高中物理专题：描述直线运动的基本概念

高中物理专题：描述直线运动的基本概念

一．知识点

质点参考系坐标系时间时刻路程位移平均速度瞬时速度平均速率瞬时速率加速度轨迹图像位移图像速度图像

二．典例解析

1．平均速度与平均速率的区别，平均到瞬时的过渡

平均速度：

s

v

t

=平均速率：

l

v

t

=

①路程一般大于位移的大小，故平均速率一般大于平均速度的大小.

当质点作单向直线运动时（不一定匀速），平均速率等于平均速度的大小.

②当t趋于0时，平均值转化为瞬时值（近似替代思想——极限法）

当t趋于0时，s的大小与L趋于相等（化曲为直思想——微元法）

【例1】光电门测速

用如图所示的计时装置可以近似测出气垫导轨上滑块的瞬时速

度．已知固定在滑块上的遮光条的宽度为4.0mm，遮光条经过光电门的遮光时间为0.040s．则滑块经过光电门位置时的速度大小为

A．0.10m/s B．100m/s

C．4.0m/s D．0.40m/s

2．参考系和相对运动

巧选参考系；非惯性系中引进惯性力

【例2】水面追帽子

一小船在河水中逆水划行，经过某桥下时一草帽落入水中顺流而下，2分钟后划船人才发现并立即掉头追赶，结果在桥下游60米追上草帽，求水流速度.（设掉头时间不记，划船速度及水流速度恒定）（答案：0.5m/s，以帽子为参考系，小船来回做等速率运动，时间相等.另问：能求出划船的速度吗？）

【例3】竖直球追碰

如图所示，A 、B 两球在同一竖直线上，相距H=15m ，B 球离地面h.

某时刻释放A 球，1s 后释放B 球，要使A 球能在B 球下落的过程中追上B 球，

则h 应满足什么条件？重力加速度取g=10m/s 2（答案：不小于5m ）

如图所示，A 、B 两球在同一竖直线上，相距H ，B 球离地面h=5m.设B 球与地面碰撞过程中没有能量损失，若两球同时释放，要使A 球能在B 球反弹后上升的过程中与B 球相碰，则H 应满足什么条件？（答案：0

【例4】车厢中水滴轨迹问题（静止；匀速；匀变速）

答案：静止时成竖直排列，间隔等差（若从刚滴下的小滴算起，间隔为1:3:5……），落点唯一. 匀速直线运动时与静止时相同.

匀变速直线运动时成倾斜的直线，间隔与落点与上述情况相同.

【例5】传送带上滑块相对运动问题（直线与曲线；轨迹与能量）

【例6】切割玻璃问题

右图中v 1为相对速度，v 2为牵连速度，v 为绝

对速度.

有：绝对速度=相对速度+牵连速度（矢量式）

静止时 匀速直线运动时 匀加速直线运动时

v

a

【例7】反冲运动中的相对速度

【例8】风向相对问题

某人骑自行车以10m/s的速度在大风中向东行驶，他感到风正以相对车10m/s的速度从北方吹来，则风的实际速度为

A．14m/s，方向南偏西B．14m/s，方向东偏南

C．10m/s，方向向正北D．10m/s，方向为正南

(答案：B.物理学上答风向东偏南45度，气象学上答西北风——从西北方向来——向东南方向去)

（中等难度）假定某日刮北风，风速为u，一运动员在风中跑步，他相对于地面的速度为v，且v

方向跑，方向南偏西θ=arccos v

u

.如下图)

（较难）假定某日刮正北风，风速为u，一运动员在风中跑步，他对地面的速度大小是v，试问他向什么方向跑的时候，他会感到风是从自己的正右侧吹来的？这种情况在什么条件下成为无解？在无解的情况下，运动员向什么方向跑时，感到风与他跑的方向所成夹角φ最大？(第一个问题同上，当v>u时无解，此时，要使φ最大，由正弦定理可知，应使V与u垂直，得

θ=arccos u

v

，即运动员应向南偏西θ=arccos

u

v

跑——即西偏南φ=arcsin

u

v

.如下图)

v2不一定向右)

若上图中两个速度均为对地速度，则球

相对人的速度为v2-v1（一定为正）

v2一定向右)

若上图中v2为球相对人的速度，则球相对地的速度为

v

2

+v1（不一定为正）

【例9】非惯性系中的动力学问题（引进惯性力——如离心力，科里奥利力等）

如右图，水平地面上有一楔形物块a ，其斜面上有一小物块b ，b 与平行于斜面的细绳的一端相连，细绳的另一端固定在斜面上．a 与b 之间光滑，a 和b 以共同速度在地面轨道的光滑段向左运动．当它们刚运行至轨道的粗糙段时

A ．绳的张力减小，b 对a 的正压力减小

B ．绳的张力增加，斜面对b 的支持力增

加

C ．绳的张力减小，地面对a 的支持力增加

D ．绳的张力增加．地面对a 的支持力减小

【答案】C （以地面为参考系分析……；以斜面为参考系分析……）

3．图像问题（运动学常见的三种图像）

以地面为参考系，从两种可能的运动（一是仍相对

静止；二是相对上滑）分析F 与F N 的变化

以斜面为参考系，引进惯性力F*=ma ，分析F 与F N 的变化（显然F N 增大，F 可能减小，可能为零，若原题中绳子取消，ab 间有摩擦，则摩擦力可能反向，甚至反向变为动摩擦）

v>u