际运动轨迹的长度,没有方向,是标量.

4.时间与时刻:在表示时刻的数轴上,时刻是数轴上的一个点,表示一瞬间;时间是数轴上的一线段,即两时刻之差.
二、速度和加速度
1.速度和速率
(1)平均速度:为了大致描述一段时间内物体运动的快慢和方向,把运动物体的位移与所用时间的比叫做平均速度,即=,是矢量,其方向就是对应位移的方向.
(2)瞬时速度:运动物体在某时刻或经过某位置的速度,是矢量.方向:物体的运动方向或运动轨迹的切线方向.
(3)速率:瞬时速度的大小,是标量.
(4)平均速率:物体运动实际路程与发生这段路程所用时间的比值,不一定等于平均速度的大小.
2.加速度
(1)物理意义:描述物体速度变化快慢的物理量.
(2)定义式:a=,单位为m/s2.
(3)方向:加速度为矢量,方向与速度变化量的方向相同.
自
主
探
究
汽车起步的加速度为2 m/s2,而急刹车时的加速度为-6 m/s2,哪种情况下的加速度大?为什么?

答案:急刹车时的加速度大.“+”“-”号只表示加速度的方向,不表示大小.

小题检测
1.思考判断
(1)一个物体能否看做质点,决定于物体本身的大小.(　×　)
(2)平动的物体都可以看做质点,而转动的物体不能看做质点.(　×　)
(3)做自由落体运动的物体,对某一参考系来说,该物体可能处于静止.(　√　)
(4)当一个物体做竖直上抛运动返回原抛出点时,位移的大小等于上升高度的两倍.(　×　)
(5)加速度为正值,表示速度的大小一定越来越大.(　×　)
2.某驾驶员使用定速巡航,在高速公路上以时速110公里行驶了200公里,其中“时速110公里”“行驶了200公里”分别是指(　D　)
A.速度、位移 B.速度、路程
C.速率、位移 D.速率、路程
解析:“行驶了200公里”是指经过的路程的大小,“时速 110公里”是指速率,是瞬时速度的大小,D正确.
3.某赛车手在一次野外训练中,先利用地图计算出A,B两地的直线距离为9 km,实际中他从A地到B地所用时间为5 min,赛车上的里程表指示的里程数值增加了15 km,当他经过某路标P时,车内速度计指示的示数为 150 km/h,那么可以确定的是(　D　)
A.研究赛车通过某个弯道的技术动作时,能把该车看成质点
B.在整个过程中赛车手的路程是9 km
C.在整个过程中赛车手的平均速度大小是150 km/h
D.经过路标P时的瞬时速率是150 km/h
解析:研究赛车通过某个弯道的技术动作时,不能忽略赛车的大小和形状,所以不能把该车看成质点,故A错误;位移是从初位置指向末位置的有向线段,路程是运动轨迹的长度,故赛车手的位移为9 km,路程为15 km,故B
错误;整个过程中赛车手的平均速度为v== km/h=108 km/h,故C错误;车内速度计指示的是赛车通过某位置的瞬时速率,故D正确.
4.关于物体的运动,下列说法正确的是(　C　)
A.物体的加速度等于零,速度也一定等于零
B.物体的速度变化量大,加速度一定大
C.物体具有向东的加速度时,速度的方向可能向西
D.做直线运动的物体,加速度减小,速度也一定减小
解析:物体做匀速直线运动时,加速度为零,但速度不等于零,选项A错误;根据加速度定义可知,速度的变化量大,加速度不一定大,选项B错误;加速度方向与速度方向可以相反,选项C正确;当物体的加速度方向与速度方向相同时物体做加速运动,选项D错误.
考点研析·感悟提升
考点一　质点　参考系　位移
1.质点
(1)质点是一种理想化模型,实际并不存在,质点不同于几何“点”,它是不占有空间的有质量的点.
(2)实际物体能否看成质点由所研究问题中物体的大小、形状的影响决定.
2.参考系
选取参考系时,若无特殊说明,一般选地面为参考系.为观测方便和使运动的描述尽可能简单也可选取其他物体为参考系.
3.位移与路程的区别
(1)物理意义不同.位移描述位置变化,路程描述运动轨迹长度.
(2)决定因素不同.位移由始、末位置决定,路程由运动路径决定.
(3)运算法则不同.位移遵循平行四边形定则,路程遵循代数运算.
[例1] (多选)湖中O处有一观察站,一小船从O处出发一直向东直线行驶4 km,又向北直线行驶3 km,已知 sin 37°=0.6,则下列说法中正确的是(　ACD　)
A.相对于O处的观察员,小船运动的路程为7 km
B.相对于小船,O处的观察员始终处于静止状态
C.相对于O处的观察员,小船最终位于东偏北37°方向5 km处
D.研究小船在湖中行驶时间时,小船可以看做质点
解析:在O处的观察员看来,小船最终离自己的距离为 km=5 km,方向为东偏北θ,满足sin θ=0.6,即θ=37°,运动的路程为7 km,选项A,C正确;以小船为参考系,O处的观察员是运动的,B错误;若研究小船在湖中行驶时间时,小船的大小相对于行驶的距离可以忽略不计,故小船可以看做质点,选项D正确.
[针对训练] (多选)下列说法中正确的是(　AC　)
A.短跑运动员参加100 m比赛,其位移的大小等于路程
B.研究汽车在上坡时有无翻倒的危险时,可将汽车看做质点
C.“两岸猿声啼不住,轻舟已过万重山”是以“万重山”为参考系的
D.升国旗时,观察到国旗冉冉升起,观察者是以“国旗”为参考系的
解析:短跑运动员参加的100 m比赛是单向直线运动,故位移的大小等于路程,故A正确;研究汽车有无翻倒的危险是转动问题,不能看做质点,故B错误;选项C中的研究对象是“轻舟”,已过“万重山”,是以“万重山”为参考系,故C正确;选项D中的研究对象是“国旗”,是以地面或旗杆为参考系的,故D错误.
考点二　速度　平均速度　瞬时速度
1.平均速度与瞬时速度的区别和联系
(1)区别:平均速度是过程量,表示物体在某段位移或某段时间内的平均运动快慢程度;瞬时速度是状态量,表示物体在某一位置或某一时刻的运动快慢程度.
(2)联系:瞬时速度是位移足够小(时间足够短)时的平均速度.
2.平均速度与平均速率的区别
平均速度的大小不能称为平均速率,因为平均速率是路程与时间的比值,只有当路程与位移的大小相等时,平均速率才等于平均速度的大小.
3.计算平均速度时应注意的两个问题
(1)平均速度的大小与物体不同的运动阶段有关,求解平均速度必须明确是哪一段位移或哪一段时间内的平均速度.
(2)=是平均速度的定义式,适用于所有的运动.
[例2]

(多选)如图所示,物体沿曲线轨迹的箭头方向运动,沿AB,ABC,ABCD,ABCDE四段曲线轨迹运动所用的时间分别是1 s,2 s,3 s,4 s.下列说法正确的是(　BC　)
A.物体沿曲线A→E的平均速率为1 m/s
B.物体在ABC段的平均速度大小为 m/s
C.AB段的平均速度比ABC段的平均速度更能反映物体处于A点时的瞬时速度
D.物体在B点时的速度等于AC段的平均速度
思路点拨:解此题的关键有两点
(1)正确区分路程和位移的概念和计算方法.
(2)掌握平均速度、平均速率和瞬时速度的区别.
解析:平均速率是路程与时间的比值,图中信息不能求出ABCDE段轨迹的长度,故不能求出平均速率,选项A错误;由=可得 = m/s,选项B正确;所选取的过程离A点越近,其过程的平均速度越接近A点的瞬时速度,选项C正确;物体在B点的速度不一定等于AC段的平均速度,选项D错误.
规律总结
理解平均速度、瞬时速度时“三点”注意
(1)平均速度的大小与物体不同的运动阶段有关,求解平均速度必须明确是哪一段位移或哪一段时间内的平均速度.
(2)=是平均速度的定义式,适用于所有的运动,而=(v0+vt)只适用于匀变速直线运动.
(3)当已知物体在微小时间t内发生的微小位移s时,可由v=粗略地求出物体在该位置的瞬时速度.
题组训练
1.(平均速度和瞬时速度)(多选)关于瞬时速度和平均速度,以下说法正确的是(　ABD　)
A.一般讲平均速度时,必须讲清楚是哪段时间(或哪段位移)内的平均速度
B.对于匀速直线运动,其平均速度跟哪段时间(或哪段位移)无关
C.瞬时速度和平均速度都可以精确描述变速运动
D.瞬时速度是某时刻的速度,只有瞬时速度才能精确描述变速运动的物体运动的快慢
解析:一般情况下,物体在不同时间(或不同位移)内的平均速度不同,但对于匀速直线运动,物体的速度不变,所以平均速度与哪段时间(或哪段位移)无关,故A,B正确;平均速度只能粗略描述变速运动,只有瞬时速度才能精确描述变速运动的物体运动的快慢,故C错误,D正确.
2.(平均速率和平均速度)(多选)一辆玩具汽车以2 m/s的速度向正东方向运动了4 m,接着以3 m/s的速度向正北方向运动了3 m.下列对玩具汽车在整个运动过程中的描述正确的是(　CD　)
A.平均速率为1.5 m/s
B.平均速度大小为 m/s
C.平均速率为 m/s
D.平均速度大小为 m/s
解析:运动的总时间t=+= s+ s=3 s,运动的总路程s路=s1+s2=(4+3) m=7 m,运动的总位移大小s== m=5 m,故平均速率为v== m/s,平均速度大小== m/s,故C,D正确.
考点三　加速度
1.速度、速度变化量、加速度的比较

速度
速度变化量
加速度
物理
意义
描述物体运动快慢和方向的物理量,是状态量
描述物体速度改变的物理量,是过程量
描述物体速度变化快慢和方向的物理量,是状态量
定义
式
v=
vt-v0
a=
单位
m/s
m/s
m/s2
方向
与位移s同向
由vt-v0判断
与vt-v0的方向一致,由F的方向决定,而与v0,vt的方向无关

2.加速度方向与速度方向的关系
a与v的
方向关系
运动性质
运动的可能情况
a和v同向
加速直
线运动
a不变,v随时间均匀增大
a增大,v增大得越来越快
a减小,v增大得越来越慢
a和v反向
减速直
线运动
a不变,v随时间均匀减小
a增大,v减小得越来越快
a减小,v减小得越来越慢
[例3] (多选)关于速度、速度的变化和加速度的关系,下列说法中正确的是(　AD　)
A.速度变化的方向为正,加速度的方向也为正
B.物体加速度增大,速度一定越来越大
C.速度越来越大,加速度一定越来越大
D.加速度可能既不与速度同向,也不与速度反向
思路点拨:解此题应注意两点:
(1)加速度是反映速度变化快慢的物理量.
(2)物体加速或减速取决于加速度和速度的方向关系.
解析:由加速度的定义可知,速度变化的方向为正,加速度的方向为正,选项A正确;物体做减速运动时,物体加速度增大,速度反而越来越小,选项B错误;若物体做加速度逐渐减小的加速运动,速度越来越大,加速度反而越来越小,选项C错误;在曲线运动中,加速度既不与速度同向,也不与速度反向,可以与速度方向垂直,选项D正确.

规律总结
加速度、加速度变化与速度变化的两点说明
(1)加速度是描述速度变化快慢的物理量,与速度大小没有直接的关系,加速度变化只说明速度不再均匀变化.
(2)速度增大还是减小取决于速度和加速度的方向关系,只要加速度与速度方向一致,不管加速度大小如何变化,速度都增大,反之只要加速度和速度方向相反,不管加速度大小如何变化,速度都减小.
题组训练
1.(对加速度的理解)(多选)甲、乙两个物体在同一直线上沿正方向运动,a甲=4 m/s2,a乙=-4 m/s2,那么对甲、乙两物体判断正确的是(　ABD　)
A.甲的加速度与乙的加速度大小相等
B.甲做加速直线运动,乙做减速直线运动
C.甲的速度比乙的速度变化快
D.每经过1 s,甲的速度增加4 m/s
解析:加速度的正负表示方向,绝对值表示大小,甲、乙加速度大小相等,选项A正确;甲的加速度与速度同向,做加速运动,乙的加速度与速度方向相反,做减速运动,选项B正确;加速度大小表示速度变化的快慢,甲、乙速度变化一样快,选项C错误;由vt-v0=at可知每经过1 s,甲的速度增加4 m/s,选项D正确.
2.(速度、速度的变化和加速度的关系)关于速度、速度的变化量和加速度,下列说法正确的是(　B　)
A.物体运动的速度变化量越大,它的加速度一定越大
B.速度很大的物体,其加速度可能为零
C.某时刻物体的速度为零,其加速度不可能很大
D.加速度很大时,物体运动的速度一定很快变大
解析:由a=可知,在vt-v0很大,但不知道t的大小时,无法确定加速度的大小,故选项A错误;高速匀速飞行的战斗机,速度很大,但速度不变化,加速度为零,故选项B正确;炮筒中的炮弹,在火药刚刚燃烧的时刻,炮弹的速度为零,但加速度很大,故选项C错误;加速度很大,说明速度变化很快,速度可能很快变大,也可能很快变小,故选项D错误.
3.

(加速度的计算)(2019·河南开封月考)(多选)如图所示,物体以5 m/s的初速度沿足够长的光滑斜面向上做减速运动,经过2 s速度大小变为3 m/s,则物体的加速度(　BC　)
A.大小为1 m/s2,方向沿斜面向上
B.大小为1 m/s2,方向沿斜面向下
C.大小为4 m/s2,方向沿斜面向下
D.大小为4 m/s2,方向沿斜面向上
解析:取初速度方向为正方向,则v0=5 m/s.若2 s后的速度方向沿斜面向上,vt=3 m/s,则a== m/s2=-1 m/s2,即加速度大小为1 m/s2,方向沿斜面向下;若2 s后的速度方向沿斜面向下,vt=-3 m/s,则a== m/s2=-4 m/s2,即加速度大小为4 m/s2,方向沿斜面向下.故选项A,D错误,B,C正确.
真题试做·模拟演练
1.(2019·浙江名校协作体联考)智能手机上装载的众多APP软件改变着我们的生活.如图所示为导航地图APP软件的一张截图,表示了某次导航的具体路径,其推荐路线中有两个数据,13分钟,4.8公里,关于这两个数据,下列说法正确的是(　A　)

A.研究汽车在导航图中的位置时,可以把汽车看做质点
B.13分钟表示的是某个时刻
C.4.8公里表示了此次行程的位移的大小
D.根据这两个数据,我们可以算出此次行程的平均速度的大小
解析:研究汽车在导航图中的位置时,可以把汽车看做质点,选项A正确;13分钟表示的是时间,选项B错误;4.8公里表示了此次行程的路程,选项C错误;根据这两个数据,我们可以算出此次行程的平均速率,选项D错误.
2.(2019·湖北武汉调研)“嫦娥四号”月球探测器从月球背面成功完成月面软着陆,并且着陆器与巡视器成功分离,这标志着我国的航天事业又一次腾飞.下面有关“嫦娥四号”的说法正确的是(　C　)
A.“嫦娥四号”刚刚升空的时候速度很小,加速度也很小
B.研究“巡视器”在月球表面运动的姿态时,可以将其看成质点
C.研究“嫦娥四号”飞往月球的运行轨道时,可以将其看成质点
D.“巡视器”月球车静止在月球表面时,其相对于地球也是静止的
解析:“嫦娥四号”在刚刚升空的时候速度很小,但是速度变化很快,加速度很大,故选项A错误;研究“巡视器”在月球表面运动的姿态时,“巡视器”的大小和形状不能被忽略,不能看成质点,故选项B错误;研究“嫦娥四号”飞往月球的运行轨道时,“嫦娥四号”的大小和形状可以被忽略,可以看成质点,故选项C正确;“巡视器”静止在月球表面时,相对月球是静止的,相对地球是运动的,故选项D错误.
3.(2019·南师大附中阶段测试)(多选)一小球在水平桌面上做减速直线运动,用照相机对着小球每隔0.1 s拍照一次,得到一张频闪照片,用刻度尺量得照片上小球各位置如图所示.已知照片与实物的比例为1∶10,则(　AD　)

A.图中对应的小球在通过8 cm距离内的平均速度是 2 m/s
B.图中对应的小球在通过8 cm距离内的平均速度是 1.6 m/s
C.图中对应的小球通过6 cm处的瞬时速度是2.5 m/s
D.图中对应的小球通过6 cm处的瞬时速度是2 m/s
解析:照相机每隔0.1 s拍照一次,所以图中0~8 cm所用的时间t=0.4 s,照片与实物的比例为1∶10,所以图中
8 cm对应的实际位移s=80 cm=0.8 m,则小球在通过图中8 cm距离内的平均速度== m/s=2 m/s,A正确,B错误;图中对应小球通过6 cm处的瞬时速度可用图中3.5 cm到7.5 cm这一段的平均速度近似表示.图中3.5 cm到7.5 cm这一段对应的实际位移s′=40 cm=0.4 m,所用的时间t′=0.2 s,所以图中6 cm处的瞬时速度v′= m/s=2 m/s,C错误,D正确.
4.

(2015·福建卷,20)一摩托车由静止开始在平直的公路上行驶,其运动过程的v-t图象如图所示.求:
(1)摩托车在0~20 s这段时间的加速度大小a;
(2)摩托车在0~75 s这段时间的平均速度大小.
解析:(1)加速度a=
由v-t图象并代入数据得a=1.5 m/s2;
(2)设第20 s末的速度为vm,0~20 s的位移s1=t1
20~45 s的位移s2=vmt2
45~75 s的位移s3=t3
0~75 s这段时间的总位移s=s1+s2+s3
0~75 s这段时间的平均速度=
代入数据得=20 m/s.
答案:(1)1.5 m/s2
(2)20 m/s