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1、高一物理《速度變化快慢的描述-加速度》隨堂練習(xí)
[例1]下列說法中正確的是 [ ]
A.物體運動的速度越大,加速度也一定越大
B.物體的加速度越大,它的速度一定越大
C.加速度就是“加出來的速度”
D.加速度反映速度變化的快慢,與速度無關(guān)
[分析] 物體運動的速度很大,若速度的變化很小或保持不變(勻速運動),其加速度不一定大(勻速運動中的加速度等于零).
物體的加速度大,表示速度變化得快,即單位時間內(nèi)速度變化量大,但速度的數(shù)值未必大.比如嬰兒,單位時間(比如3個月)身長的變化量大,但絕對身高并不高。
“加出來的速度”是指vt-v0(或△v),其單位還是m/s.加速度是“
2、加出來的速度”與發(fā)生這段變化時間的比值,可以理解為“數(shù)值上等于每秒內(nèi)加出來的速度”.
加速度的表達式中有速度v0、v1,但加速度卻與速度完全無關(guān)——速度很大時,加速度可以很小甚至為零;速度很小時,加速度也可以很大;速度方向向東,加速度的方向可以向西.
[答] D.
[說明] 要注意分清速度、速度變化的大小、速度變化的快慢三者不同的含義,可以跟小孩的身高、身高的變化量、身高變化的快慢作一類比.
[例2]物體作勻加速直線運動,已知加速度為2m/s2,那么在任意1s內(nèi) [ ]
A.物體的末速度一定等于初速度的2倍
B.物體的未速度一定比初速度大2m/s
C.物體的初速度一定比前1s內(nèi)的
3、末速度大2m/s
D.物體的末速度一定比前1s內(nèi)的初速度大2m/s
[分析]在勻加速直線運動中,加速度為2m/s2,表示每秒內(nèi)速度變化(增加)2m/s,即末速度比初速度大2m/s,并不表示末速度一定是初速度的2倍.
在任意1s內(nèi),物體的初速度就是前1s的末速度,而其末速度相對于前1s的初速度已經(jīng)過2s,當(dāng)a=2m/s2時,應(yīng)為4m/s.
[答]B.
[說明]研究物體的運動時,必須分清時間、時刻、幾秒內(nèi)、第幾秒內(nèi)、某秒初、某秒末等概念.如圖所示(以物體開始運動時記為t=0)。
[例3] 計算下列物體的加速度:
(1)一輛汽車從車站出發(fā)作勻加速運動,經(jīng)10s速度達到108km/h.
4、
(2)高速列車過橋后沿平直鐵路勻加速行駛,經(jīng)3min速度從54km/h提高到180km/h.
(3)沿光滑水平地面以10m/s運動的小球,撞墻后以原速大小反彈,與墻壁接觸時間為0.2s.
[分析] 由題中已知條件,統(tǒng)一單位、規(guī)定正方向后,根據(jù)加速度公式,即可算出加速度.
[解] 規(guī)定以初速方向為正方向,則
對汽車v0=0,vt=108km/h=30m/s,t=10s,
對列車v0=54km/h=15m/s,vt=180km/h=50m/s,t=3min=180s.
對小球v0=10m/s,vt= -10m/s,t= 0.2s,
[說明] 由題中可以
5、看出,運動速度大、速度變化量大,其加速度都不一定大,尤需注意,
不能認(rèn)為,必須考慮速度的方向性.計算結(jié)果a3= -100m/s2,表示小球在撞墻過程中的加速度方向與初速方向相反,是沿著墻面向外的,所以使小球先減速至零,然后再加速反彈出去.速度和加速度都是矢量,在一維運動中(即沿直線運動),當(dāng)規(guī)定正方向后,可以轉(zhuǎn)化為用正、負表示的代數(shù)量.
應(yīng)該注意:
物體的運動是客觀的,正方向的規(guī)定是人為的.只有相對于規(guī)定的正方向,速度與加速度的正、負才有意義.。速度與加速度的量值才真正反映了運動的快慢與速度變化的快慢.所以,vA= -5m/s,vB= -2m/s,應(yīng)該是物體A運動得快;同理,aA= -5
6、m/s2,aB= -2m/s2,也應(yīng)該是物體A的速度變化得快(即每經(jīng)過1s速度減少得多),不能按數(shù)學(xué)意義認(rèn)為vA比vB小,aA比aB小.
[例4]一個做勻變速直線運動的物體連續(xù)通過兩段長s的位移所用時間分別為t1、t2,則該物體的加速度為多少?
[分析] 根據(jù)勻變速運動的物體在某段時間內(nèi)的平均速度等于中點時刻瞬時速度的關(guān)系,結(jié)合加速度的定義.即可算出加速度.
[解]物體在這兩段位移的平均速度分別為
它們分別等于通過這兩段位移所用的時間中點的瞬時速度.由于兩個時間
中點的間隔為,根據(jù)加速度的定義
可知:
[說明]由計算結(jié)果的表達式可知:當(dāng)t1>t2時,a>0
7、,表示物體作勻加速運動,通過相等位移所用時間越來越短;當(dāng)t1<t2時,a<0,表示物體作勻減速運動,通過相等位移所用時間越來越長.
[例5]圖1表示一個質(zhì)點運動的v-t圖,試求出該質(zhì)點在3s末、5s末和8s末的速度.
[分析]利用v-t圖求速度有兩種方法:(1)直接從圖上找出所求時刻對應(yīng)的縱坐標(biāo),即得對應(yīng)的速度值,再根據(jù)速度的正負可知此刻的方向;(2)根據(jù)圖線求出加速度,利用速度公式算出所求時刻的速度.下面用計算法求解。
[解]質(zhì)點的運動分為三個階段:
AB段(0~4s)質(zhì)點作初速v0=6m/s的勻加速運動,由4s內(nèi)的速度變化得加速度:
所以3s末的速度為:
8、
v3=v0+at=6m/s+(1.53)m/s=10.5m/s
方向與初速相同.
BC段(4~6s)質(zhì)點以4s末的速度(v4=12m/s)作勻速直線運動,所以5s末的速度:
v5=12m/s
方向與初速相同.
CD段(6~12s)質(zhì)點以 6s末的速度(即勻速運動的速度)為初速作勻減速運動.由6s內(nèi)的速度變化得加速度:
因所求的8s末是減速運動開始后經(jīng)時間t=2s的時刻,所以8s末的速度為:
其方向也與初速相同.
[說明] 勻變速運動速度公式的普遍表達式是:
vt=v0+at
使用中應(yīng)注意不同運動階段的初速和對應(yīng)的時間.在勻減速運動中,寫成vt=v0-at后,加速度
9、a只需取絕對值代入.
速度圖象的斜率反映了勻變速直線運動的加速度.如圖所示,其斜率
式中夾角α從t軸起以逆時針轉(zhuǎn)向為正,順時針轉(zhuǎn)向為負.如圖3中與圖線1,2對應(yīng)的質(zhì)點作勻加速運動,與圖線3對應(yīng)的質(zhì)點作勻減速運動.圖線越陡,表示加速度越大,故a1>a2.
[例6] 一個質(zhì)點作初速為零的勻加速運動,試求它在1s,2s,3s,…內(nèi)的位移s1,s2,s3,…之比和在第1s,第2s,第3s,…內(nèi)的位移sⅠ,sⅡ,sⅢ,…之比各為多少?
[分析]初速為零的勻加速運動的位移公式為:
其位移與時間的平方成正比,因此,經(jīng)相同時間通過的位移越來越大.
[解] 由初速為零的勻加速運動的位移公式得:
10、
…
∴ sⅠ∶sⅡ∶sⅢ=1∶3∶5…
[說明]這兩個比例關(guān)系,是初速為零的勻加速運動位移的重要特征,更一般的情況可表示為:在初速為零的勻加速運動中,從t=0開始,在1段、2段、3段……時間內(nèi)的位移之比等于12∶22∶32… ;在第1段、第2段、第3段……時間內(nèi)的位移之比等于從1開始的連續(xù)奇數(shù)比,即等于1∶3∶5…(圖1)).
2.利用速度圖線很容易找出例6中的位移之比.如圖2所示,從t=0開始,在t軸上取相等的時間間隔,并從等分點作平行于速度圖線的斜線,把圖線下方的面積分成許多相同的小三角形.于是,立即可得:從t=0起,在t、2t、3t、…內(nèi)位移之比為
s1∶s
11、2∶s3…=1∶4∶9…
在第1個t、第2個t、第3個t、…內(nèi)位移之比為
sⅠ∶sⅡ∶sⅢ∶…=1∶3∶5∶…
[例7] 一輛沿平直路面行駛的汽車,速度為36km/h.剎車后獲得加速度的大小是4m/s2,求:
(1)剎車后3s末的速度;
(2)從開始剎車至停止,滑行一半距離時的速度.
[分析] 汽車剎車后作勻減速滑行,其初速度v0=36km/h=10m/s,vt=0,加速度a=-4m/s2.設(shè)剎車后滑行t s停止,滑行距離為S,其運動示意圖如圖所示.
[解](1)由速度公式vt=v0+at得滑行時間:
即剎車后經(jīng)2.5s即停止,所以3s末的速度為零.
(2)由位移公式得滑行距離.即
m
設(shè)滑行一半距離至B點時的速度為vB,由推論
[說明](1)不能直接把t=3 s代入速度公式計算速度,因為實際滑行時間只有2.5s.凡剎車滑行一類問題,必須先確定實際的滑行時間(或位移);(2)滑行一半距離時的速度不等于滑行過程中的平均速度.
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