高中物理人教版 (2019)必修 第一册3 位置变化快慢的描述——速度精品当堂达标检测题

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册3 位置变化快慢的描述——速度精品当堂达标检测题，共9页。
一、初速度为零的匀加速直线运动的比例式
飞机、火车、汽车等交通工具由静止到稳定运动的过程都可以看作从零开始的匀加速直线运动。若一辆汽车从静止开始做匀加速直线运动，则求汽车：
(1)1 s末、2 s末、3 s末的瞬时速度之比；
(2)1 s内、2 s内、3 s内的位移之比；
(3)第1 s内、第2 s内、第3 s内的位移之比；
(4)通过连续相等的位移(通过第一个x、第二个x、第三个x)所用时间之比。
答案 (1)由v＝at得1 s末、2 s末、3 s末的瞬时速度之比为1∶2∶3
(2)由x＝eq \f(1,2)at2得1 s内、2 s内、3 s内的位移之比为1∶4∶9
(3)由1 s内、2 s内、3 s内位移之比为1∶4∶9
知第1 s内、第2 s内、第3 s内位移之比为1∶3∶5
(4)通过第一个x，x＝eq \f(1,2)at12，t1＝eq \r(\f(2x,a))
通过前两个x,2x＝eq \f(1,2)at22，t2＝eq \r(2)eq \r(\f(2x,a))
通过第2个x，t2′＝(eq \r(2)－1)t1
通过前三个x,3x＝eq \f(1,2)at32，t3＝eq \r(3)eq \r(\f(2x,a))
通过第3个x，t3′＝(eq \r(3)－eq \r(2))t1
故通过第1个x，第2个x、第3个x所用时间之比为1∶(eq \r(2)－1)∶(eq \r(3)－eq \r(2))
1．初速度为0的匀加速直线运动，按时间等分(设相等的时间间隔为T)，则：
(1)T末、2T末、3T末、…、nT末的瞬时速度之比为：v1∶v2∶v3∶…∶vn＝1∶2∶3∶…∶n。
(2)T内、2T内、3T内、…、nT内的位移之比为：x1∶x2∶x3∶…∶xn＝12∶22∶32∶…∶n2。
(3)第1个T内、第2个T内、第3个T内、…、第n个T内的位移之比为：
x1′∶x2′∶x3′∶…∶xn′＝1∶3∶5∶…∶(2n－1)。
2．初速度为零的匀加速直线运动按位移等分(设相等的位移为x)的比例式
(1)通过前x、前2x、前3x、…、前nx的位移时的瞬时速度之比为：v1∶v2∶v3∶…∶vn＝1∶eq \r(2)∶eq \r(3)∶…∶eq \r(n)。
(2)通过前x、前2x、前3x、…、前nx的位移所用时间之比为：t1∶t2∶t3∶…∶tn＝1∶eq \r(2)∶eq \r(3)∶…∶eq \r(n)。
(3)通过连续相同的位移所用时间之比为：
t1′∶t2′∶t3′∶…∶tn′＝1∶(eq \r(2)－1)∶(eq \r(3)－eq \r(2))∶…∶(eq \r(n)－eq \r(n－1))。
例1 一个物体做初速度为零的匀加速直线运动，比较它在开始运动后第1 s内、第2 s内、第3 s内的运动，下列说法中错误的是( )
A．第1 s、第2 s、第3 s各段时间内最大速度之比是1∶2∶3
B．第1 s、第2 s、第3 s各段时间经历的位移大小之比是1∶3∶5
C．第1 s、第2 s、第3 s各段时间的平均速度之比是1∶3∶5
D．第1 s、第2 s、第3 s各段时间中间时刻的瞬时速度之比是1∶2∶3
答案 D
解析 由于物体做初速度为零的匀加速直线运动，所以其在第1 s、第2 s、第3 s各段时间内最大速度之比即为第1 s末、第2 s末、第3 s末的瞬时速度之比，即末速度之比为1∶2∶3，A说法正确；第1 s内、前2 s内、前3 s内位移之比为1∶4∶9，第1 s内、第2 s内、第3 s内的位移之比为1∶3∶5，B说法正确；根据匀变速直线运动的平均速度公式eq \x\t(v)＝eq \f(x,t)＝ SKIPIF 1 < 0 ，可得第1 s、第2 s、第3 s各段时间的平均速度之比等于各时间段内的位移之比，也是各时间段中间时刻的瞬时速度之比，由B中分析可知比值为1∶3∶5，C说法正确，D说法错误。
例2 如图所示，光滑斜面AE被分成长度相等的四段，一个物体由A点静止释放后做匀加速直线运动，下面结论中正确的是( )
A．经过每一部分时，其速度增量均相同
B．物体通过AB、BC、CD、DE段所需的时间之比为1∶eq \r(2)∶eq \r(3)∶2
C．物体到达B、C、D、E各点的速度大小之比为1∶eq \r(2)∶eq \r(3)∶2
D．若该物体从A点运动到E点共用时4 s，则物体在第1 s末的速度等于B点速度
答案 C
解析 由推论可知物体通过AB、BC、CD、DE所需时间为1∶(eq \r(2)－1)∶(eq \r(3)－eq \r(2))∶(2－eq \r(3))，速度增量Δv＝aΔt，故A、B错误；
由v2＝2ax可知物体在B、C、D、E各点速度大小之比为1∶eq \r(2)∶eq \r(3)∶2，故C正确；
由D项可知，由A→E总时间为4 s，则tAB＝2 s，故物体在2 s末的速度等于B点的速度，故D错误。
二、逆向思维在比例法中的应用
1．如图，a物体做初速度为0，末速度为v，加速度大小为a的匀加速直线运动，b物体做初速度为v，末速度为0，加速度大小为a的匀减速直线运动。
b物体运动可看成a物体运动的逆过程，此方法称为逆向思维法。
2．逆向思维：对于末速度为零的匀减速直线运动，可把它看成逆向的初速度为零的匀加速直线运动，应用比例关系，可使问题简化。
例3 在跳水比赛中，运动员从入水到下潜至最低点所用的时间为3t，该过程可视为匀减速直线运动，则运动员在第1个时间t内和第3个时间t内的位移大小之比为( )
A．5∶1 B．4∶1
C．3∶1 D．2∶1
答案 A
解析 末速度为零的匀减速直线运动可以看成方向相反的初速度为零的匀加速直线运动，由初速度为零的匀加速直线运动规律可知，从开始运动相同时间的位移之比为1∶3∶5∶7∶……(2n－1)
则运动员在第1个时间t内和第3个时间t内的位移大小之比5∶1，故选A。
例4 (多选)(2022·高邮市临泽中学月考)如图所示，用极薄的塑料膜片制成三个完全相同的水球紧挨在一起水平排列，子弹可视为在水球中沿水平方向做匀变速直线运动，恰好能穿出第三个水球，则可以判定(忽略薄塑料膜片对子弹的作用)( )
A．子弹在每个水球中运动的时间之比t1∶t2∶t3＝1∶1∶1
B．子弹在每个水球中运动的时间之比t1∶t2∶t3＝(eq \r(3)－eq \r(2))∶(eq \r(2)－1)∶1
C．子弹在穿入每个水球时的速度之比v1∶v2∶v3＝3∶2∶1
D．子弹在穿入每个水球时的速度之比v1∶v2∶v3＝eq \r(3)∶eq \r(2)∶1
答案 BD
解析 把子弹的运动看作逆向的初速度为零的匀加速直线运动。子弹由右向左依次“穿出”3个水球时的速度之比为1∶eq \r(2)∶eq \r(3)，则子弹实际运动依次穿入每个水球时的速度之比v1∶v2∶v3＝eq \r(3)∶eq \r(2)∶1，故C错误，D正确。子弹从右向左依次“通过”每个水球的时间之比为1∶(eq \r(2)－1)∶(eq \r(3)－eq \r(2))。则子弹实际运动依次穿过每个水球的时间之比为t1∶t2∶t3＝(eq \r(3)－eq \r(2))∶(eq \r(2)－1)∶1，故B正确，A错误。
专题强化练
1．(2022·上海市高行中学高一期中)一个物体在斜面上从静止开始匀加速下滑，它在斜面上运动的前一半时间eq \f(t,2)和后一半时间eq \f(t,2)的位移大小之比应当是( )
A．1∶1 B．1∶2
C．1∶3 D．1∶4
答案 C
2．(多选)物体从静止开始做匀加速直线运动，第3 s内通过的位移是3 m，则( )
A．第3 s内的平均速度是3 m/s
B．第1 s内的位移是0.6 m
C．前3 s内的位移是6 m
D．第2 s内的平均速度是1.8 m/s
答案 ABD
解析 第3 s内的平均速度为：eq \x\t(v)3＝eq \f(3,1) m/s＝3 m/s，故A正确；由比例式关系xⅠ∶xⅡ∶xⅢ＝1∶3∶5，xⅢ＝3 m，则xⅠ＝0.6 m，xⅡ＝1.8 m，前3 s内的位移x3＝xⅠ＋xⅡ＋xⅢ＝5.4 m，故B正确，C错误；第2 s内的平均速度eq \x\t(v)2＝eq \f(xⅡ,t)＝1.8 m/s，故D正确。
3．(多选)如图所示，一个滑块从斜面顶端A由静止开始沿斜面向下做匀加速直线运动到达底端C，已知AB＝BC，则下列说法正确的是( )
A．滑块到达B、C两点时的速度大小之比为1∶2
B．滑块到达B、C两点时的速度大小之比为1∶eq \r(2)
C．滑块通过AB、BC两段的时间之比为1∶eq \r(2)
D．滑块通过AB、BC两段的时间之比为(eq \r(2)＋1)∶1
答案 BD
解析 初速度为零的匀变速直线运动通过连续相等的位移所用时间之比为1∶(eq \r(2)－1)∶(eq \r(3)－eq \r(2))∶…∶(eq \r(n)－eq \r(n－1))，所以滑块通过AB、BC两段的时间之比为1∶(eq \r(2)－1)＝(eq \r(2)＋1)∶1，C错误，D正确；通过前x、前2x的位移时的瞬时速度大小之比为1∶eq \r(2)，A错误，B正确。
4．如图所示为5根连续的间距相等的灯柱a、b、c、d、e，汽车从灯柱a处由静止开始做匀变速直线运动，已知该车通过ab段的时间为t，则通过ce的时间为( )
A.eq \r(2)t B．(eq \r(2)－1)t
C．(eq \r(2)＋1)t D．(2－eq \r(2))t
答案 D
解析 汽车从a由静止开始做匀加速直线运动，通过连续四段相同的位移所需的时间之比为
1∶(eq \r(2)－1)∶(eq \r(3)－eq \r(2))∶(2－eq \r(3))
设通过ce段的时间为t′，则
eq \f(t,t′)＝eq \f(1,\r(3)－\r(2)＋2－\r(3))＝eq \f(1,2－\r(2))
解得t′＝(2－eq \r(2))t，故选D。
5．(多选)(2023·莆田一中高一期中)如图所示，港珠澳大桥上四段110 m的等跨钢箱连续梁桥，标记为a、b、c、d、e，若汽车从a点由静止开始做匀加速直线运动，通过ab段的时间为t。则下列说法正确的是( )
A．通过bc段的时间也为t
B．通过ae段的时间为2t
C．汽车通过b、c、d、e的速度之比为1∶2∶3∶4
D．汽车通过b、c、d、e的速度之比为1∶eq \r(2)∶eq \r(3)∶2
答案 BD
解析 根据初速度为零的匀加速直线运动规律可知，通过连续相同的位移所用的时间之比为1∶(eq \r(2)－1)∶(eq \r(3)－eq \r(2))∶…∶(eq \r(n)－eq \r(n－1))，通过ab段的时间为t，可得出通过bc时间为(eq \r(2)－1)t，通过ae段的时间为tae＝t＋(eq \r(2)－1)t＋(eq \r(3)－eq \r(2))t＋(2－eq \r(3))t＝2t，故A错误，B正确；根据初速度为零的匀加速直线运动规律可知，汽车通过b、c、d、e的速度之比为1∶eq \r(2)∶eq \r(3)∶2，故C错误，D正确。
6.(2022·丽水市高一期末)第24届冬季奥林匹克运动会于2022年2月4日在北京开幕，其中滑雪是冬奥会中的一个比赛大项，如图所示，某滑雪运动员以某一初速度冲上斜面做匀减速直线运动。到达顶端时的速度为零。已知运动员在前四分之三位移中的平均速度大小为v，则运动员整个过程的平均速度为( )
A.eq \f(v,2) B.eq \f(\r(2)v,2) C.eq \f(v,3) D.eq \f(2,3)v
答案 D
解析 将运动员的匀减速直线运动看作是反向的初速度为零且加速度大小不变的匀加速直线运动，根据初速度为零的匀加速直线运动的比例关系可知运动员在前四分之三位移和最后四分之一位移所经历的时间相等，设均为t，则由题意可知，v＝eq \f(\f(3,4)x,t)＝eq \f(3x,4t)，运动员整个过程的平均速度为eq \x\t(v)＝eq \f(x,2t)＝eq \f(2,3)v，故选D。
7．(2022·辽宁高一期中)某质点做匀减速直线运动，经过3.5 s后静止，则该质点在第1 s内和第2 s内的位移之比为( )
A．3∶2 B．5∶3
C．3∶1 D．2∶1
答案 A
解析 由匀变速直线运动的规律可知，某质点做匀减速直线运动，经过3.5 s后静止，其逆过程为初速度为零的匀加速直线运动，若以0.5 s为间隔，则连续相等时间间隔的位移之比为
x1∶x2∶x3∶x4∶x5∶x6∶x7＝13∶11∶9∶7∶5∶3∶1
故该质点在第1 s内和第2 s内的位移之比为(x1＋x2)∶(x3＋x4)＝3∶2，故选A。
8.(2023·渭南市瑞泉中学高一期中)如图所示，木块A、B、C并排固定在水平地面上，三木块的厚度比为5∶3∶1，子弹以300 m/s的水平速度射入木块A，子弹在木块中运动时加速度恒定，子弹可视为质点且刚好射穿木块C。下列说法正确的是( )
A．子弹刚好射出木块A时的速度为100 m/s
B．子弹在木块A中的运动时间大于在木块B中的运动时间
C．子弹在木块B和C中的运动时间相等
D．子弹在木块A中的平均速度是在木块C中平均速度的2倍
答案 C
解析 子弹的末速度为0，把正方向的匀减速直线运动看成反方向的匀加速直线运动，则在连续相等时间内的位移比为1∶3∶5，故子弹在三个木块中的运动时间相等，则由v＝at，可得子弹射出木块A时的速度与子弹的初速度之比为2∶3，故子弹射出木块A时的速度为200 m/s，故A、B错误，C正确；根据eq \x\t(v)＝eq \f(x,t)，子弹在木块A中的平均速度是子弹在木块C中平均速度的5倍，故D错误。
9．(2023·沙市中学高一月考)如图所示，a、b、c、d为光滑斜面上的四个点。一小滑块自a点由静止开始下滑，通过ab、bc、cd各段所用时间均为T。现让该滑块自b点由静止开始下滑，则该滑块( )
A．通过bc、cd段的时间均等于T
B．通过c、d点的速度之比为eq \r(3)∶eq \r(5)
C．通过bc、cd段的时间之比为1∶eq \r(3)
D．通过c点的速度大于通过bd段的平均速度
答案 D
解析 由题意知，滑块从a静止下滑，经过各段的时间都是T，所以ab、bc、cd各段的长度之比为1∶3∶5，则bc、cd段的位移之比为3∶5，如果从b点开始静止下滑，则bc间距离大于ab间距离，所以通过bc、cd段的时间均大于T，选项A错误；设bc间距离为3x，则cd间的距离为5x，所以bd间的距离为8x，滑块下滑的加速度为a，滑块从b点开始静止下滑，所以通过c点的速度为
vc＝eq \r(2a×3x)
通过d点的速度为vd＝eq \r(2a×8x)
通过c、d点的速度之比为eq \r(3)∶eq \r(8)，选项B错误；滑块从b点开始静止下滑，通过bc的时间t1＝eq \r(\f(2×3x,a))
通过cd段的时间t2＝eq \r(\f(2×8x,a))－eq \r(\f(2×3x,a))
通过bc、cd段的时间之比为eq \r(3)∶(eq \r(8)－eq \r(3))，选项C错误；对匀变速直线运动来说，平均速度等于中间时刻的瞬时速度，对初速度为零的匀加速直线运动来说，连续相等时间内的位移之比为1∶3，所以滑块经过bc的时间大于从b到d时间的二分之一，故通过c点的速度大于bd段的平均速度，选项D正确。