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初速度为0的匀加速直线运动的重要比例关系-高一物理必修一学案

一、考点突破
二、重难点提示
初速度为0的匀变速直线运动的灵活应用。

设物体做00=v ,加速度为a 的匀加速直线运动,从0=t 时刻开始计时,以T 为时间单位,则:
一、1T 末、2T 末、3T 末、…、nT 末瞬时速度之比为 :::321v v v …::3:2:1=n v …n :。

由at v =可证。

二、1T 内、2T 内、3T 内、…、n T 内位移之比为::::321x x x …:3:2:1:222=n x …2:n 。

由2
2
1at x =
可证。

三、第1个T 内、第2个T 内、第3个T 内、…、第n 个T 内位移之比为: x Ⅰ:x Ⅱ:x Ⅲ: …:x n =1:3:5: …:(2n -1) 证明:
x Ⅰ=212
1aT x = x Ⅱ=222
122321)2(21aT aT T a x x =-=-
x Ⅲ=22
2232
5)2(21)3(21aT T a T a x x =-=-
……
22
)12(aT n x n -=
因此:x Ⅰ:x Ⅱ:x Ⅲ: …:x n =1:3:5: …:(2n -1)。

四、通过连续相等的位移末的瞬时速度之比为:
:::321v v v …:3:2:1:=n v …n :
由ax v 22
=可证。

五、通过前x 、前x 2、前x 3、…、前nx 的位移所用时间之比为: t Ⅰ:t Ⅱ:t Ⅲ: …:t n =:3:2:1…n : 由可证得a
x
t at x 2212
==。

六、通过连续相等的位移所用时间之比为: t Ⅰ:t Ⅱ:t Ⅲ: …:t n =:)23(:)12(:1-
-…)1(:--n n
【注意】1. 只适用于初速度为0的匀加速直线运动; 2. 确定研究的问题,选择合适的规律解题,不能混淆; 3. 区分nT 内和第nT 内,nT 内的位移和第nT 内的位移;
4. 从匀减速直线运动到速度为0,可以看做是反方向上的匀加速直线运动(逆向思维)。

例题1 一质点从静止开始做匀加速直线运动,则在第1个2s 、第2个2s 和第5s 内的三段位移之比为( )
A. 2∶6∶5
B. 2∶8∶7
C. 4∶12∶9
D. 2∶2∶1
思路分析:这道题考查的是基本公式的应用,出发点有两个,一个是从位移-时间关系入手,另外一种就是直接使用初速度为零的匀变速直线运动的规律求解。

方法一:
设质点的加速度为a ,则
第1个2s 的位移a x 21
1=
×a 222= 第2个2s 的位移a x 212=×a 2142
-×a 622=
第5s 内的位移a x 213=×a 2152-×a 2
942
=
则9:12:4::321=x x x 。

方法二:
将2s 时间分成一个周期T ,可以利用连续相同时间段内的位移比公式来求解,由 x Ⅰ:x Ⅱ:x Ⅲ: …:x n =1:3:5: …:(2n -1)知
9:12:49:)75(:)31(::321=++=x x x 答案:C
例题2 物体以一定的初速度冲上固定的光滑斜面,到达斜面最高点C 时速度恰为零,
如图所示。

已知物体运动到斜面长度3
4处的B 点时,所用时间为t ,求物体从B 滑到C 所用的时间。

思路分析:解法一:物体向上减速冲上斜面,相当于向下匀加速滑下斜面。

故x BC =at 2BC
2,x AC =a t +t BC 22 又x BC =x AC 4
,解得t BC =t .
解法二:对于初速度为零的匀变速直线运动,在连续相等的时间里通过的位移之比为
x 1:x 2:x 3:…:x n =1:3:5:…:(2n -1)。

现有x CB :x BA =x AC 4:3x AC
4
=1:3
通过x AB 的时间为t ,故通过x BC 的时间t BC =t 。

解法三:中间时刻的瞬时速度等于这段位移的平均速度。

v -AC =v t +v 02=v 0+02=v 02.
又v 20=2ax AC
① v 2B =2ax BC
② x BC =x AC
4

解①②③得v B =v 0
2
可以看出v B 正好等于AC 段的平均速度,因此B 点是中间时刻的位置。

因此有t BC =t 。

解法四:对于初速度为零的匀加速直线运动,通过连续相等的各段位移所用的时间之比为t 1:t 2:t 3:…:t n =1:(2-1) : (3-2): (4-3):…: (n -n -1)。

现将整个斜面分成相等的四段,如图所示,设通过BC 段的时间为t x ,那么通过BD 、DE 、EA 的时间分别为
t BD =(2-1)t x ,t DE =(3-2)t x ,t EA =(4-3)t x , 又t BD +t DE +t EA =t ,得t x =t . 答案:t
点评:求解匀变速直线运动的常用方法有:①基本公式法;②平均速度法;③利用Δx =aT 2;④逆向分析法。

解题时要灵活选取恰当的方法。

【知识脉络】
【易错指津】如图所示,小球从竖直砖墙某位置由静止释放,用频闪照相机在同一底片上多次曝光,得到了图中1、2、3、4、5……所示小球运动过程中每次曝光的位置。

连续两次曝光的时间间隔均为T ,每块砖的厚度为d .根据图中的信息,下列判断错误的是( )
A. 位置“1”是小球释放的初始位置
B. 小球做匀加速直线运动
C. 小球做自由落体运动
D. 小球下落的加速度为
2
d T 错解:BD
错因:容易观察到位移呈等差数列递增,所以认为是初速度为0的匀加速直线运动,并且认为1是小球释放的初始位置,所以认为A 是正确的。

思路导航:由于小球下落的间隔不符合1∶3∶5∶7,但间隔之差相等,都为d ,故小球做初速度不为零的匀加速直线运动(不能肯定是自由落体运动),根据d =aT 2,得下落的加速度2d a T。

答案:AC。

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