专题06 运动学图像(解析版)-2024年高考物理一轮综合复习
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2024年高考物理一轮大单元综合复习导学练
专题06运动学图像
导练目标导练内容
目标1v-t 图像
目标2与位移和时间有关的图像目标3与ax v v 22
02
=-有关的图像
目标4
a-t 图像
【知识导学与典例导练】
一、v-t 图像
【例1】甲、乙两车沿平直公路同向行驶,0=t 时两车并排,甲车前5s 匀速之后匀减速,乙车匀减速直至停止,v t -图像如图所示,下列说法正确的是(
)
A .两车位移之比:4:5
x x =乙甲B .两车减速过程中的加速度之比:1:2a a =甲乙C .20s t =时两车间的距离最大,最大距离为50m D .5s =t 时两车间距离最大,最大距离为12.5m 【答案】C
【详解】AB .v t -图像中图线与时间轴围成的面积表示位移,而图线的斜率表示加速度,由图像可知两车的位移之比:3:4x x =甲乙,两车减速过程中的加速度之比:2:3a a =甲乙,故AB 错误;
CD .0~5s 的时间内乙车的速度始终大于甲车的速度,甲乙两车之间的距离一直在增大,5s ~20s 时间内,两车都做减速运动,但甲车做减速运动的加速度大于乙车做减速运动的加速度,因此任意时刻乙车的速度都大于甲车的速度,综合可知整个运动过程中乙车的速度都大于甲车的速度,故在20s t =时两车间的距离最大,且最大距离为50m ,故C 正确D 错误。
故选C 。
二、与位移和时间有关的图像
【例2】物体B 、C 的位置坐标x 与时间t 的关系如图所示。
虚线A 是实线C 在0=t 时刻的切线,已知虚线A 与实线B 平行,实线C 是一条开口向下的抛物线。
则以下说法正确的是(
)
A .在2s~4s 内的某一时刻,物体C 的速度可能大于物体
B 的速度B .0~2s 内,物体
C 的平均速度大于物体B 的平均速度C .0~4s 内,物体B 运动的路程比物体C 运动的路程多16m
D .物体C 做匀变速直线运动,加速度大小为22m/s 【答案】D
【详解】A .因为实线C 是一条开口向下的抛物线,则物体C 做匀变速直线运动,速度先减小后反向增大,虚线A 与实线B 平行,则只有0=t 时刻与4s t =时刻物体C 的速度与B 速度大小相等,且是速度最大的时刻,因此在2s~4s 内的某一时刻,物体C 的速度不可能大于物体B 的速度,故A 错误;B .0~2s 内,平均速度则有C 84m/s 2m/s 2v -=
=;B 80
m/s 4m/s 2
v -==故B 错误;C .0~4s 内,物体B 做单向直线运动,路程B 4m/s 4s 16m s =⨯=物体C 在t =2s 时刻运动发生反向,路程为
C 8m 4m 8m 4m 8m s =-+-=则有B C 8m s s s ∆=-=故C 错误;
D .物体C 先匀减速运动、后反向匀加速运动,加速度大小2240
m/s 2m/s 2
a -=
=故D 正确。
故选D 。
【例3】在同一平直公路上甲、乙两车同向做直线运动,两车位移x 和时间t 的比值x
t
与时间t 之间的关系如图所示。
两车在3s t =时相遇,下列说法正确的是(
)
A .甲车的加速度大小为25m/s
B .0=t 时,甲在乙的后面7.5m 处
C .3s t =甲、乙相遇时乙车的速度为7.5m/s
D .3s t =甲、乙相遇前两车相距最远为30m 【答案】D
【详解】A .根据匀变速直线运动的位移时间公式2012
x v t at =+变形得到01
2x v at t =+知对于甲车有11022a =
甲得2
10m/s a =甲,A 错误;
B .根据匀变速直线运动的位移时间公式2012x v t at =+变形得到01
2x v at t =+知对于甲车有1101522
a -=
乙得2
5m/s a =-乙;015m/s v =乙又两车在3s t =时相遇,则有0x x x =+甲乙代入数据,解得022.5m
x =即甲在乙后22.5m ;
C .根据匀变速直线运动速度时间公式0v v at =+代入数据,3s t =甲、乙相遇时乙车的速度为
0(1535)m/s 0
v v at =-=-⨯=乙乙D .当甲、乙的速度相等时,两车相距最远,则有0v a t a t -=乙乙甲代入数据,解得1s
t =根据位移时间公式2115m 2x a t ==甲甲;2
10112.5m 2
x v t a t =-=乙乙乙可得10135m 5m 30m
m s x x x ∆=+-=-=乙甲D 正确。
故选D 。
三、与ax v v 22
02
=-有关的图像
【例4】一物体做匀加速直线运动,其中间位移的速度为v ,如图所示为2v x -图象,则该物体的初速度0v 和加速度a 分别为(
)
A .2
04m/s,3m/s v a ==B .2
010m/s,3m/s
v a ==C .2
04m/s,6m/s v a ==D .2
010m/s,6m/s
v a ==【答案】C
【详解】位移中点速度为v 满足22
022
x v v a
-=可得22
0v v ax =+结合图像可知纵截距为20v ,斜率为a ,则204m/s,6m/s v a ==选项C 正确。
故选C 。
【例5】一个质点做初速度为0v 的匀减速直线运动至速度为0,其速度随运动位移关系如图所示.图像上纵
坐标为01
2
v 的P 点的斜率为k ,已知图像上某点斜率等于该点加速度与速度比值。
则粒子做匀减速运动的时
间为(
)
A .12
k
B .2k
C .12k
-
D .2k
-
【答案】D
【详解】设加速度为a ,根据数学方法可知00.5a a k v v =
=得到012
a kv =则粒子做匀减速运动的时间为002
v t a k
-=
=-故选D 。
【例6】放在水平面上的物体,在水平力F 作用下开始运动,以物体静止时的位置为坐标原点,力F 的方向为正方向建立x 轴,物体的加速度随位移的变化图像如图所示。
下列说法中正确的是(
)
A .20~x 过程中物体做匀加速直线运动,23~x x 过程中物体做减速直线运动
B .位移为x 1
C .位移为x 2时,物体的速度达到最大
D 【答案】B
【详解】A .20~x 过程中加速度不变,所以物体做匀加速直线运动,23~x x 过程中加速度方向不变,依然与速度同向,故物体仍做加速直线运动,位移为x 3时,物体的速度达到最大,AC 错误;
B .由位移速度公式可得20112a x v =解得移为1x B 正确;
D .由位移速度公式可得2202
v v a x -=⋅故
a x -图像的面积表示22
2v v -,则物体在位移为3x 时的最大速度为
D 错误。
故选B 。
四、a-t 图像
【例7】0=t 时刻,质点P 从原点由静止开始做直线运动,其加速度a 随时间t 按图示的正弦曲线变化,周期为02t 。
在00~3t 时间内,下列说法正确的是(
)
A .02t t =时,P 回到原点
B .02t t =时,P 的运动速度最小
C .t t =0时,P 到原点的距离最远
D .03
2t t =
时,P 的运动速度与012
t t =时相同【答案】BD
【详解】ABC .质点在00~t 时间内从静止出发先做加速度增大的加速运动再做加速度减小的加速运动,此过程一直向前加速运动,00~2t t 时间内加速度和速度反向,先做加速度增加的减速运动再做加速度减小的减速运动,02t 时刻速度减速到零,此过程一直向前做减速运动,002~4t t 重复此过程的运动,即质点一直向前运动,AC 错误,B 正确;
D .~a t 图像的面积表示速度变化量,003~22t t 内速度的变化量为零,因此02t 时刻的速度与03
2
t 时刻相同,
D 正确。
故选BD 。
【综合提升专练】
1.t =0时,甲、乙两汽车从相距70m 的两地开始相向行驶,它们的v -t 图象如图所示。
忽略汽车掉头所需时间。
下列对汽车运动状况的描述正确的是( )
A .在第1s 末,乙车改变运动方向
B .在第2s 末,甲乙两车相距10m
C .在前4s 内,乙车运动加速度的大小总比甲车的小
D .在第4s 末,甲乙两车相遇【答案】B
【详解】A .在第1s 末,乙图象的斜率正负发生变化,说明加速度方向改变,但速度仍然为负方向,A 错误;B .图象与横轴围成的面积为车的位移,甲向正方向运动,在2s 内的位移大小为130
2m 30m 2
x =⨯=乙向负方向运动,在2s 内的位移大小为230
2m 30m 2
x =
⨯=两车初始距离为70m ,则2s 末相距Δ=70m-30m-30m=10m x ,B 正确;
C .图象的斜率代表加速度,由于乙图象的斜率一直比甲大,故在前4s 内,乙车运动加速度的大小总比甲车的大,C 错误;
D .在第4s 末,甲车的位移大小为360
4m=120m 2
x =⨯方向为正方向。
乙车的位移大小为43060
2m+2m=30m 22
x -=
⨯⨯方向为正方向,此时两车相距Δ'=120m-70m-30m=20m x 故两车没有相遇,D 错误。
故选B 。
2.一质点自x 轴原点出发,沿正方向以加速度a 加速,经过0t 时间速度变为0v ,接着以a -加速度运动,当速度变为0
2v -
时,加速度又变为a ,直至速度变为04
v 时,加速度再变为a -,直至速度变为08v -……,其v t -图象如图所示,则下列说法中正确的是()
A .质点一直沿x 轴正方向运动
B .质点将在x 轴上一直运动,永远不会停止
C .质点最终静止时离开原点的距离一定大于00v t
D .质点运动过程中离原点的最大距离为00v t 【答案】D
【详解】AB .速度为矢量,质点在02t 时速度减为0,02t 之后质点反方向加速;图中物体的速度只有两个相反的方向,故物体时而沿x 轴正方向运动,时而沿x 轴负方向运动,来回往复,最终停止,故A 、B 错误;D .由图象知,02t 时刻质点离原点的位移最大,由v t -图像面积知质点运动过程中离原点的最大距离为00v t ,故D 正确;
C .由图象知,质点每次速度反向运动的位移均小于之前运动的位移,故最终静止时离开原点的距离一定小于00v t ,故C 错误。
故选
D 。
3.根据机动车的运动情况,绘制如图
21
x t t
-图像,已知一质量为1000kg 的机动车在水平路面沿直线减速行驶,规定初速度v 0的方向为正方向。
请判定以下说法合理的是()
A .机动车的初速度010m/s v =
B .机动车的加速度大小为2m/s 2
C .机动车在前3s 的位移是12m
D .机动车前3s 的动量变化量为41.210kg m/s ⨯⋅【答案】A
【详解】AB .由2012x v t at =+变形可得02112x v a t t =⋅+与题目给定的图线对比,由截距可知2
12m/s
2
a =-解得24m/s a =-由于机动车的加速度为负值,因此牵引力小于阻力,由斜率可知02
m/s 10m/s 0.2
v ==故A 正确,B 错误;
C .机动车速度变为0所需时间为00 2.5s v t a -==故机动车在前3s 的位移是2
00100
m 12.5m 28
v x a --===-故C 错误;
D .机动车前3s 的动量变化量为4
210100010kg m/s kg m/1s 0p p p ∆-=-⨯=⋅-⋅故D 错误。
故选A 。
4.某物体沿一条直线做匀变速运动,运动时间t 内位移为x ,物体的x
t
-t 图像如图所示,下列说法正确的是(
)
A .t =0时,物体的初速度为6m/s
B .物体的加速度大小为1m/s
C .t =0到t =3s 这段时间物体的位移为13.5m
D .t =0到t =6s 这段时间物体的平均速度为3m/s
【答案】A
【详解】AB .根据匀变速直线运动位移时间公式2012
x v t at =+得012x v at t =+根据数学知识可得226m/1s =1s 6
2m/a =0--得加速度22m/s a =-初速度为06m/s v =故A 正确,B 错误;C .t =0到t =3s 这段时间物体的位移为()2201163m 23m 9m 22
x v t at =+=⨯+⨯-⨯=故C 错误;D .t =0到t =6s 这段时间物体的位移为()2201166m 26m 022
x v t at =+=⨯+⨯-⨯=所以这段时间内的平均速度为0x v t
==故D 错误。
故选A 。
5.甲乙两质点在同一直线上运动,从0=t 时刻起同时出发,甲做匀加速直线运动,x t -图像如图甲所示。
乙做匀减速直线运动,整个运动过程的2x v -图像如图乙所示。
则下列说法正确的是()
A .甲质点的加速度大小为2
2m/s B .乙质点的加速度大小为2
10m/s C .2s =t 时,乙的位移为10m
D .0=t 时刻,甲、乙的初速度均为10m/s
【答案】C
【详解】AD .由甲图可知,前1s 的位移10(2)2m x =--=前2s 的位移26(2)m=8m
x =--根据匀变速直线运动位移时间关系可知20112
x v t a t =+代入数据解得214m/s a =;00v =,AD 错误;BC .质点乙做匀减速直线运动,根据匀变速直线运动位移速度关系可知22022v v a x -=;225m/s a =-乙的初速度为10m/s v =乙,根据02v v a t =+可知,乙匀减速停下来的时间2s =t 此时乙的位移刚好为10m ,C 正确,B 错误;故选C 。
6.一辆汽车以20m/s 的速度在平直公路上行驶,某时刻司机发现前方施工需减速行驶,司机反应了0.2s 后才开始刹车,如图所示为发现施工提示后的速度平方v 2随位移x 的变化关系。
从司机发现前方施工提示至汽车速度减小到5m/s 过程中,汽车的位移为()
A .37.5m
B .41.5m
C .42.5m
D .44.5m
【答案】B 【详解】由图像可知,司机反应0.2s 内的位移14m x =;根据匀变速直线运动的速度位移关系可知2202v v ax
-=由图像可得2
5m/s a =-当速度为5m/s v =时,汽车的位移220237.5m 2v v x a -==故汽车在这个过程中的位移为1241.5m x x x =+=,ACD 错误,B 正确。
故选B 。
7.自动驾驶是当代汽车领域的重要技术,目前自动驾驶在我国已经得到广泛应用。
某具有自动驾驶功能的跑车在某次由静止开始运动的加速度—位移图线如图所示,则下列说法正确的是()
A .跑车先做匀加速运动,然后匀速运动
B .跑车运动前40m 所用的时间为
C .跑车匀加速运动的初速度为
D .跑车运动80m 获得的速度为40m/s
【答案】C
【详解】A .由图可知,跑车的加速度先增大后不变,则跑车先做加速度逐渐增大的变加速直线运动,后做匀加速直线运动,故A 错误;
C .跑车做匀加速直线运动的初速度即变加速直线运动的末速度,设为0v ,根据20
2v ax =解得202v ax =可知,加速度a 与位移x 关系图像与x 轴所围的面积表示202v ,则x 在0-40m 内有201204022
v =⨯⨯
解得0/s v =故C 正确;
B .若跑车运动前40m 是由静止开始做加速度为20m/s 2的匀加速直线运动,则所用的时间为01v t a
==
而由题可知,跑车运动前40m ,故B
错误;
D .由图可知,跑车运动后40m 是做匀加速直线运动,根据220
2v v ax -=可得2202v v ax -=结合图像,则有22
020402
v v -=⨯解得/s v =故D 错误。
故选C 。
8.无人驾驶汽车已在我国某些地区开始上路试运行,一国产无人驾驶汽车,在试驾过程中以8m/s 的速度行驶。
人工智能发现车头前方28m 处的斑马线上有行人,为礼让行人开始减速,从发现行人到停止运动,其v-x 图像如图所示,该图线为一条抛物线,则()
A .刹车过程汽车做匀减速运动,加速度大小为lm/s 2
B .汽车经过4s 速度变为0
C .若行人通过斑马线的时间是4s ,行人有被撞的危险
D .0-10s 内,汽车的位移大小为30m
【答案】A
【详解】A .由v-x 图像可知图线满足2282v kx =-将x =32m ,v =0代入可得k =1而运动学公式有v 2-v 02=2ax 解得v 0=8m/s ,a =-1m/s 2所以质点做匀减速运动,加速度大小为lm/s 2,故A 正确;
B .由匀变速速度公式v =v 0+at 可得减速4s 末的速度为18(1)4m/s=4m/s v =+-⨯,B 错误;
C .汽车减速4s 内的位移为011844m 24m 28m 22
v v x t ++==⨯=<即行人通过斑马线时汽车尚未到斑马线前,所以行人不会有被撞的危险,C 错误;
D .汽车减速到零用时08s v t a =
=-所以汽车0-10s 内,汽车的位移即减速到零的位移,为032m 2v x t ==,D 错误。
故选A 。
9.如图所示为某质点由静止开始沿直线运动的a-t 图像,下列说法正确的是()
A .质点在8s 末回到了出发点
B .质点8s 末时速度大小为0
C .质点在前4s 内的平均速度大小为6m/s
D .在2~6s 内,质点做匀减速直线运动
【答案】B
【详解】A .质点前4s 加速度与速度方向相同,向正方向做加速运动,后4s 加速度与速度方向相反,向正方向做减速运动,在8s 内一直向正方向运动,A 错误;
B .图像正面积表示质点增加的速度,负面积表示质点减少的速度,正面积和负面积数值相等,所以质点8s 末时速度大小为0,B 正确;
C .质点在4s 末的速度为()41244m/s 12m/s 2
v =+⨯⨯=如果质点在前4s 内做匀加速直线运动,前4s 内的平均速度为012m/s 6m/s 2
v +==因为质点在前4s 内先做匀加速运动,后做加速度减小的加速运动,其位移一定大于做匀加速运动的位移,所以其平均速度一定大于6m/s ,C 错误;
D .在2~4s 内,质点的加速度与速度方向相同,质点做加速直线运动,4~6s 内,加速度与速度方向相反,质点做减速直线运动,D 错误。
故选B 。
10.某跳水运动员在训练时,自离开跳台开始计时到完全落入水中,其速度随时间变化情况可简化如图所示,选向下为正方向,下列结论正确的是()
A .0~t 2为空中运动时间,该段时间内,速度始终向下
B .在t 2~t 3时间内,加速度大小逐渐减小
C .在0~t 1内,平均速度1212
v v v +=D .在t 2~t 3时间内,平均速度322v v =
【答案】BC
【详解】A .在0~t 2为空中运动时间内,速度先为负值,后为正值,则速度方向先向上,后向下,故A 错误;
B .v -t 图像斜率的绝对值表示加速度大小,由题图可以看出,在t 2~t 3时间内图线斜率逐渐减小,加速度大小逐渐减小,故B 正确;
C .在0~t 1内,图线斜率不变,表示做匀变速直线运动,则由匀变速直线运动推论,平均速度等于初、末速度和的一半,故C 正确;
D .v -t 图像与坐标轴所围的面积表示位移,由图像可以看出,在t 2~t 3时间内,实际图线与时间轴围的面积小于虚线(匀减速到零)所围面积,由平均速度等于位移与所用时间的比值,所以此段时间内的平均速度小于此段时间内匀减速到零的平均速度32
v ,故D 错误。
故选BC 。
11.如图所示是两个物体A 和B 同时出发沿同一直线运动的x -t 图像.由图像可知()
A .t =4s 时物体
B 的速度为0
B .t =4s 时物体A 的加速度为0
C .前4s 内A 、B 速度方向相反
D .t =2s 时物体A 和物体B 速度相同
【答案】BC
【详解】A .t =4s 时物体B 的速度为v B =0104
=-2.5m/s 故A 错误;B .由图像可知,物体A 做匀速运动,t =4s 时加速度为0,故B 正确;
C .由图像可知,前4s 内物体A 向正方向做匀速运动,物体B 向负方向做匀速运动,故C 正确;
D .t =2s 时物体A 的速度为v A =104
m/s =2.5m/s ,t =2s 时物体B 的速度为v B =-2.5m/s 故物体A 与物体B 的速度大小相等,方向不同,选项D 错误。
故选BC 。
12.甲、乙两车在同一条平直公路上行驶,两车的位移随时间变化的关系如图所示。
已知乙车图线满足二次函数方程,且图线与t 轴相切于6s 处,下列说法中正确的是()
A .甲车做匀速直线运动,速度为1m/s
B .两车运动方向相同,3s 时相遇
C .乙车做匀变速直线运动,t =0时速度的大小20m/s 3
D .乙车加速度逐渐减小,6s 来加速度恰减为0
【答案】AC
【详解】A .位移时间图像切线的斜率表示物体运动的速度,可知甲车做匀速直线运动,速度为
52m/s 1m/s 3
v -==甲故A 正确;B .甲车的速度为正值,表示甲车向正方向运动,而乙车的图线切线的斜率为负值,说明乙车运动的速度为负值,表示乙车向负方向运动,但在3s 时相遇,故B 错误;
CD .乙车做匀变速直线运动,其图线与t 轴相切于6s 处,则t =6s 时,速度为零,将其运动反过来看成初速度为0的匀加速直线运动,根据位移时间关系有212x at =
根据图像有20m x =,6s t =解得210m/s 9a =根据速度时间关系可得010206m/s m/s 93
v at ==⨯=故C 正确,D 错误。
故选AC 。
13.放学后,小张在田径场上骑着智能电动滑板车沿百米赛道匀速行驶,速度大小为2m/s ,他在A 处发现前方B 处一小朋友摔在地上,立即加速行驶,加速度a 与位移x 的关系如图所示,结果恰好在B 处停下并将小朋友扶起。
下列说法正确的是()
A .当小张的加速度为22m/s -时,小张的位移为11m
B .小张行驶的最大速度为6m/s
C .小张到达B 处时的加速度大小为2
D .A 、B 两处的距离为18m
【答案】BC
【详解】A .根据题图,结合对称性可知当小张的加速度为22m /s -时,小张的位移为12m ,选项A 错误;
B .经分析可知,当小张的位移为8m 时,小张的速度最大,对小张在08m ~内的运动22m 02Σ()
v v ax -=其中221Σ()84m /s 2
ax =⨯⨯=2216m /s 解得m /s 6m v =选项B 正确;CD .设小张到达B 处时的加速度大小为B a ,A 、B 两处的距离为m x ,根据几何关系有
m 000B x x a x a -=其中2008m 4m /s x a ==、对小张在8m 后的运动,有2m 2Σ()v ax ='且()m 01Σ()2
B ax x x a =--'
解得2/s B a =;m (8x =+选项C 正确、D 错误。
故选BC 。
14.运动学中有人认为引入“加速度的变化率”没有必要,然而现在有人指出“加速度的变化率”能引起人的心理效应,车辆的平稳加速(即加速度基本不变)使人感到舒服,否则人感到不舒服。
关于“加速度的变化率”,下列说法中正确的是()
A .从运动学角度的定义,“加速度的变化率”的单位应是3
m /s B .加速度的变化率为0的运动是匀速直线运动
C .若加速度与速度同方向,如图所示的a t -图像,表示的是物体的速度在减小
D .若加速度与速度同方向,如图所示的a t -图像,表示的是物体的速度在增大
【答案】AD
【详解】A .加速度的变化率是指加速度的变化与所用时间的比值,即
a t
∆∆,根据单位制知其单位为3m /s ,故A 正确;
B .加速度的变化率为0是指加速度保持不变,如果加速度为0,则物体做匀速直线运动,如果加速度不为0,则物体做匀变速运动,故B 错误;
CD .若加速度与速度同方向,则物体做加速运动,如图所示的a t -图像,表示加速度减小,则物体速度增加变慢了,但仍是加速运动,故C 错误,D 正确。
故选AD 。
15.假设高速公路上甲、乙两车在同一车道上同向行驶。
甲车在前,乙车在后,速度均为v 0=30m/s 。
甲、乙相距x 0=110m ,t =0时刻甲车遇紧急情况后,甲、乙两车的加速度随时间变化分别如图甲、乙所示,取运
动方向为正方向。
下列说法正确的是()
A .t =3s 时两车相距最近
B .t =6s 时两车距离最近,且最近距离为20m
C .t =9s 时乙车速度减为0
D .t =9s 两车距离为65m
【答案】BCD 【详解】AB .在3s 时,甲车速度和位移为2101010m /s 45m 2
v v at x v t at =+==+=甲甲,乙车速度仍为130m /s v =乙,位移为1090m x v t ==乙因此乙车并未追上甲车,此时两者相聚最近的条件为速度相等,因此设
时间为t 1,则()()'111133v a t v a t +-=+-甲甲乙乙解得16s t =故A 错误,B 正确。
CD .乙车速度为0时()1203v a t =+-乙解得29s t =从3s 到9s 时,两者位移分别为
()()2212213390m 2x v t a t =-+-=甲甲;()()2212213390m 2
x v t a t =-+-=乙乙故两车相距01212Δ65m x x x x x x =++--=甲甲乙乙故CD 正确。
故选BCD 。