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专题02 运动学图像(解析版)-2021届高考物理热点题型归纳与变式演练

2021届高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练专题02 运动学图像【专题导航】目录热点题型一运动图象的理解 (1)(一)tx-图像的理解及应用 (3)(二)tv-图像的理解 (4)热点题型二两类常规运动图象的区分 (7)热点题型三运动学图像在实际问题中的应用 (8)类型一根据题目情景选择运动图象 (9)类型二根据图象信息分析物体的运动规律 (9)类型三图像的转换 (12)热点题型四“四类非常规运动学图像”的理解与应用 (14)类型一a-t图象 (14)类型二xt-t图象 (15)类型三v2-x图象或x-v2图象 (17)类型四x-v图象 (18)【题型归纳】热点题型一运动图象的理解【题型要点】1.运动学图象主要有x-t、v-t、a-t图象,应用图象解题时主要看图象中的“轴”“线”“斜率”“点”“面积”“截距”六要素:2.三点说明(1)x-t图象与v-t图象都只能描述直线运动,且均不表示物体运动的轨迹;(2)分析图象要充分利用图象与其所对应的物理量的函数关系;(3)识图方法:一轴、二线、三斜率、四面积、五截距、六交点.3.x-t图象、v-t图象、a-t图象是如何描述物体的运动性质的(1)x-t图象中,若图线平行于横轴,表示物体静止,若图线是一条倾斜的直线,则表示物体做匀速直线运动,图线的斜率表示速度;(2)v-t图象中,若图线平行于横轴,表示物体做匀速直线运动,若图线是一条倾斜的直线,则表示物体做匀变速直线运动,图线的斜率表示加速度;(3)a-t图象中,若图线平行于横轴,表示物体做匀变速直线运动,若图线与横轴重合,则表示物体做匀速直线运动.【解题方法】运动学图象问题常见的是x-t和v-t图象,在处理特殊图象的相关问题时,可以把处理常见图象的思想以及方法加以迁移,通过物理情境遵循的规律,从图象中提取有用的信息,根据相应的物理规律或物理公式解答相关问题.处理图象问题可参考如下操作流程:(一)t x 图像的理解及应用位移图象的基本性质(1)横坐标代表时刻,而纵坐标代表物体所在的位置,纵坐标不变即物体保持静止状态;(2)位移图象描述的是物体位移随时间变化的规律,不是物体的运动轨迹,斜率等于物体运动的速度,斜率的正负表示速度的方向,质点通过的位移等于x 的变化量Δx .【例1】(2020·湖北鄂南高中、华师一附中等八校第一次联考)A 、B 两质点在同一平面内同时向同一方向做直线运动,它们的位置—时间图象如图2所示,其中A 是顶点过原点的抛物线的一部分,B 是过点(0,3)的一条直线,两图象相交于坐标为(3,9)的P 点,则下列说法不正确...的是( )A .质点A 做初速度为零、加速度为2 m/s 2的匀加速直线运动B .质点B 以2 m/s 的速度做匀速直线运动C .在前3 s 内,质点A 比B 向前多前进了9 mD .在3 s 前某时刻质点A 、B 速度相等 【答案】C【解析】质点A 的运动方程为x =12at 2,则初速度为零,加速度a =2 m/s 2,故A 正确;B 直线的斜率表示速度,故质点B 做匀速直线运动,质点B 的速度为v =Δx Δt =9-33m/s =2 m/s ,故B 正确;在前3 s 内,质点B 的位移为6 m ,质点A 的位移为9 m ,质点A 比B 向前多前进了3 m ,故C 错误;t =1 s 时刻,质点A 的速度为2 m/s ,质点B 以v =2 m/s 的速度做匀速直线运动,故D 正确.【变式1】(多选)(2019·福建漳州二模)某个做直线运动的质点的位置—时间图象(抛物线)如图所示,P (2 s,12 m)为图线上的一点。

PQ 为过P 点的切线,与x 轴交于点Q (0,4 m)。

已知t =0时质点的速度大小为8 m/s ,则下列说法正确的是( )A .质点做匀减速直线运动B .t =2 s 时,质点的速度大小为6 m/sC .质点的加速度大小为2 m/s 2D .0~1 s 内,质点的位移大小为4 m【答案】AC【答案】由于位移—时间图象为抛物线,结合匀变速直线运动的位移—时间公式x =v 0t +12at 2,已知v 0=8 m/s ,时间t =2 s 时的位移为x =12 m ,代入解得a =-2 m/s 2,则图线对应的函数为x =8t -t 2,即质点做匀减速直线运动,加速度大小为2 m/s 2,故A 、C 正确;t =2 s 时质点的瞬时速度为v 2=v 0+at =8 m/s -2×2 m/s =4 m/s ,故B 错误;由位移—时间公式可得0~1 s 内质点的位移x 1=8×1 m -12×2×12 m =7 m ,故D 错误。

【变式2】(2020·青岛二模)A 、B 两物体沿同一直线运动,运动过程中的x ­t 图象如图所示,下列说法正确的是( )A .4 s 时A 物体运动方向发生改变B .0~6 s 内B 物体的速度逐渐减小C .0~5 s 内两物体的平均速度相等D .0~6 s 内某时刻两物体的速度大小相等 【答案】D【解析】A 物体的x ­t 图线是一条倾斜的直线,所以A 物体做匀速直线运动,且速度为v A =Δx Δt =-2-46 m/s=-1 m/s ,故选项A 错误;0~6 s 内B 物体的x ­t 图线的斜率增大,则B 物体的速度逐渐增大,故选项B 错误;0~5 s 内,A 物体的位移Δx A =-1 m -4 m =-5 m ,B 物体的位移Δx B =-1 m -(-4 m)=3 m ,所以A 、B 两物体在0~5 s 内位移不相等,则平均速度不相等,故选项C 错误;0~6 s 内,A 物体的位移Δx ′A =-2 m -4 m =-6 m ,B 物体的位移Δx ′B =2 m -(-4 m)=6 m ,则|Δx ′A |=|Δx ′B |,A 物体做匀速直线运动,B 物体的速度逐渐增大,则在0~6 s 内某时刻两物体的速度大小相等,故选项D 正确。

(二)t v 图像的理解理解v -t 图像的注意点(1)运动方向的改变:速度由正变负或由负变正,表示运动方向发生改变.(2)两物体的初始位置:对t =0时两条vt 图线不相交,并不表示两物体初始位置不同,位置是否相同应根据题干条件判定.(3)运动加速度:从图线的斜率得到加速度,斜率的大小表示加速度的大小,斜率的正负反映了加速度的方向.(4)运动的位移:从图线与时间轴围成的面积得到位移,图线与时间轴围成的面积表示位移的大小,第一象限的面积表示与规定的正方向相同,第四象限的面积表示与规定的正方向相反.【例2】(2020·广州惠州调研)一汽车沿平直公路运动,某段时间内的速度-时间图象如图所示,则( )A .在0-t 1时间内,汽车做匀减速直线运动B .在0-t 1时间内,汽车的位移等于v 1t 1C .在t 1-t 2时间内,汽车的平均速度等于v 1+v 22D .在t 1-t 2时间内,汽车的平均速度小于v 1+v 22【答案】D【解析】:A 、根据速度图象可知,在0-t 1时间内,汽车的速度先减小后增大,不是匀减速直线运动,故A 错误;B 、速度图象与坐标轴所围“面积”等于位移大小,根据图象可知,在0-t 1时间内,汽车的位移小于v 1t 1,故B 错误;CD 、若t 1-t 2时间内,汽车做匀减速直线运动,则其平均速度为v 1+v 22,而汽车的实际位移小于匀减速运动的位移,所以平均速度小于v 1+v 22,故C 错误,D 正确.故选:D 【变式1】2017年8月28日,第十三届全运会跳水比赛在天津奥体中心游泳跳水馆进行,重庆选手施廷懋以总成绩409.20分获得跳水女子三米板冠军.某次比赛从施廷懋离开跳板开始计时,在t 2时刻施廷懋以速度v 2入水,取竖直向下为正方向,其速度随时间变化的规律如图所示,下列说法正确的是( )A .在0~t 2时间内,施廷懋运动的加速度大小先减小后增大B .在t 1~t 3时间内,施廷懋先沿正方向运动再沿负方向运动C .在0~t 2时间内,施廷懋的平均速度大小为v 1+v 22D .在t 2~t 3时间内,施廷懋的平均速度大小为v 22【答案】:C【解析】:选C.v -t 图象的斜率等于加速度,在0~t 2时间内,施廷懋运动的加速度保持不变,A 错误;运动方向由速度的正负决定,横轴下方速度为负值,施廷懋沿负方向运动,横轴上方速度为正值,施廷懋沿正方向运动,在t 1~t 3时间内,施廷懋一直沿正方向运动,B 错误;0~t 2时间内,根据匀变速直线运动的平均速度公式可知,施廷懋运动的平均速度大小为v 1+v 22,C 正确;匀变速直线运动的平均速度大小等于初速度和末速度的平均值,而加速度变化时,平均速度大小应用平均速度的定义式求解.若在t 2~t 3时间内,施廷懋做匀减速运动,则她的平均速度大小为v 22,根据v -t 图线与坐标轴所围面积表示位移可知,在t 2~t 3时间内施廷懋的实际位移小于她在这段时间内做匀减速运动的位移,故在t 2~t 3时间内,施廷懋的平均速度小于v 22,D 错误. 【变式2】甲、乙两汽车在一平直公路上同向行驶.在t =0到t =t 1的时间内,它们的v -t 图象如图所示.在这段时间内( )A .汽车甲的平均速度比乙的大B .汽车乙的平均速度等于v 1+v 22C .甲、乙两汽车的位移相同D .汽车甲的加速度大小逐渐减小,汽车乙的加速度大小逐渐增大 【答案】:A【解析】:选A.根据v -t 图象下方的面积表示位移,可以看出汽车甲的位移x 甲大于汽车乙的位移x 乙,选项C 错误;根据v =xt得,汽车甲的平均速度v 甲大于汽车乙的平均速度v 乙,选项A 正确;汽车乙的位移x乙小于初速度为v 2、末速度为v 1的匀减速直线运动的位移x ,即汽车乙的平均速度小于v 1+v 22,选项B 错误;根据v -t 图象的斜率大小反映了加速度的大小,因此汽车甲、乙的加速度大小都逐渐减小,选项D 错误. 【变式3】小球从空中自由下落,与水平地面第一次相碰后弹到空中某一高度,其速度随时间变化的关系如图所示,则( )A .小球第一次反弹后的速度大小为5m/sB .小球反弹起的最大高度为0.45mC .小球是从5m 高处自由下落的D .小球碰撞时速度的改变量为2m/s 【答案】B【解析】:反弹后速度竖直向上,为负,所以反弹后的速度为-3m /s ,A 错误;图像与坐标轴围成的面积表示位移,所以弹起后的负向位移为:x =0.3×3×12=0.45m ,下落时位移为正,故下落高度为h =12×0.5×5=1.25m ,B正确C错误;小球碰撞时速度的改变量为Δv=(-3)-5=-8m/s,D错误.热点题型二两类常规运动图象的区分【题型要点】x-t图象与v-t图象的比较则这两个物体的运动情况是()A.甲在0~6 s时间内来回运动,它通过的总位移为零B.甲在0~6 s时间内运动方向一直不变,它通过的总位移大小为4 mC.乙在0~6 s时间内来回运动,它通过的总位移为零D.乙在0~6 s时间内运动方向一直不变,它通过的总位移大小为4 m【答案】BC【解析】本题考查运动图象问题。

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