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Dual-ligands Coordination Effects-Induced Synthesis of Porous Iron Oxide Hollow Nanospheres with Enhanced
Lithium-Ion Storage Performances
Journal: CrystEngComm
Manuscript ID: CE-ART-10-2014-002134
Article Type: Paper
Date Submitted by the Author: 24-Oct-2014
Complete List of Authors: wang, xin; northwest university china,
zhang, ji; northwest university,
zhang, xuemei; northwest university china,
wang, wanren; northwest university china,
Yang, Ying; Northwest University, Institute of Analytical Science
guo, xiaohui; northwest university, chemistry
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Dual-ligands Coordination Effects-Induced Synthesis of
Porous Iron Oxide Hollow Nanospheres with Enhanced
Lithium-Ion Storage Performances
Xin Wang,+ Ji Zhang,+ Xuemei Zhang, Wanren Wang, Ying Yang, Xiaohui Guo*
Abstract
Novel nanostructured metal oxide materials are of great interest due to their unexpected properties and potentials.In this study, we report the synthesis of a novel
class of hollow iron oxide (Fe2O3) spheres by a facile hydrothermal reaction process
with the assistance of the dual-ligands (Trimesic acid and 2-methylimidazole). The
prepared hollow Fe2O3spheres are characterized by X-ray diffraction (XRD), scan
electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and Brunaur–
Emmett–Teller (BET) techniques. Results demonstrate that the prepared Fe2O3 hollow
spheres display controlled morphology and size and component via simply adjusting
the water volume content. Electrochemical measurements reveal that the Fe2O3
spheres-based anodes deliver a high discharge specific capacity of 935 mA h/g at 0.1
C and have excellent cycling stability. We propose that the excellent electrochemical
performances are resulted from the hollow structure and high specific surface area of
the Fe2O3 spheres, which can accommodate the volume change of the Fe2O3 during
the lithium insertion/extraction processes; in addition, the porous feature of Fe2O3 is
expected to facilitate the rapid diffusion of lithium ions from electrolyte to active
material. This facile synthetic strategy can be extended to generate other hollow metal
oxide nanostructures for advanced energy storage and catalytic applications.
[*]Dr. Prof. Xiaohui Guo, Dr. Xin Wang, Ji Zhang, Wanren Wang, Xuemei Zhang,
Ying Yang, Key Lab of Synthetic and Natural Functional Molecule Chemistry of Ministry of Education, and the College of Chemistry and Materials Science, Northwest University, Xi’an 710069, P. R. China.
Corresponding email: guoxh2009@https://www.doczj.com/doc/472873402.html,, Tel: 86-2981535031.
+ presents equal contribution to this work
Electron Supporting Information (ESI) Available: TGA, SEM, TEM and XRD for the obtained samples.
Introduction:
Lithium-ion batteries (LIBs) have received much attention as an emerging class of rechargeable battery devices owing to their higher energy density, greater efficiency and longer cycle-life compared to alternatives in the past decades.1-3more recently; ever increasing demand in energy-related applications has stimulated significant interest in the development of energy storage electrode materials.4-6
Currently, various nanostructured materials have been extensively investigated as potential anode materials due to their higher energy density and longer cycling features.4Among the available anode materials, nanostructured transition metal oxides such as CuO, iron oxide, TiO2, SnO2and Co3O4are viable options because they are capable of extracting/inserting excess Li+and provide significantly larger reversible capacities than commercial anode graphite electrodes.7-11In particular, hollow iron oxide nanostructures with high surface area, low density, and high loading capacity have attracted considerable attention in recent years. Importantly, the presence of the hollow interiors with functional shells makes these nanostructures technologically relevant for energy storage, catalysis, gas sensing, and biomedical applications. 9, 12-17
Generally, the preparation route of hollow iron oxide nanostructures mainly Page 2 of 22
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includes the controlled deposition of the designed materials (or their precursors) onto
diverse removable templates such as colloidal particles, emulsion micelles, and gas
bubbles, followed by selective removal of the templates via chemical etching or
thermal decomposition.9, 18-20The utilization of the preformed templates allows
rational design of the size and shape of the resultant hollow structures, which makes
the templating method straightforward and versatile.21However, present synthetic
approaches always require high-cost and tedious procedures, which even result in
environmental pollution. As a result, the development of facile, low-cost and scalable
strategy for the synthesis of hollow iron oxide nanostructures remains challenging,
particularly in terms of their size, morphology and components.
Fe2O3has the potential to replace graphite (372 mA h/g) as the dominant anode
material for commercial scale lithium storage due to its high theoretical capacity
(~1000 mA h/g), low toxicity, corrosion resistance, low cost, and high availability.18
In contrast to layered materials like graphite that store lithium by intercalation,22, 23
lithium storage in Fe2O3 involves reduction of Fe3+ to Fe0 metal nanoparticles and the
concomitant formation of Li2O.24, 25 Despite its attractive features, Fe2O3 suffers from
dramatic volume changes (~90%) upon cycling that causes anode pulverization and
loss of electrical connectivity, which leads to poor capacity retention and limits
commercial potential.26,27To improve the Li-ion storage capability, Fe2O3
nanomaterials of various morphologies have been investigated.24, 28-35 However, to our
knowledge, there has been limited success in producing well-defined hollow
nanostructures of Fe2O3as anodes in LIBs with the assistance of the specific
dual-ligands coordination effects.
Here we first present a facile synthesis of Fe2O3 hollow nanospheres via the dual-ligands coordination effects during the hydrothermal reaction process. The whole preparation process can be seen in Figure 1. The prepared Fe2O3samples display changes in morphology and size and phase that are dependent upon the volume fractions of water in reaction system. Moreover, the prepared Fe2O3 hollow spheres serve as anode materials in LIBs and exhibit high reverse specific capacity and excellent cycling stability. Notably, the specific Fe2O3 hollow spheres may have other applications in such as catalytic, information storage, electronic and biology engineering fields.
Experimental sections:
All chemicals are commercially available and used without further purification. Synthesis of Fe2O3 Hollow Nanospheres:
In a typical synthesis, first, 0.36 g of FeCl3?6H2O was dissolved in 1.5 mL water and 13.5 mL N, N-dimethylformamide (DMF) mixture solution in a glass under magnetic stirring. Second, 0.1 g Trimesic acid and 25 mg 2-methylimidazole are added into above homogeneous solution under magnetically stirring interaction. After 0.5 h, the resultant homogeneous solution was transferred into 30 mL Teflon-lined autoclave and placed into a 150 °C oven for 36 h. Consequently, the resultant products were collected and washed with water and absolute ethanol several times; after that, the freshly red sample was obtained via drying at 60 °C oven for 12 h. in addition, the obtained sample was taken further calcination at 500 °C furnace for 5 h under N2Page 4 of 22
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atmosphere. Then, magnetic iron oxide product can be obtained. Similarly, when
changing the water volume in present system, other reaction conditions were constant
as described above, thus iron oxide samples with different morphologies were also
prepared.
Characterization:Powder X-ray diffraction (XRD) patterns were obtained in a
Bruker AXS-D8 powder diffractometer in use of Cu-Kα (λ= 0.15405 nm) radiation.
Fourier Transform infrared spectroscopy (FTIR) was recorded with Bruker
EQUINOX-55 infrared spectrophotometer on KBr pellet. Samples morphology was
observed by emission scan electron microscope (FE-SEM; JEOL, JSM-6701) with
accelerating voltage of 20 KV. The structural and composition analysis were taken via
using high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) (Philips Tecnai G2
F20) at 200 kV that equipped with energy-dispersive spectroscopy (EDS). The
specific porous structures of the prepared iron oxide samples were determined by
Brunaur–Emmett–Teller (BET) surface analyser (Tri Star-3020, Micromeritics, USA).
Prior to the measurements, all samples were degassed at 573 K until a stable vacuum
of ca. 5 mTorr was reached.
Electrochemical measurement: The electrochemical analyses were performed on
coin-type cells (CR2016). Working electrodes were prepared by pasting a mixture of
Fe2O3, acetylene black and polyvinylidene fluoride (PVDF) at a weight ratio of 70: 20:
10 onto Al foil. The electrolyte was 1 M LiPF6in ethylene carbonate
(EC)/diethylcarbonate (DEC) (1: 1, v/v). The cells were assembled in an argon-filled
glove box. A Celgard 2400 microporous polypropylene membrane was used as the
separator. The cells thus fabricated were cycled galvanostatically in the voltage range from 0.05 to 3.0 V at varying current densities with a multichannel battery testing system (LAND-CT2001A).
Results and discussion:
Wherein, samples were obtained via 150 o C hydrothermal reactions for 36 h and subsequently taken for X-ray diffraction (XRD) testing, as shown in Figure 2. It was found that the prepared sample can be assigned to pure hematite phase according to standard JCPDS card no. 33-0664. No other impurity peaks were detected in the XRD pattern, in addition, the prepared sample displays good crystalline feature. Then, the prepared Fe2O3sample exhibits a uniform sphere structure according to its FESEM observation, as shown in Figure 3a and b, the mean diameter of the sphere was measured to be about 550 nm. Further high-magnification FESEM observation found that the specific sphere is actually hollow structure as shown in Figure 3c, the surface of these spheres is very rough and composed of numerous smaller sized nanoparticles. As such, TEM image can also confirm the presence of the hollow sphere structure in present system, as shown in Figure 3d, the shell thickness of the hollow sphere was found to be ~100 nm. Further HRTEM observation found that the hollow Fe2O3 sphere displays a well-defined crystalline stripe, the spacing was measured to be 3.68 ?, corresponding to (012) planes, as shown in Figure 3e. Additionally, energy-disperse spectroscopy (EDS) result can confirm the presence of O and Fe species in present sample (Figure 3f).
To further determine the structural information of the prepared Fe2O3 sphere, Page 6 of 22
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FTIR testing was performed; result was shown in Figure 4. A broad and strong peak at
~ 3406 cm-1 was produced from the ν(N-H)stretching vibration mode. In addition, the
peak at 2361 cm-1can be assigned to the vibration mode of the C-C bond. The
characteristic peaks of the C=O group were centered at approximately 1620 and 1255
cm-1, respectively. The peak at 1504 cm-1 can be assigned to the stretching vibration
mode of the C=C bond. The strong peak at ~ 1375 cm-1 was assigned to the bending
vibration mode of the C-N group. Additionally, the peak centered at 662 cm-1was
assigned to the bending vibration of the C-C bond, taken together, these results
confirm the presence of the main groups of Trimesic acid and 2-methylimidazole.
Additionally, to further confirm the presence of the above dual-ligands in the present
sample, we perform Thermogravimetric Analysis (TGA) measurement for the
prepared hematite hollow sphere, as shown in supporting information Figure S1.
Meanwhile, a kind of magnetic sample was prepared by 500 o C calcination treatment for the pre-obtained hematite hollow sphere. Then the obtained magnetic
sample can be assigned to pure maghemite phase via performing XRD testing,as
shown in Figure 5a. The magnetic iron oxide sample displays good crystalline
features and no impurity peaks were detected in present XRD pattern. Moreover, it
was observed that the magnetic sample exhibits a well-defined spherical structure
(Figure 5b); the mean diameter of the sphere was measured to be around 550 nm,
which is very similar to the pre-obtained hematite sphere, indicating high structural
integrity of the iron oxide hollow sphere after calcination treatment.
Additionally, high-magnification FESEM results find that the prepared maghemite
sphere displays visibly hollow features (Figure 5c) and has a shell thickness of 100 nm. Remarkably, this hollow feature of the magnetic sphere can be seen by TEM testing (Figure 5d and e). HRTEM image reveals a well-defined crystalline stripe of the maghemite sphere, with a mean spacing of 4.82 ?, corresponding to (111) planes, taken together, these data clearly demonstrate the complete formation of the maghemite sample.
To further explore their porosity features of the prepared iron oxide hollow spheres, the isothermal N2adsorption-desorption analysis was performed. The N2 adsorption-desorption isotherms at 77 K of the as-prepared iron oxide hollow spheres are plotted in Figure 6a and b; wherein, the nitrogen adsorption isotherms display a typical IV type curve. The loop nature of the nitrogen adsorption isotherms suggests a specific mesopore feature. In addition, according to the corresponding Barrett-Joyner-Halenda (BJH) model curves, the specific surface area of the prepared hematite and maghemite spheres are estimated as 31.9 and 7.2 m2/g, respectively. While the pore-size-distributions of the prepared hematite sphere are estimated to be 5.1 nm, remarkably, it was found that the prepared maghemite sphere obviously displays dual-pore-size-distributions (c.a. 4.5 and 13.8 nm) (Figure 6b, insert).
To better explore the formation process of the hollow spheres, we perform a series of comparative experiments investigating how experimental conditions affect the morphologies and structures of the resultant Fe2O3. When increasing the volume of water to 2.5 mL, other reaction conditions were constant; then, large amounts of hollow sphere and small amount of hollow circle-like structure can be obtained Page 8 of 22
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(Figure S2 and 3). By further increasing the volume of water to 5 mL, thus the formed
Fe2O3 sample displays a hollow circle-like morphology with an average diameter of
~500 nm (Figure S4). Remarkably, a class of specific porous plate-like iron oxide
sample can be formed using a water volume of 7.5 mL; it was observed that the
plate-like structure was actually composed of numerous smaller sized particles
(Figure S5). Similarly, when the water volume was increased to 10 mL, then, the
formed Fe2O3 sample exhibits a similarly analogous plate-like structure (Figure S6).
These findings demonstrate that variation of water volume in this system can greatly
modulate the coordination modes between the dual-ligands and Fe3+during the
hydrothermal reaction and further influence the morphologies of the resulting Fe2O3
products.
Meanwhile, we also explored the effect of various ligands on the prepared iron
oxide samples and found that a specific kind of Fe2O3 sample was formed only in the
presence of 2-methylimidazole (Figure S7). It was observed that the prepared Fe2O3
sample displays irregular particle morphology; the mean size of the irregular particle
was calculated to be ~ 80 nm (Figure S7b). In contrast, another specific kind of Fe2O3
sample could only be formed in the presence of Trimesic acid, the prepared Fe2O3
sample displays spherical morphology, but, its size distribution is not uniform (Figure
S8). These data clearly demonstrate that the formation of uniform Fe2O3 spheres are
determined by the synergistic interplay of the dual ligands Trimesic acid and
2-methylimidazole. Further research will be required to establish the formation
mechanisms of the Fe2O3 hollow spheres.
Iron oxides have been widely investigated as potential high capacity anode materials for LIBs.22-27Electrochemical lithium storage in iron oxides follows the conversion reaction mechanism described by Equation (1): 20, 31
Fe2O3+ 6 Li++ 6 e-3Li2O + 2Fe (1)
The formation of Li2O and Fe in the forward reaction is thermodynamically favourable during the discharge process. However, the extraction of Li+ ion from Li2O in the reverse process is more difficult, which implies that a certain extent of irreversibility is inevitable. It is known that many characteristics of nanoparticles, such as their structure, size and phase, have crucial influence over the electrochemical performance. Specific hollow spheres assembled from nanoparticles might possess the advantages of enhanced electrochemical reactivity from the nanoscale building blocks, together with improved structural stability and integrity.
As such, we investigated the lithium-ion storage properties of the prepared Fe2O3 hollow sphere-based anodes. The charge–discharge voltage profiles of the anode show a distinct voltage plateau at about 1.0 V (Figure 7A and B), which is consistent with previous reports.18, 21 This conversion reaction provides the dominant contribution to the lithium-storage capacity of the hollow hematite sphere-based anode material and gives rise to a high initial discharge capacity of 935 mA h/g. A reversible charge capacity of 890 mA h/g can be delivered (Figure 7A), which leads to a relatively low irreversible capacity loss of 4.7 %. Meanwhile, the initial discharge capacity for the hollow maghemite sphere-based anode was 726 mA h/g, its reversible charge capacity was 633 mA h/g (Figure 7B), corresponding to an irreversible capacity loss of ~ Page 10 of 22
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13.6 %. Such initial irreversible capacity loss is likely ascribed to the formation of
solid–electrolyte interface (SEI) and some other side reactions.18However, the
moderate surface area of the hollow spheres limits irreversible surface reactions. In
addition, the Columbic efficiency increases rapidly to 100% in the initial several
cycles (Figure 7C).
On the other hand, the cycling performances of the two iron oxide sphere-based
anodes at a constant current density of 0.1 C between 0.05 and 3.0 V are depicted in
Figure 7C. By contrast, during the initial several cycles, a rapid decay of capacity was
observed for the prepared hematite sphere-based anode, with only 371 mA h/g
capacity remaining at 0.1 C after 60 cycles, corresponding to a capacity loss of ~
45.7 %. While the maghemite hollow sphere-based anode exhibits a capacity as high
as 521 mA h/g at 0.1 C after 60 cycles, indicating good cycling durability, probably
due to the fast diffusion of Li+ ions on the porous hollow sphere surface and excellent
structural stability in the maghemite sphere-based anode.5, 21, 33
In addition, rate performance testing was also performed for iron oxide sphere- based anodes at varying rates. Specially, it was observed that the discharge capacity of
the Fe2O3hollow sphere based-anodes was obviously decreased after 10 cycles at a
current density of 0.1 C. Whereas the discharge capacities can be remained at around
472 and 590 mA h/g for hollow hematite and maghemite sphere-based anodes,
respectively, as shown in Figure 7D. After 20 cycles, their discharge capacities are
almost relatively stable. Unfortunately, the discharge capacity for the maghemite
based-anode was retained at 144 mA h/g at 0.5 C after 10 cycles, which may be
ascribed to possible electrode structure destroy.28, 31, 35In addition, the discharge capacities under different rate conditions are 84 mA h/g at 1 C, 45 mA h/g at 2C, and 24 mA h/g at 5 C. Similar behaviour was observed for the prepared hollow hematite sphere-based anode, results were shown in Figure 7D. We speculate that this could be resulted from the structural collapse and accumulated interfacial polarization at high rates in present anodes system.36, 37
Taken together our findings demonstrate an enhanced specific capacity and cycling stability of the hollow sphere-based anodes. These hollow spheres formed via numerous nanoparticles assemblies are likely to have high structural integrity. Moreover, this superior electrochemical performance of iron oxide hollow spheres could be attributed to the mesoporous shell, which provides a fast and efficient Li ions transport channel, plus a large hollow interior that provides greater lithium-ion storage capability and allows the active material to effectively buffer the stress and volume change during the charge/discharge process.
Conclusions:
In summary, we have demonstrated that a class of porous Fe2O3hollow spheres were prepared by specific dual-ligands coordination effects during the hydrothermal reaction process. The prepared Fe2O3 hollow spheres display a uniform hollow feature and good crystalline nature. Interestingly, the prepared hematite sphere can be converted into magnetic maghemite after calcination at 500 o C for 5 h. The prepared Fe2O3samples serve as anode materials in lithium-ion battery and exhibit a high specific capacity of 935 mA h/g and excellent cycling stability after 60 cycles, which Page 12 of 22
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could be associated with their porous feature and the specific hollow nanostructure of
the Fe2O3 samples. The interesting finding should open a new and versatile route for
the preparation of other hollow metal oxides nanomaterials and further highlights the
potential in catalytic, environmental treatment, information storage, and
biology-related fields.
Acknowledgement:
We thank the funding support from the National Science Foundation of
China (NSFC) (No. 21001087, 21173167, 51172211), Program for New Century
Excellent Talents in University (NCET-13-0953), the Science and Technology
C o m m i t t e e o f S h a n n x i P r o v i n c e(G r a n t N o.2014K W09-03).
The postdoctoral programme of China.
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Captions:
Figure 1: Schematic illustration of the formation process of the iron oxide hollow nanospheres.
Figure 2:XRD pattern of the prepared Fe2O3sample via 150 o C hydrothermal reaction for 36 h in 13.5 mL DMF and 1.5 mL water mixture system.
Figure 3: Typically hematite hollow sphere structure, (a-c) FESEM images with different magnifications; (d) TEM image; (e) HRTEM image. Wherein, t he hollow hematite sphere was prepared via 150 o C hydrothermal reaction for 36 h in 13.5 mL DMF and 1.5 mL water mixture solution.
Figure 4:FTIR of the prepared hollow hematite sphere via 150 o C hydrothermal reaction for 36 h in 13.5 mL DMF and 1.5 mL water mixture system.
Figure 5: Typically hollow sphere of the prepared magnetic Fe2O3, (a) XRD pattern; (b-c) FESEM images with different magnifications; (d-e) TEM images with different magnifications; (f) HRTEM image. Wherein, t he magnetic hollow Fe2O3 nanosphere was prepared via 150 o C hydrothermal reaction for 36 h and followed by calcination treatment at 500 o C furnace for 5 h under N2 atmosphere.
Figure 6: Isothermal N2absorption-desorption measurement of the prepared iron oxides at different conditions, (a) before calcination; (b) after calcination at 500 o C furnace for 5 h, wherein, insets are pore-size-distribution curves. Page 16 of 22
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Figure 7: Charge-discharge voltage profiles (A) before calcination; (B) after
calcination at 500 o C; (C) Comparative cycling performance and Columbic efficiency
curves at 0.1 C testing conditions; (D) rate capability curves of different iron oxide
hollow sphere-based anodes.
Figures:
Figure 1
Figure 2
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【关键字】高中 【成才之路】2015-2016学年高中物理第一章运动的描述限时检测 新人教版必修1 本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟。 第Ⅰ卷(选择题共40分) 一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分) 1.如图所示是体育摄影中“追拍法”的成功之作，摄影师眼中清晰的运动员是运动的，而模糊的背景是运动的，摄影师用自己的方式表达了运动的美。请问摄影师选择的参考系是( ) A．大地B．太阳 C．自身D．步行的人 答案：C 解析：日常生活中的许多运动现象实际上都是站在某一参考系的角度去描述的，本题中运动员是运动的，选择的是相对运动员运动的物体，故选项C是正确的。 2．如图所示，下列物体或人可以看成质点的是( ) A．研究从北京开往天津的一列高速列车的速率 B．研究绕月球运动的“嫦娥二号”卫星的运行姿态 C．体操运动员在单杠比赛中 D．表演精彩芭蕾舞的演员 答案：A 解析：研究卫星的飞行姿态时，不能把卫星视为质点，B错；完成单杠动作的运动员和表演芭蕾舞的演员，他们的姿态、肢体动作是需要研究的，不能把他们看成质点，C、D错；从北京开往天津的高速列车的形状、大小对于所研究的问题可忽略，可看成质点，A正确。 3．(长春市第十一中学2014～2015学年高一上学期检测)下列说法中正确的是( ) A．平均速率等于平均速度的大小 B．长春市十一高中7：20学生开始上课，其中“7：指的是时间 C．仁川亚运会的赛跑中，运动员跑完全程的位移和路程的大小相等 D．速率为瞬时速度的大小，速率是标量 答案：D 解析：平均速度是物体的位移与时间的比值，是矢量，所以A错误；“7：20”指的是时
一、第一章运动的描述易错题培优（难） 1．一个质点做方向不变的直线运动，加速度的方向始终与速度方向相同，但加速度大小逐渐减小直至为零，在此过程中（） A．速度逐渐减小，当加速度减小到零时，速度达到最小值 B．速度逐渐增大，当加速度减小到零时，速度达到最大值 C．位移逐渐增大，当加速度减小到零时，位移将还要增大 D．位移逐渐减小，当加速度减小到零时，位移将不再减少 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】 AB．一个质点做方向不变的直线运动，加速度的方向始终与速度方向相同，但加速度大小逐渐减小直至为零，在此过程中，由于加速度的方向始终与速度方向相同，所以速度逐渐增大，当加速度减小到零时，物体将做匀速直线运动，速度不变，而此时速度达到最大值，故A错误，B正确。 CD．由于质点做方向不变的直线运动，所以位移逐渐增大，当加速度减小到零时，速度不为零，所以位移继续增大，故C正确，D错误。 故选BC。 2．如图，直线a和曲线b分别是在平直公路上行驶的汽车a和b的位置一时间（x一t）图线，由图可知 A．在时刻t1，a车追上b车 B．在时刻t2，a、b两车运动方向相反 C．在t1到t2这段时间内，b车的速率先减少后增加 D．在t1到t2这段时间内，b车的速率一直比a车大 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】 由x—t图象可知，在0-t1时间内，b追a，t1时刻相遇，所以A错误；在时刻t2，b的斜率为负，则b的速度与x方向相反，所以B正确；b图象在最高点的斜率为零，所以速度为零，故b的速度先减小为零，再反向增大，所以C正确，D错误．
3．甲、乙两辆赛车从同一地点沿同一平直公路行驶。它们的速度图象如图所示，下列说法正确的是( ) A．60 s时,甲车在乙车的前方 B．20 s时,甲、乙两车相距最远 C．甲、乙加速时,甲车的加速度大于乙车的加速度 D．40 s时,甲、乙两车速度相等且相距900m 【答案】AD 【解析】 【详解】 A、图线与时间轴包围的面积表示对应时间内的位移大小，由图象可知60s时，甲的位移大于乙的位移，所以甲车在乙车前方，故A正确； B、40s之前甲的速度大于乙的速度，40s后甲的速度小于乙的速度，所以40s时，甲乙相距最远，在20s时，两车相距不是最远，故B错误； C、速度?时间图象斜率表示加速度，根据图象可知，甲加速时的加速度小于乙加速时的加速度，故C错误； D、根据图象可知，40s时，甲乙两车速度相等都为40m/s，甲的位移 ，乙的位移，所以甲乙相距，故D正确； 故选AD。 【点睛】 速度-时间图象切线的斜率表示该点对应时刻的加速度大小，图线与时间轴包围的面积表示对应时间内的位移大小，根据两车的速度关系知道速度相等时相距最远，由位移求相距的距离。 4．在下图所示的四个图象中，表示物体做匀速直线运动的图象是（）
高一物理单元测试试题 第一章运动的描述 时间40分钟，赋分100分 一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正 确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分. 1．某校高一的新同学分别乘两辆汽车去市公园游玩。两辆汽车在平直公路上运动，甲车内一同学看见乙车没有运动，而乙车内一同学看见路旁的树木向西移动。如果以地面为参考系，那么，上述观察说明 A．甲车不动，乙车向东运动B．乙车不动，甲车向东运动 C．甲车向西运动，乙车向东运动D．甲、乙两车以相同的速度都向东运动 2．下列关于质点的说法中，正确的是 A．质点是一个理想化模型，实际上并不存在，所以，引入这个概念没有多大意义 B．只有体积很小的物体才能看作质点 C．凡轻小的物体，皆可看作质点 D．如果物体的形状和大小对所研究的问题属于无关或次要因素时，即可把物体看作质点 3．某人沿着半径为R的水平圆周跑道跑了1.75圈时，他的 A．路程和位移的大小均为3.5πR B．路程和位移的大小均为2R C．路程为3.5πR、位移的大小为2R D．路程为0.5πR、位移的大小为2R 4．甲、乙两小分队进行军事演习，指挥部通过现代通信设备，在屏幕上观察到两小分队的具体行军路线如图所示，两小分队同时同地由O点出发，最后同时到达A点，下列说法中正确的是 A．小分队行军路程s甲＞s乙 B．小分队平均速度v甲＞v乙 C．y-x图象表示的是速率v-t图象 D．y-x图象表示的是位移s-t图象 5．某中学正在举行班级对抗赛，张明明同学是短跑运动员，在百米竞赛中，测得他在5 s末的速度为10.4 m/s，10 s末到达终点的速度为10.2 m/s，则他在全程中的平均速度为 A．10.4 m/s B．10.3 m/s C．10.2 m/s D．10m/s 6．下面的几个速度中表示平均速度的是 A．子弹射出枪口的速度是800 m/s，以790 m/s的速度击中目标
第一章.运动的描述 考点一：时刻与时间间隔的关系 时间间隔能展示运动的一个过程，时刻只能显示运动的一个瞬间。对一些关于时间间隔和时刻的表述，能够正确理解。如：第4s末、4s时、第5s初均为时刻；4s内、第4s、第2s至第4s内均为时间间隔。 区别：时刻在时间轴上表示一点，时间间隔在时间轴上表示一段。 考点二：路程与位移的关系 位移表示位置变化，用由初位置到末位置的有向线段表示，是矢量。路程是运动轨迹的长度，是标量。只有当物体做单向直线运动时，位移的大小.等于路程。一般情况下，路程邈移的大小。 考点三：速度与速率的关系 考点四：速度、加速度与速度变化量的关系 考点五：运动图象的理解及应用 由于图象能直观地表示出物理过程和各物理量之间的关系，所以在解题的过程中被广泛应用。在运动学中，经常用到的有x—t图象和v —t图象。 1.理解图象的含义 (1)x —t图象是描述位移随时间的变化规律 (2)v—t图象是描述速度随时间的变化规律 2.明确图象斜率的含义
(1)x—t图象中，图线的斜率表示速度 (2)v—t图象中，图线的斜率表示加速度 第二章?匀变速直线运动的研究 考点一：匀变速直线运动的基本公式和推理 1.基本公式 ⑴速度一时间关系式：v二V o at 1 2 ⑵ 位移一时间关系式：x =v0t at2 2 2 2 ⑶ 位移一速度关系式：V -V o =2ax 三个公式中的物理量只要知道任意三个，就可求出其余两个。 利用公式解题时注意：x、v、a为矢量及正、负号所代表的是方向的不同, 解题时要有正方向的规定。 2.常用推论 1 j (1) 平均速度公式：v v0v 2 (2) 一段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度: 2 2 v o v (3) 一段位移的中间位置的瞬时速度: (4) 任意两个连续相等的时间间隔( T)内位移之差为常数(逐差相等) ：x = X m - X n 二m - n aT2考点二：对运动图象的理解及应用 1.研究运动图象 (1)从图象识别物体的运动性质 (2)能认识图象的截距(即图象与纵轴或横轴的交点坐标)的意义 (3)能认识图象的斜率(即图象与横轴夹角的正切值)的意义 (4)能认识图象与坐标轴所围面积的物理意义 (5)能说明图象上任一点的物理意义 2. x —t图象和v—t图象的比较 如图所示是形状一样的图线在x —t图象和V—t图象中,
第一章《运动的描述》单元测试题及答案． 运动的描述单元测试题 一、单项选择题。是质点的中，不能看作下1.列物体
）（ 计算从北京开往广州的的火车途中所用的时、A 间研究绕地球飞行的航天飞机相对地球的飞行、B 周期时，、沿地面翻滚前进的体操运动员C 比较两辆行驶中的车的快慢D、是正，确的中描系参关下2.列于考的述）（ A、参考系必须是和地面连在一起的物体、被研究的物体必须沿与参考系的连线运动B 参考系必须是正在做匀速直线运动的物体
或、C 是相对于地面静止的物体、参考系 是为了研究物体的运动而假定D A为不动的 那个物体B的半圆弧3.如右图，某一物体 沿两个半径为R C ，则它的位移和路程分别 C运动到由A 是 2 ( ) A、0，0 B、4 R向下， πR C、4πR向下、4R D、4R向下，2 πR
4.氢气球升到离地面80m的高空时从上面掉落下一物体，物体又上升了10m后开始下落，若取 向上为正，则物体从掉落开始至最终落在地面时的位移和经过的路程分别为 （） A、80m，100m B、－80m，100m C、80m，100 m D、－90 m，180 m 5.下列关于平均速度和瞬时速度的说法中
正确的是 （） A、做变速运动的物体在相同时间间隔里的平均速度是相同的 B、瞬时速度就是运动的物体在一段较短的时间内的平均速度 C、平均速度就是初末时刻瞬时速度的平均值 D、某物体在某段时间里的瞬时速度都为零，则该物体在这段时间内静止 是的确正，法说的度速加于关列下 6.( ) A、物体的速度越大，加速度也就越大 B、物体的速度为零，加速度也一定为零 3 C、物体的加速度大小等于速度的变化量与时间的比值 D、物体的加速度的方向和速度的方向总是一致
《运动的描述》单元测试 一．选择题（每题4分，共36分有的小题只有一个答案正确，有的小题有多个答案正确）1．“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走。”这两句诗描述的运动的参考系分别是（） A．竹排，流水 B．流水，青山 C．青山，河岸 D．河岸，竹排 2．以下几种关于质点的说法，你认为正确的是（） A．只有体积很小或质量很小的物体才可发看作质点 B．只要物体运动得不是很快，物体就可以看作质点 C．质点是一种特殊的实际物体D．物体的大小和形状在所研究的问题中起的作用很小，可以忽略不计时，我们就可以把物体看作质点 3．下列说法正确的是（） A．“北京时间10点整”，指的是时间，一节课是40min，指的是时刻 B．列车在上海站停了20min，指的是时间 C．在有些情况下，时间就是时刻，时刻就是时间 D．电台报时时说：“现在是北京时间8点整”，这里实际上指的是时刻 4．短跑运动员在100m竞赛中，测得75m速度为9m/s，10s末到达终点时速度为10.2m/s，则运动员在全程中的平均速度为（） A ． 9 m/s B ． 9.6 m/s C ． 10 m/s D． 10.2 m/s 5．下列说法中，正确的是（） A．质点做直线运动时，其位移的大小和路程一定相等 B．质点做曲线运动时，某段时间内位移的大小一定小于路程 C．两个位移相同的质点，它们所通过的路程一定相等 D ．两个质点通过相同的路程，它们的位移大小一定相等 6．氢氢气球升到离地面80m的高空时从上面掉落下一物体，物体又上升了10m后开始下落，若取向上为正，则物体从掉落开始至地面时位移和经过的路程分别为（） A．80m，100m B．-80m，100m C．80m，100 m D．-90 m，180 m 7．如图所示为同一打点计时器在四条水平运动的纸带上打出的点,其中a , b间的平均速度最大的是哪一条? 8.以下关于加速度的说法中，正确的是： A．加速度为0的物体一定处于静止状态 B．物体的加速度减小，其速度必随之减小C．物体的加速度增加，其速度不一定增大 D．物体的加速度越大，其速度变化越快9. 关于速度，速度改变量，加速度，正确的说法是： A．物体运动的速度改变量很大，它的加速度一定很大 B．速度很大的物体，其加速度可以很小，可以为零 C．某时刻物体的速度为零，其加速度不可能为零 D．加速度很大时，运动物体的速度一定很大
第一篇力学基础 第一章运动的描述 教学时间：5学时 本章教学目标：理解运动的绝对性和相对性；理解位置矢量和位移的不同含义；能够根据运动方程求速度和加速度，能够根据速度和加速度求运动方程的表达式；掌握伽利略变换公式，能够根据相对运动公式解决相关问题。 教学方式：讲授法、讨论法等 教学重点：能够根据运动方程求速度和加速度，能够根据速度和加速度求运动方程的表达式。 在经典力学中，通常将力学分为运动学、动力学和静力学。本章只研究运动学规律。运动学是从几何的观点来描述物体的运动，即研究物体的空间位置随时间的变化关系，不涉及引发物体运动和改变运动状态的原因。 §1.1 参考系坐标系物理模型 一、运动的绝对性和相对性 运动是物质的固有属性。从这种意义上讲，运动是绝对的。 但我们所讨论的运动，还不是这种哲学意义上的广义运动。 即使以机械运动形式而言，任何物体在任何时刻都在不停地运动着。例如，地球就在自转的同时绕太阳公转，太阳又相对于银河系中心以大约250 km/s。的速率运动，而我们所处的银河系又相对于其他银河系大约以600 km/s。的速率运动着。总之，绝对不运动的物体是不存在的。 然而运动又是相对的。
因为我们所研究的物体的运动，都是在一定的环境和特定的条件下运动。例如，当我们说一列火车开动了，这显然是指火车相对于地球(即车站)而言的因此离开特定的环境、特定的条件谈论运动没有任何意义正如恩格斯所说：“单个物体的运动是不存在的——只有在相对的意义下才可以谈运动。” 二、参考系 运动是绝对的，但运动的描述却是相对的因此，在确定研究对象的位置时，必须先选定一个标准物体(或相对静止的几个物体)作为基准；那么这个被选作标准的物体或物体群，就称为参考系。 同一物体的运动，由于我们所选参考系不同，对其运动的描述就会不同。 从运动学的角度讲，参考系的选择是任意的，通常以对问题的研究最方便最简单为原则。研究地球上物体的运动，在大多数情况下，以地球为参考系最为方便(以后如不作特别说明，研究地面上物体的运动，都是以地球为参考系)但是。当我们在地球上发射人造“宇宙小天体”时，则应以太阳为参考系。 三、坐标系 要想定量地描述物体的运动，就必须在参考系上建立适当的坐标系。 在力学中常用的有直角坐标系。根据需要，我们也可选用极坐标系、自然坐标系、球面坐标系或柱面坐标系等。 总的说来，当参考系选定后，无论选择何种坐标系，物体的运动性质都不会改变。然而，坐标系选择得当，可使计算简化。 四、物理模型 任何一个真实的物理过程都是极其复杂的。为了寻找过程中最本质、最基本的规律，我们总是根据所提问题(或所要回答的问题)，对真实过程进行理想化的简化，然后经过抽象提出一个可供数学描述的物理模型 现在我们所提的问题是确定物体在空间的位置。若物体的线度比它运动的空间范围小很多时，例如绕太阳公转的地球和调度室中铁路运行图上的列车等；或当物
第一章运动的描述 【本章阅读材料】 一．参考系 1.定义：在描述一个物体的运动时，选来作为标准的假定不动的物体，叫做参考系。 2.对同一运动，取不同的参考系，观察的结果可能不同。 3.运动学中的同一公式中涉及的各物理量应以同一参考系为标准，如果没有特别指明，都是取地面为参考系。 二．质点 1.定义：质点是指有质量而不考虑大小和形状的物体。 2.质点是物理学中一个理想化模型，能否将物体看作质点，取决于所研究的具体问题，而不是取决于这一物体的大小、形状及质量，只有当所研究物体的大小和形状对所研究的问题没有影响或影响很小，可以将其形状和大小忽略时，才能将物体看作质点。 三．时间与时刻 1.时刻：指某一瞬时，在时间轴上表示为某一点。 2.时间：指两个时刻之间的间隔，在时间轴上表示为两点间线段的长度。 3.时刻与物体运动过程中的某一位置相对应，时间与物体运动过程中的位移（或路程）相对应。 四．位移和路程 1.位移：表示物体位置的变化，是一个矢量，物体的位移是指从初位置到末位置的有向线段，其大小就是此线段的长度，方向从初位置指向末位置。 2.路程：路程等于运动轨迹的长度，是一个标量。 当物体做单向直线运动时，位移的大小等于路程。 五．速度、平均速度、瞬时速度 1.速度：是表示质点运动快慢的物理量，在匀速直线运动中它等于位移与发生这段位移所用时间的比值，速度是矢量，它的方向就是物体运动的方向。
2.平均速度：物体所发生的位移跟发生这一位移所用时间的比值叫这段时间内的平均速度，即t v x =，平均速度是矢量，其方向就是相应位移的方向。仅能粗略描述物体的运动的快慢程度。 3.瞬时速度：运动物体经过某一时刻（或某一位置）的速度，其方向就是物体经过某有一位置时的运动方向。大小称之为速率。 它能精确描述物体运动的快慢程度。 （4）极短时间内的平均速度等于某时刻的瞬时速度。 六．加速度 1.加速度是描述物体速度变化快慢的的物理量，是一个矢量，方向与速度变化的方向相同。 2.做匀变速直线运动的物体，速度的变化量与发生这一变化所需时间的比值叫加速度，即t v v t v a 0-=??= 3.对加速度的理解要点： （1）加速度的大小和速度无直接关系。质点的运动的速度大，加速度 不一定大；速度小，其加速度不一定小；速度为零，其加速度不一定为零； （2）加速度的方向不一定和速度方向相同。质点做加速直线运动时，加速度与速度方向相同；质点做减速直线运动时，加速度与速度方向相反； （3）物体做加速直线运动还是做减速直线运动，判断的依据是加速度的方向和速度方向是相同还是相反，只要加速度方向跟速度方向相同，物体的速度一定增大（即加速直线运动），只要加速度方向跟速度方向相反，物体的速度一定减小（即减速直线运动）。
第一章运动的描述 (时间：90分钟满分：100分) 一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分) 1．2008年9月25日晚21点10分，在九泉卫星发射中心将我国自行研制的“神舟”七号载人航天飞船成功地送上太空，飞船绕地球飞行一圈时间为90分钟，则() A．“21点10分”和“90分钟”前者表示“时刻”后者表示“时间” B．飞船绕地球飞行一圈，它的位移和路程都为0 C．飞船绕地球飞行一圈平均速度为0，但它在每一时刻的瞬时速度都不为0 D．地面卫星控制中心在对飞船进行飞行姿态调整时可以将飞船看成质点 2．明代诗人曾写下这样一首诗：“空手把锄头，步行骑水牛；人在桥上走，桥流水不流．”其“桥流水不流”中的“桥流”应理解成其选择的参考系是() A．水B．桥C．人D．地面 3．物体沿一直线运动，下列说法中正确的是() A．物体在第一秒末的速度是5 m/s，则物体在第一秒内的位移一定是5 m B．物体在第一秒内的平均速度是5 m/s，则物体在第一秒内的位移一定是5 m C．物体在某段时间内的平均速度是5 m/s，则物体在每一秒内的位移都是5 m D．物体在某段位移内的平均速度是5 m/s，则物体在经过这段位移一半时的速度一定是5 m/s 4．甲、乙两个物体在同一直线上运动(始终没有相遇)，当规定向东为正方向时，它们的加速度分别为a甲＝4 m/s2，a乙＝－4 m/s2.下列对甲、乙两物体运动情况的判断中，正确的是() A．甲的加速度大于乙的加速度 B．甲、乙两物体的运动方向一定相反 C．甲的加速度方向和速度方向一致，乙的加速度方向和速度方向相反 D．甲、乙两物体的速度都有可能越来越大 5．一辆汽车从静止开始由甲地出发，沿平直公路开往乙地，汽车先做匀加速运动．接着做匀减速运动，到达乙地刚好停止，其速度图象如图1所示，那么在0～t0和t0～3t0两段时间内() 图1 A．加速度大小之比为2∶1，且方向相反 B．位移大小之比为1∶2，且方向相反 C．平均速度大小之比为2∶1 D．平均速度大小之比为1∶1 6．物体由静止开始运动，加速度恒定，在第7 s内的初速度是2.6 m/s，则物体的加速度是() A．0.46 m/s2B．0.37 m/s2 C．2.6 m/s2D．0.43 m/s2 7. 图2
运动的描述单元测试题 选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项符合题目要求，有些小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选 不全的得2分，有选错或不答的得0分) 1．下列关于质点的说法正确的是( ) A．研究和观察日食时，可以把太阳看成质点B．研究地球的公转时，可以把地球看成质点 C．研究地球的自转时，可以把地球看成质点D．原子核很小，必须把它看成质点 2（多选）． 2008年9月25日晚21点10分，我国在九泉卫星发射中心将我国自行研制的“神 舟7号”宇宙飞船成功地送上太空，飞船绕地球飞行一圈时间为90分钟．则( ) A．“21点10分”和“90分钟”前者表示“时刻”后者表示“时间” B．卫星绕地球飞行一圈，它的位移和路程都为0 C．卫星绕地球飞行一圈平均速度为0，但它在每一时刻的瞬时速度都不为0 D．地面卫星控制中心在对飞船进行飞行姿态调整时可以将飞船看作质点 3．甲物体以乙物体为参考系是静止的，甲物体以丙物体为参考系又是运动的，那么，以乙 物体为参考系，丙物体的运动情况是( ) A．一定是静止的 B．运动或静止都有可能C．一定是运动的 D．条件不足，无法判断 4．两个人以相同的速率同时从圆形轨道的A点出发，分别沿ABC和ADC行走， 如图所示，当他们相遇时不相同的物理量是( ) A．速度B．位移C．路程D．速率 5．（多选）两个质点甲和乙，同时由同一地点向同一方向做直线运动， 它们的v－t图象如图所示，则下列说法中正确的是( ) A．质点乙静止，质点甲的初速度为B．质点乙运动的速度大小、方向不 变 C．第2s末质点甲、乙速度相同 D．第2s末质点甲、乙相遇 6．某人爬山，从山脚爬上山顶，然后又从原路返回到山脚，上山的平均 速率为v1，下山的平均速率为v2，则往返的平均速度的大小和平均速率是( ) ，v1＋v2 2 ， v1－v2 2 C．0， v1－v2 v1＋v2 D．0， 2v1v2 v1＋v2 7．下列关于物体运动的说法，正确的是( ) A．物体速度不为零，其加速度也一定不为零 B．物体具有加速度时，它的速度可能不会改变 C．物体的加速度变大时，速度也一定随之变大 D．物体加速度方向改变时，速度方向可以保持不变 8．下表是四种交通工具的速度改变情况，下列说法正确的是( ) 初始速度(m/s)经过时间(s)末速度(m/s) ①2311 ②03 6 ③020 6 ④010020 C．③的速度变化最快 D．④的末速度最大，但加速度最小 9．在百米决赛时(如图)，甲、乙两位计时员同时记录第一名的成绩．甲看到发令枪的烟雾 时开始计时，乙听到发令枪响开始计时．当运动员到达终点，甲、 乙同时停止计时，已知光在空气中的传播速度约为×108m/s，声 音在空气中的传播速度为340m/s.那么 ( ) A．甲、乙两位计时员所记录的时间相同 B．甲计时员所记录的时间比乙计时员所记录的时间大约少了 C．甲计时员所记录的时间比乙计时员所记录的时间大约多了 D．甲计时员所记录的时间不正确 10．小船匀速逆流而上，经过桥下时箱子落水了，船继续前进一段时间后才发现， 并立即调 头以相同的静水船速顺流而下，经过1h在下游距桥处追上．则河水流动速度为 A．h B．h C．1m/s D．条件不足，无法确定
第1章 怎样描述物体的运动测评 (时间：45分钟，满分：100分) 一、本题共8小题，每小题5分，共40分不定项选择． 1．如图所示的是体育摄影中“追拍法”的成功之作，摄影师眼中清晰的运动员是静止的，而模糊的背景是运动的，摄影师用自己的方式表达了运动的美．请问摄影师选择的参考系是 A ．大地 B ．太阳 C ．运动员 D ．步行的人 2．在下列各种情况中，物体可看做质点的是 A ．正在做课间操的同学们都可以看做质点 B ．从地面控制中心的屏幕上观察“嫦娥一号”的运动情况 时，“嫦娥一号”可以看做质点 C ．观察航空母舰上的舰载飞机起飞时，可以把航空母舰看做质点 D ．在作战地图上确定航空母舰的准确位置时，可以把航空母舰看做质点 3．中国飞人刘翔，在2008年5月10日的大阪国际田径大奖赛男子110米栏的比赛中，以13秒19的成绩如愿摘金，在大阪大奖赛上夺得五连冠．关于比赛的下列说法中正确的是 A ．110 m 是刘翔比赛中位移的大小 B ．13秒19是刘翔夺冠的时刻 C ．刘翔比赛中的平均速度约是8.3 m/s D ．刘翔经过终点线时的速度一定等于8.3 m/s 4．让一个小球从2 m 高处落下，被地面弹回，在1 m 高处被接住，则小球在这一过程中 A ．位移大小是3 m B ．位移大小是1 m C ．位移大小是2 m D ．路程是2 m 5．(2008山东学业水平测试，4)下列事例中有关速度的说法，正确的是 A ．汽车速度计上显示80 km/h ，指的是平均速度 B ．某高速公路上的限速为110 km/h, 指的是平均速度 C ．火车从济南到北京的速度约为220 km/h, 指的是瞬时速度 D ．子弹以900 km/h 的速度从枪口射出，指的是瞬时速度 6．下列对加速度的定义式a ＝Δv Δt 的理解正确的是 A ．加速度a 与速度变化量Δv 成正比 B ．加速度a 的大小由速度变化量Δv 决定 C ．加速度a 的方向与Δv 方向相同 D ．加速度a 决定于速度变化率Δv Δt 7．如图所示分别为甲、乙两物体的st 图像，则下列关于甲、乙两物体的速度都正确的是 A ．v 甲＝30 m/s v 乙＝30 m/s B ．v 甲＝20 m/s v 乙＝30 m/s C ．v 甲＝30 m/s v 乙＝20 m/s D ．v 甲＝45 m/s v 乙＝15 m/s 8．甲、乙两个物体在同一直线上运动的vt 图像如图所示，由 图像可知两物体 A ．速度方向相同，加速度方向相反 B ．速度方向相反，加速度方 向相同 C ．甲的加速度大于乙的加速度 D ．甲的加速度小于乙的加速度 第Ⅱ卷(非选择题 共60分) 二、实验题：本题15分，把答案填在题中横线上． 9．在研究匀变速直线运动的实验中，一记录小车运动情况的纸带 如图所示，图中A 、B 、C 、D 、E 、F 为相邻的计数点，相邻的计数点 间的时间间隔为T ＝0.1 s ．求： (1)各点的瞬时速度v B ＝______m/s ，v C ＝______m/s ，v D ＝______m/s ，v E ＝______m/s. (2)打点计时器打A 点开始计时，在下面图中作出小车的vt 图像．
& 鑫达捷致力于精品文档精心制作仅供参考& 高中物理学习材料 高一物理(必修1)第一章<<运动的描述>>单元练习 班级姓名：座号 一、选择题（不定项） 1.下面关于质点的说法正确的是：（ C ） A、地球很大，不能看作质点 B、原子核很小，可以看作质点 C、研究地球公转时可把地球看作质点 D、研究地球自转时可把地球看作质点 2.一小球从4m高处落下，被地面弹回，在1m高处被接住，则小球的路程和位移大小分别为： （ A ） A、5m，3m B、4m，1m C、4m，3m D、 5m，5m 3.某人坐在甲船看到乙船在运动，那么相对河岸两船的运动情况不可能的是（ D ） A、甲船不动，乙船在运动 B、甲船运动，乙船不动 C、甲、乙两船都在运动 D、甲、乙两船都以相同的速度运动 4.两辆汽车在平直公路上行驶，甲车内的人看见树木向东移动，乙车内的人发现甲车没有运动，如果以 大地为参考系，上述事实说明：（ D ） A、甲车向西运动，乙车不动 B、乙车向西运动，甲车不动 C、甲车向西运动，乙车向东运动 D、甲、乙两车以相同速度向西运动 5.下列说法正确的是：（ B ） A、质点一定是体积很小、质量很小的物体 B、地球虽大，且有自转，但有时仍可将地球看作质点 C、研究自行车的运动时，因为车轮在转动，所以无论什么情况下，自行车都不能看成质点 D、当研究一列火车全部通过桥所需的时间，因为火车上各点的运动状态相同，所以可以把火车视为 质点 6.关于位移和路程的说法中正确的是：（ CD ） A、位移的大小和路程的大小总是相等的，只不过位移是矢量，而路程是标量 B、位移是描述直线运动的，路程是描述曲线运动的 C、位移取决于始末位置，路程取决于实际运动的路线 D、运动物体的路程总大于或等于位移的大小 7.如图所示，一质点绕半径为R的圆周运动，当质点由A点运动到B点时，其位移大小和路程分别是（ C ） A．R R
一、选择题 1．下列各组物理量中，全部是矢量的是() A．位移、时间、速度、加速度 B．质量、路程、速度、平均速度 C．速度、平均速度、位移、加速度 D．位移、路程、时间、加速度 2．下列说法中的“快”，指加速度较大的是() A．小轿车比大卡车起动得快 B．协和式客机能在两万米高空飞行得很快 C．乘汽车从烟台到济南，如果走高速公路能很快到达 D．汽车在紧急刹车的情况下，能够很快地停下来 3．下表是济南至烟台的N923次列车运行时刻表的一部分，则() 车站到达时间开车时间停留时间里程/km 济南始发站08∶120 淄博09∶1509∶183110 潍坊10∶4410∶473210 蓝村12∶0512∶083341 烟台14∶35终点站524 A.表中的 B．表中的“1205”指的是时间 C．从济南到烟台列车通过的路程为524km D．从潍坊到蓝村列车的平均速度为94km/h 4．一个质点做方向不变的直线运动，加速度的方向始终与速度方向相同，但加速度的大小逐渐减小直至为零．则在此过程中() A．速度逐渐减小，当加速度减小为零时，速度达最小值 B．速度逐渐增加，当加速度减小为零时，速度达最大值 C．位移逐渐增大，当加速度减小为零时，位移将不再增大 D．位移逐渐减小，当加速度减小为零时，位移达最小值 5．一艘船以恒定的速度，往返于上、下游两码头之间．如果以时间t1和t2分别表示水的流速较小和较大时船往返一次所需的时间，那么，两时间的长短关系为() A．t1＝t2B．t1>t2 C．t1 7．将物体竖直向上抛出后，能正确表示其速率v随时间t的变化关系的图线是图中哪一图线() 8．沿直线运动的一列火车和一辆汽车在开始计时及每过1s的速度分别为v1和v2，如下表所示，从表中数据可以看出() t/s01234 火车v1/m·s－1 汽车v2/m·s－1 A. B．汽车的加速度较小 C．火车的位移在减小 D．汽车的位移在减小 9．甲、乙两位同学多次进行百米赛跑(如图所示)，每次甲都比乙提前10m到达终点，现让甲远离起跑点10m，乙仍在起跑点起跑，则() A．甲先到达终点 B．两人同时到达终点 C．乙先到达终点 第一章 运动的描述（知识框架） - 1 - 第一章 运动的描述（知识框架） 运 动 的 描 述 质点：形状、大小可忽略不计的有质量的点 物体可看成质点的条件：物体的大小、形状对研究问题的影响可忽略不计 参考系：描述一个物体运动时，用来选作标准的另外的物体 坐标系：用来准确描述物体位置及位置变化 基本概念 概念对比 时刻：是指某一瞬时，在时间轴上是一个点 时间：是时间间隔的简称，指一段持续的时间间隔， 两个时刻的间隔表示时间 路程：质点实际运动的轨迹的长度；单位m 。 位移：从物体运动的起点指向运动的终点的有向线段，表示位置的变化； 单位：m 矢量：既有大小，又有方向的物理量；如：速度、位移 标量：只有大小，没有方向的物理量；如：路程、时间 定义：物体运动的位移与时间的比值 物理意义：表示物体运动的快慢 速度 公式：t x t x =??=ν；单位：m/s 矢量性：矢量 定义：某一过程中的一段位移与其所对应的时间的比值 物理意义：粗略地表示物体运动的快慢 公式：t x t x =? ?= ν ；单位：m/s 矢量性：矢量 平均速度 速率：表示速度的大小；标量。 平均速率：表示某义过程中的一段路程与其所用的时间的比值 是一个标量 速率 速度 定义：速度的变化量与时间的比值 物理意义：表示速度变化的快慢 公式： t v v t v a t 0-=??=; 单位：m/s 2 矢量性：矢量，与速度变化量方向相同 加速度 实验 打点计时器分类：电磁打点计时器和电火花打点计时器 振动频率：均为50Hz ，即每隔0.02s 打一个点 纸带分析：a.可计算物体运动的平均速度 b ．粗略计算瞬时速度 §1.1 质点、参考系和坐标系 一.机械运动：一个物体相对于另一个物体的位置变化，叫做机械运动（简称运动）。机械运动包括：平动、转动、机械振动。物体的运动轨迹可能是直线也可能是曲 线。 二.质点：一个有质量的点，把实际物体看做一个有质量的点。质点是一个理想化的物 理模型，实际并不存在，是为了方便描述物体的运动将实际物体抽象成一个点。这个点不同于几何点，尽管它们都是零维（零维指没有长、宽、高的维）的，但质点是有质量的，它代表着实际的物体。把一个实际的物体看做质点是抓住了事物的主要矛盾而忽略了次要因素，这也是物理学研究的一种很重要的方法。今后在物理学中经常会用到这种方法。 三.实际物体能被看做质点的条件：实际物体能否被看做质点要看问题本身，同一 个物体在甲问题中能看做质点而在乙问题中就不能看成质点了。具体要注意以下几点：①如果物体的几何形状和尺度对研究问题本身影响很小，以至于可以不考虑物体的形状时可以把物体看做质点。 比如，我们要计算一列火车从北京到上海的时间，因为火车的几何尺度与北京到上海的距离无法比拟，因此我们可以把火车看成质点。 ②作平动的物体一般可以被视为质点，但这也不是绝对的。 比如，火车的运动可以被看做平动，我们要计算一列火车从北京到上海的时间，因为火车的几何尺度与北京到上海的距离无法比拟，因此我们可以把火车看成质点。但是要计算一列火车穿越一个山洞的时间时，就不能把火车看做质点了。 ③作转动的物体一般不能看作质点，但这也不是绝对的。 比如，研究一根绕固定轴转动的木棒的运动情况，就不能把木棒看作质点。但是研究作圆周运动的物体时可以把物体看做质点。 ④并不是很小的物体就一定能视为质点，而很大的物体就不能视为质点。 在高中阶段我们所接触到的物体大部分是可以被视为质点的。 例题： 1.关于运动员和球类能否看成质点，以下说法正确的是（） A.研究跳高运动员的起跳和过杆动作时，可以把运动员看成质点 B.研究花样滑冰运动员的冰上动作时，能把运动员看成质点 C.研究足球的射门速度时，可以把足球看成质点 D.研究乒乓球弧圈球的接球时，能把乒乓球看成质点 2.在下列物体的运动中，可把物体视为质点的是（） A.研究“神州七号”绕地球运动的圈数时 B.对“神州七号”进行姿态调整时 C.研究跳水运动员在空中的翻滚运动时 D.研究从滑梯上滑下的小孩 四.参考系：为了描述物体的运动，需要先选定一个假定不动的物体作标准，看要描述 的那个物体相对于这个标准物体是如何运动的，这个被选作标准的物体就叫做参考系（参照物）。 高一物理《运动的描述》单元检测卷 一.选择题。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项 正确，全部选对的得4分，选不全的得2分，共60分，有选错的或不答的得零分.将答案填入表格内。 1.下列关于质点的说法中，正确的是 A.研究飞机从北京到上海的时间，可以把飞机当作质点 B.确定轮船在大海中的位置时，可以把它当作质点来处理 C.作直线运动的物体可以看作质点 D.研究火车通过路旁一根电线杆的时间时，火车可以当作质点來处理 2.在有云的夜晚，抬头望月，觉得月亮在云中穿行，这时选収的参考系是 A月亮B云C 地面D星星 3.以下的计时数据指时间的是 A.我们下午3点20分出发，不要迟到 B.我校的百米跑记录是12秒8 C.1997年7月1日零时我国开始对香港恢复行使主权 D.世界杯足球决赛在今晚8时开始 4.关于位移和路程的关系，下列说法中正确的是 A.物体沿直线向某一方向运动时，通过的路程就是位移 B.物体沿直线向某一方向运动时，通过的路程等于位移的大小 C.物体通过的两段路程不等，但位移可能相等 D.物体通过的路程不为零，但位移可能为零 5.关于矢量和标量，下列说法中正确的是 A.矢量是既有大小又有方向的物理量 B.标量是既有大小又有方向的物理量 C.位移一10 m比5 m小 D. -10°C比5°C的温度低 6.下面的几个速度中表示平均速度的是 A.子弹射出枪口的速度是800 m/s,以790 m/s的速度击中目标 B.汽车从甲站行驶到乙站的速度是40 km/h C.汽车通过站牌时的速度是72 km/h D.小球第3 s末的速度是6 m/s 7.甲、乙两小分队进行军事演习，指挥部通过现代通信设备，在屏幕上观察到两小分队的具 体行军路线如图所示，两小分队同时同地由。点出发，最后同时 到达力点，下列说法中正确的是 A.小分队行军路程s：p>s乙 B.小分队平均速度V T>V乙 C.广x图象表示的是速率旷f图象 D.广x图象表示的是位移x-Z■图象 第一章运动的描述 （一）全章知识脉络，知识体系 基本概念图解 一、质点、参考系、位移、路程 1.下列物体中，不能看作质点的是（） A.计算从北京开往上海的途中，与上海的距离时的火车 B.研究航天飞机相对地球的飞行周期时，绕地球飞行的航天飞机 C.沿地面翻滚前进的体操运动员 D. 比较两辆行驶中的车的快慢 2.下列关于参考系的描述中，正确的是（） A.参考系必须是和地面连在一起的物体 B.被研究的物体必须沿与参考系的连线运动 C.参考系必须是正在做匀速直线运动的物体或是相对于地面静止的物体 D.参考系是为了研究物体的运动而假定为不动的那个物体 四、计算题(共27分) 16.（8分）已知一汽车在平直公路上运动，它的位移一时间图象如图（甲）所示. （1）根据图象在图（乙）所示的位置坐标轴上标出A、B、C、D、E各点代表的汽车的位置 （2）求出下列各段时间内汽车的路程和位移大小 ①第 l h内．②前6 h内③前7 h内④前8 h内 17. （9分）A、B、C三地彼此间的距离均为 a，如图所示物体以每秒走完距离a的速度从A点出发，沿折线经B、C点又回到A点试分析说明从运动开始经1 s、2 s、 3 s ，物体的位移大小和路程各为多少？ 18.（10分）如图所示为一物体沿直线运动的s-t 图象，根据图象：求 （1）第2 s 内的位移，第4 s 内的位移，前5 s 的总路程和位移 （2）各段的速度 （3）画出对应的v -t 图象 二、速度（瞬时速度、平均速度） 1．试判断下面的几个速度中哪个是瞬时速度 A ．子弹出枪口的速度是800 m/s ，以790 m/s 的速度击中目标 B ．汽车从甲站行驶到乙站的速度是40 km/h C ．汽车通过站牌时的速度是72 km/h D ．小球第3ｓ末的速度是6 m/s 2．下列说法中正确的是 A ．做匀速直线运动的物体，相等时间内的位移相等 B ．做匀速直线运动的物体，任一时刻的瞬时速度都相等 C ．任意时间内的平均速度都相等的运动是匀速直线运动 D ．如果物体运动的路程跟所需时间的比值是一个恒量，则此运动是匀速直线运动 3．下面关于瞬时速度和平均速度的说法正确的是 A ．若物体在某段时间内每时刻的瞬时速度都等于零，则它在这段时间内的平均速度一 定等于零 B ．若物体在某段时间内的平均速度等于零，则它在这段时间内任一时刻的瞬时速度一 定等于零 B 《运动的描述》单元测试题 本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分．满分100分，时间90分钟． 第Ⅰ卷(选择题共40分) 一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项符合题目要求，有些小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分) 1．下列关于质点的说法正确的是() A．研究和观察日食时，可以把太阳看成质点 B．研究地球的公转时，可以把地球看成质点 C．研究地球的自转时，可以把地球看成质点 D．原子核很小，必须把它看成质点 2．(广东惠阳08－09学年高一上学期期中)2008年9月25日晚21点10分，我国在九泉卫星发射中心将我国自行研制的“神舟7号”宇宙飞船成功地送上太空，飞船绕地球飞行一圈时间为90分钟．则() A．“21点10分”和“90分钟”前者表示“时刻”后者表示“时间” B．卫星绕地球飞行一圈，它的位移和路程都为0 C．卫星绕地球飞行一圈平均速度为0，但它在每一时刻的瞬时速度都不为0 D．地面卫星控制中心在对飞船进行飞行姿态调整时可以将飞船看作质点 3．甲物体以乙物体为参考系是静止的，甲物体以丙物体为参考系又是运动的，那么，以乙物体为参考系，丙物体的运动情况是() A．一定是静止的 B．运动或静止都有可能 C．一定是运动的 D．条件不足，无法判断 ． 4．(福建厦门一中09－10学年高一上学期期中)两个人以相同的速率同时从圆形轨道的A点出发，分别沿ABC和ADC行走，如图所示，当他们相遇时不相同的物理量是() A．速度B．位移 C．路程D．速率 5．两个质点甲和乙，同时由同一地点向同一方向做直线运动，它们的v －t 图象如图所示，则下列说法中正确的是( ) A ．质点乙静止，质点甲的初速度为零 B ．质点乙运动的速度大小、方向不变 C ．第2s 末质点甲、乙速度相同 D ．第2s 末质点甲、乙相遇 6．某人爬山，从山脚爬上山顶，然后又从原路返回到山脚，上山的平均速率为v 1，下山的平均速率为v 2，则往返的平均速度的大小和平均速率是( ) A.v 1＋v 22，v 1＋v 22 B.v 1－v 22，v 1－v 2 2 C ．0，v 1－v 2 v 1＋v 2 D ．0，2v 1v 2 v 1＋v 2 7．(银川一中09－10学年高一上学期期中)下列关于物体运动的说法，正确的是( ) A ．物体速度不为零，其加速度也一定不为零 B ．物体具有加速度时，它的速度可能不会改变 C ．物体的加速度变大时，速度也一定随之变大 D ．物体加速度方向改变时，速度方向可以保持不变 8．下表是四种交通工具的速度改变情况，下列说法正确的是( ) 初始速度(m/s) 经过时间(s) 末速度(m/s) ① 2 3 11 ② 0 3 6 ③ 0 20 6 ④ 100 20 A.①的速度变化最大，加速度最大 B ．②的速度变化最慢 C ．③的速度变化最快 D ．④的末速度最大，但加速度最小1-：第一章 运动的描述(知识框架)
第一章 运动的描述
《运动的描述》单元检测卷.docx
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高一物理必修一第一章《运动的描述》单元测试题(含详细解答)[1]
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