01质点运动学习题解答

学考考前大作战01：质点的直线运动一、基础在线、夯实双基提示：质量大小形状同一不同有向线段直线距离初位置末位置比值ΔxΔt运动快慢ΔvΔt速度变化量加速度相同相反v0＋at v0t＋12at2v2－v20aT2(m－n)v0＋v2v20＋v22静止gt 12gt22gh 竖直向上重力v0－gt－2gh二、自我诊断、考点快练1．(2020·1月浙江选考)如图所示，新中国成立70周年阅兵仪式上，国产武装直升机排列并保持“70”字样编队从天安门上空整齐飞过．甲、乙分别是编队中的两架直升机，则()A．以甲为参考系，乙是运动的B．以乙为参考系，甲是运动的C．以甲为参考系，坐在观众席上的观众都是静止的D．以乙为参考系，“70”字样编队中所有直升机都是静止的答案：D2．(2020·温州质检)下列说法中正确的是()A．研究短跑运动员的起跑动作时，可将运动员看做质点B．研究汽车在上坡时有无翻倒的危险时，可将汽车看做质点C．“两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山”是以“万重山”为参考系的D．升国旗时，观察到国旗冉冉升起，观察者是以“国旗”为参考系的解析：选C.研究短跑运动员的起跑动作时，所研究对象的大小和形状不能忽略，故运动员不能看做质点；研究汽车翻倒是转动问题，不能看做质点，故A、B错误．选项C中的研究对象是“轻舟”，已过“万重山”，是以“万重山”为参考系，该选项正确；选项D中的研究对象是“国旗”，是以地面或旗杆为参考系的，该选项错误．3.(2020·浙江省名校协作体试题)港珠澳大桥全长49.968公里，2018年10月24日9点正式通车，这座大桥的开通使得香港到珠海和澳门车程仅需30分钟．下列说法正确的是()A．30分钟是指时刻B．24日9点是指时间C．49.968公里是指路程D．49.968公里是指位移答案：C4. (2020·浙江9＋1联盟考试)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，则在此过程中()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，位移将不再增大D ．位移逐渐减小，当加速度减小到零时，位移达到最小值[解析] 加速度方向与速度方向相同，物体做加速运动，加速度减小到零，速度达到最大，由于速度方向不变，则位移逐渐增大，加速度减小到零，位移继续增大．故B 正确，A 、C 、D 错误．[答案] B5. (多选)如图所示，物体沿曲线轨迹的箭头方向运动，AB 、ABC 、ABCD 、ABCDE 四段曲线轨迹运动所用的时间分别是1 s 、2 s 、3 s 、4 s ．下列说法错误．．的是( )A ．物体在AB 段的平均速度大小为1 m/sB ．物体在ABC 段的平均速度大小为52m/s C ．AB 段的平均速度比ABC 段的平均速度更能反映物体处于A 点时的瞬时速度D ．物体在B 点的速度等于AC 段的平均速度解析：选D.由v ＝Δx Δt 可得：v AB ＝11 m/s ＝1 m/s ，v AC ＝52m/s ，故A 、B 均正确；所选取的过程离A 点越近，其阶段的平均速度越接近A 点的瞬时速度，故C 正确；由A 经B 到C 的过程不是匀变速直线运动过程，故B 点虽为AC 段的中间时刻，但其速度不等于AC 段的平均速度，故D 错误．6. (2018·4月浙江选考)如图所示，竖井中的升降机可将地下深处的矿石快速运送到地面．某一竖井的深度为104 m ，升降机运行的最大速度为8 m/s ，加速度大小不超过1 m/s 2.假定升降机到井口的速度为0，则将矿石从井底提升到井口的最短时间是( )A ．13 sB ．16 sC ．21 sD ．26 s解析：选C.升降机先加速上升，加速距离为h 1＝v 22a＝32 m ，后匀速上升，再减速上升，减速距离h 3＝h 1＝32 m ，故中间匀速阶段h 2＝40 m ，所以t ＝t 1＋t 2＋t 3＝(8＋5＋8)s ＝21 s ，C 正确．7．物体由静止开始做匀加速直线运动，加速8 s 后，立即做匀减速直线运动，再经过4 s 停下．关于该物体的运动情况，下列说法正确的是( )A ．加速、减速过程中的加速度大小之比为2∶1B ．加速、减速过程中的平均速度大小之比为2∶1C ．加速、减速过程中的位移大小之比为2∶1D ．加速、减速过程中速度的变化率大小之比为2∶1解析：选C.设匀加速直线运动的末速度为v ，则加速阶段的加速度a 1＝v t 1，减速阶段的加速度大小a 2＝v t 2，可知a 1∶a 2＝t 2∶t 1＝1∶2，则速度变化率之比为1∶2，故A 、D 错误；根据匀变速直线运动的推论知，匀加速和匀减速阶段的平均速度均为v ＝v 2，即平均速度大小之比为1∶1，故B 错误；加速阶段和减速阶段的平均速度之比为1∶1，时间之比为2∶1，根据x ＝vt 得，位移之比为2∶1，故 C 正确．8. (2020·杭州市萧山区第八高级中学期末)自驾游是目前比较流行的旅游方式，在人烟稀少的公路上行驶，司机会经常遇到动物经过公路的情形．如图所示是一辆汽车正在以v ＝20 m/s 的速度匀速行驶，突然公路上冲出几只小动物，司机马上刹车，假设刹车过程是匀减速运动，加速度大小为4 m/s 2，小动物与汽车距离约为55 m ，以下说法正确的是( )A ．汽车匀减速6 s 末的速度为－4 m/sB ．汽车一定撞上小动物C ．汽车第二秒初的速度为16 m/sD ．汽车最后一秒的位移为4 m解析：选C.由题可知初速度为v ＝20 m/s ，加速度为a ＝－4 m/s 2，设经过t 0时间停止运动，则根据速度与时间关系可知：t 0＝0－v a＝5 s ，可知汽车6 s 末的速度为0，故A 错误；由题可知，汽车刹车的距离为x ＝0＋v 2·t 0＝50 m<55 m ，即汽车没有撞上小动物，故B 错误；汽车第二秒初的速度即为刹车第一秒末的速度，根据速度与时间关系可知：v 1＝v ＋at 1＝20 m/s ＋(－4 m/s 2×1 s)＝16 m/s ，故C 正确；根据逆向思维可知，汽车最后一秒的位移为x ′＝12at ′2＝12×4×12 m ＝2 m ，故D 错误． 9．(2016·10月浙江选考)某探险者在野外攀岩时，踩落一小石块，约5 s 后听到石块直接落到崖底的声音．探险者离崖底的高度最接近的是( )A ．25 mB ．50 mC ．110 mD ．150 m解析：选C.小石头落入崖底，其下落过程可以看做自由落体运动，有h ＝12gt 2，代入数据得h ＝12×10×52 m ＝125 m ，考虑到声音传回来大约有0.3 s ，故下落距离应略小于125 m ，选项C 正确．10．如图所示，水平传送带匀速运动，在传送带的右侧固定一弹性挡杆．在t ＝0时刻，将工件轻轻放在传送带的左端，当工件运动到弹性挡杆所在的位置时与挡杆发生碰撞，已知碰撞时间极短，不计碰撞过程的能量损失．则从工件开始运动到与挡杆第二次碰撞前的运动过程中，下列工件运动的v －t 图象可能正确的是( )解析：选C.工件与挡杆碰前可能未达传送带的速度(选项A)，也可能已与传送带一起匀速运动(选项B 、C 、D)，碰后以碰前大小相等的速度反弹，这部分四个选项均正确．反弹后工件向左匀减速到零，然后向右匀加速到传送带的速度时再与挡杆相碰，可见只有C 正确．11．一质点在x 轴上运动，在t 0＝0时刻质点处于位置x 0＝0处，然后质点沿x 轴正方向运动，在t 1＝2 s 时刻质点处于位置x 1＝10 m 处，此后质点沿x 轴负方向运动，在t 2＝4 s 时刻质点处于位置x 2＝－10 m 处，求：(1)质点在0～4 s 内的平均速率；(2)后2 s 内质点的平均速度和0～4 s 内的平均速度。

对上式积分，并代人初始条件 x = 0， v ∴ v v0 e
kx
v0 ，有
x dv kdx v0 v 0 v
，得证。
1-7. 如图所示，质点 P 在水平面内沿一半径为 R=2 m 的圆轨道转动．转动的角速度 与时间 t 的函数关系为
kt 2 (k 为常量)．已知 t 2s 时，质点 P 的
s
t
t
a0
2
)d t
故各瞬时
s
a0 2 a0 3 t t 2 6
当 t = n 时，质点的速度 v n
1 n(n 2)a0 ； 2 1 2 2 质点走过的距离 s n n (n 3)a0 6
M S B
1-4．质点 M 在水平面内的运动轨迹如图所示，OA 段为直线， AB、 BC 段分别为不同半径的两个 1/4 圆周． 设 t =0 时，M 在 O 点，已知运动学方程为 S =30t+5t2 (SI) 求 t =2 s 时刻，质点 M 的切向加速度和法向加速度． 解：首先求出 t=2 s 时质点在轨迹上的位置， S =80 (m)，质点在大圆上。 各瞬时质点的速率： v dS / dt 30 10t ∴ t =2 s 时, v =50 m/s 各瞬时质点的切向加速度和法向加速度：
其中 b、c 是大于零的常量，求从 t 0 开始到切向加速度与法向加速度大小相等时所经历的 时间． 解： v dS / dt b ct
at dv / dt c
2
an b ct / R
根据题意，
c b ct / R ， 解得
2
t
b Rc c
1-6．一艘正在沿直线行驶的电艇，在发动机关闭后，其加速度方向与速度方向相反， 大小与速度平方成正比，即 dv /d t kv ， 式中 k 为常量．试证明电艇在关闭发动机后

第1章 质点运动学习题解答1-9 质点运动学方程为k j e i e r t t ˆ2ˆˆ22++=- .⑴求质点轨迹；⑵求自t= -1到t=1质点的位移。

解：⑴由运动学方程可知：1,2,,22====-xy z e y e x t t ，所以，质点是在z=2平面内的第一像限的一条双曲线上运动。

⑵j e e i e e r r r ˆ)(ˆ)()1()1(2222---+-=--=∆j i ˆ2537.7ˆ2537.7+-=。

所以，位移大小：︒==∆∆=︒==∆∆=︒=-=∆∆==+-=∆+∆=∆900arccos ||arccos z 45)22arccos(||arccos y 135)22arccos(||arccos x ,22537.72537.7)2537.7()()(||2222r zr y r x y x rγβα轴夹角与轴夹角与轴夹角与1-10 ⑴k t j t R i t R r ˆ2ˆsin ˆcos ++= ，R 为正常数，求t=0,π/2时的速度和加速度。

⑵kt j t i t r ˆ6ˆ5.4ˆ332+-= ，求t=0,1时的速度和加速度（写出正交分解式）。

解：⑴kj t R i t R dt r d v ˆ2ˆcos ˆsin /++-== jR a k i R v iR a k j R v j t R i t R dt v d a t t t t ˆ|,ˆ2ˆ|,ˆ|,ˆ2ˆ|.ˆsin ˆcos /2/2/00-=+-=-=+=∴--======ππ ⑵kt j dt v d a k t j t i dt r d v ˆ36ˆ9/,ˆ18ˆ9ˆ3/2+-==+-== ； kj a k j i v j a i v t t t t ˆ36ˆ9|,ˆ18ˆ9ˆ3|,ˆ9|,ˆ3|1100+-=+-=-======1-12质点直线运动的运动学方程为x=acost,a 为正常数，求质点速度和加速度，并讨论运动特点（有无周期性，运动范围，速度变化情况等）解：t a dt dv a t a dt dx v t a x x x x cos /,sin /,cos -==-=== 显然，质点随时间按余弦规律作周期性运动，运动范围：a a a a v a a x a x x ≤≤-≤≤-≤≤-,,1-13图中a 、b 和c 表示质点沿直线运动三种不同情况下的x-t 图像，试说明每种运动的特点（即速度，计时起点时质点的位置坐标，质点位于坐标原点的时刻）解：质点直线运动的速度 dt dx v /=，在x-t 图像中为曲线斜率。

-36 m z^2
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1-3 一辆汽车沿笔直的公路行驶，速度 和时间的关系如图中折线OABCDEF^示。
(1)试说明图中0九AB. BC、CD、
DE、线段各表示什么运动？
(2)根据图中的曲线与数据，求汽车在整个行驶过程中所走的路程、位移和平均速度。
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解：由图的总面积可得到路程为:S =^(30+10)x5 ++(20x10) = 200(m)
总位移为：△ x= (30+10)x5 - +(20x10)=0 所以平均速度也为零
EB H录
1-4,直线1与圆弧2分别表示两质点A、B
从同一地点出发，沿同一方向做直线运动的 v-t图。已知S的初速vQ=b m/s,它的速率由
&变为0所化的时间为h(1) 试求好在时刻t 的加速度；(2) 设在B停止时，A恰好追上B，求A的速 度；(3) 在什么时候，A、B的速度相同？
1-12在竖直平面内，
光滑钢丝被弯成
图示曲线。质点穿在钢丝上，可沿它滑动。
己知其切向加速度为-gsinO ,9是曲线切向
与水平方向夹角。试证：质点在各处的速率a与其位置 坐标y有如下关系: v2-vo2 = 2g [y0-y) 式中〃。与％分别为
其初速度与初位置。
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y
dv dt
sin^=^ds
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—22 m/s
解：x = 4r - 2t3(1) △x=x-0=4m4x2-2><23= _8m
△久 _8 = _ 4111/s
P= △ t = 2
v= ^ = 4-6t2 = 4-6x22= -20 m/s
dt(2 ) △ JC =义3—-X^2=(4x 3 ™2x 33)- (4x l-2x 13)