本章內(nèi)容包括位移、路程、時間、時刻、平均速度、瞬時速度、加速度等基本概念,以及勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律。在學(xué)習(xí)中要注意準(zhǔn)確理解位移、速度、加速度等基本概念,特別應(yīng)該理解位移、速度、加速度的矢量性。 在本章知識應(yīng)用的過程中,常犯的錯誤主要表現(xiàn)在:對要領(lǐng)理解不深刻,如加速度的大小與速度大小、速度變化量的大小,加速度的方向與速度的方向之間?;煜磺?;對位移、速度、加速度這些矢量運(yùn)算過程中正、負(fù)號的使用出現(xiàn)混亂;在未對物體運(yùn)動(特別是物體做減速運(yùn)動)過程進(jìn)行準(zhǔn)確分析的情況下,盲目地套公式進(jìn)行運(yùn)算等。
例1汽車以10m/s的速度行駛5分鐘后突然剎車。如剎車過程是做勻變速運(yùn)動,加速度大小為5m/s2,則剎車后4秒鐘內(nèi)汽車所走的距離是多少?
析解汽車在阻力的作用下,最終會停止運(yùn)動。因此先要判斷在4s內(nèi)汽車是否已經(jīng)停下來。設(shè)汽車經(jīng)t1速度減為零。規(guī)定初速度方向?yàn)檎?,則v0=10m/s,a=-5m/s2。
vt=v0+at1
代入數(shù)據(jù),解得:t1=2s
汽車在2s時就停下來,所以在剎車后4s鐘的位移:
評析豎直上拋運(yùn)動分為上升和下落階段討論雖然易于理解,但比較繁瑣,而抓住其勻變速直線運(yùn)動的本質(zhì),作統(tǒng)一處理,則要簡便、快捷得多。而且,在解決類似較復(fù)雜的運(yùn)動學(xué)問題中,應(yīng)畫出物體運(yùn)動情景圖,以便理清關(guān)系,并一定要規(guī)定正方向,注意位移、速度、加速度的方向。
例3汽車以12m/s的速度在平直公路上行駛,發(fā)現(xiàn)在正前方有一輛自行車以4m/s的速度做同方向的勻速運(yùn)動,汽車應(yīng)在距離自行車多遠(yuǎn)時關(guān)閉油門,做加速度大小為8m/s2的勻減速運(yùn)動,汽車才不至于撞上自行車?
析解汽車關(guān)閉油門后以12m/s的初速度做勻減速直線運(yùn)動,減速開始階段,其速度仍大于自行車的速度,兩車距離不斷減小,當(dāng)汽車的速度減小到與自行車的速度相等時,兩者相距最近,若此時仍未相撞,則以后就不會相撞了。
設(shè)兩車剛好不相撞時原本應(yīng)保持的最小距離為s0,規(guī)定初速度方向?yàn)檎?,則汽車的初速度v0=12m/s,加速度a=-8m/s2,兩車剛好不相撞時汽車、自行車的速度均為v=4m/s,行駛時間t,則
評析此題是典型的追及問題,追與被追的兩物體的速度相等是能追上、追不上、兩者距離有極值的臨界條件。分析這類問題應(yīng)在理解題意的基礎(chǔ)上,弄清兩物體的運(yùn)動聯(lián)系(位移關(guān)系、時間關(guān)系),并要畫出物體的位置示意圖,借助草圖進(jìn)行分析。
本題也可以借v-t圖像幫助理解。如圖3,陰影區(qū)是速度相等時汽車比自行車多行駛的距離,也就是兩車剛好不相撞時原本應(yīng)保持的最小距離。
例4有若干相同的小球,從斜面上的某一位置每隔0.1s無初速地釋放一顆,在連續(xù)釋放若干顆小球后,對準(zhǔn)斜面上正在滾動的若干小球拍攝到如圖4所示的照片。測得A、B間距S1=15cm,B、C間距S2=20cm。求:(1)拍攝照片時B球的速度。(2)A球上面還有幾顆正在滾動的小球。
析解拍攝得到的照片中,A、B、C…等各小球的位置,正是釋放的第一個小球每隔T=0.1s所在位置。這樣就把本題轉(zhuǎn)換成一個物體在斜面上做初速為零的勻加速直線運(yùn)動的問題。求拍攝時B球的速度就是求第一個球運(yùn)動到B處的速度;求A球上面還有幾個正在滾動的小球即求第一個小球運(yùn)動到A經(jīng)過了幾個時間間隔T。
取整數(shù)n=2,即A球上面還有2顆正在滾動的小球。
評析本題是關(guān)于勻變速直線運(yùn)動的兩個重要推論(1.在任意連續(xù)相等時間T內(nèi)的位移差是一個恒量,即ΔS=Sn+1-Sn=aT2;2.在某段時間內(nèi)的平均速度等于該段時間中間時刻的瞬時速度,即vt/2=st)的應(yīng)用。在應(yīng)用這兩個推論處理頻閃照片、打點(diǎn)計時器所打紙帶等有關(guān)問題中,應(yīng)注意以下幾點(diǎn):一、確定連續(xù)相等的時間段,每段的時間為T;二、找準(zhǔn)每一個T內(nèi)的位移;三、進(jìn)行計算前,先要統(tǒng)一單位。
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