1、 高一物理竞赛班第 2 讲教师版 讲述高端的真正的物理学 1变速运动的研究是高中物理课本的开始，也是我们训练童鞋们高中物理竞赛能力，必不可少的一步。这个地方的难点主要在于，对于加速度概念的理解，和对匀变速直线运动诸多公式的熟练运用。告诉大家个诀窍：就是自己推公式。这是记住公式，并且能够灵活运用的不二法门。另一方面，童鞋们也会着重的接触物理竞赛运动学的精髓之一：相对运动一：运动的合成分解：由于位移、速度、加速度与力一样都是矢量。是分别描述物体运动的位置变化运动的快慢及物体运动速度变化的快慢的。由于一个运动可以看成是由分运动组成的，那么已知分运动的情况，就可知道合运动的情况。例如轮船渡河，如果知道
2、船在静水中的速度 的大小和方向，以及河水流动的速度 的大小和方向，应用平行四边法则，就可求出轮船合运动的速度 v（大小方向）。这种已知分运动求合运动叫做运动的合成。相反，已知合运动的情况，应用平行为四边法则，也可以求出分运动和情况。例如飞机以一定的速度在一定时间内斜向上飞行一段位移，方向与水平夹角为 30 ，我们很容易求出飞机在水平方向和竖直方向的位移：这种已知合运动求分运动叫运动的分解。合运动分运动是等时的，独立的这一点必须牢记。以上两例说明研究比较复杂的运动时，常常把这个运动看作是两个或几个比较简单的运动组成的，这就使问题变得容易研究。在上例轮船在静水中是匀速行驶的，河水是匀速流动第 2
3、讲 相对运动和匀变速运动高一物理竞赛班第 2 讲教师版 讲述高端的真正的物理学 2的，则轮船的两个分运动的速度矢量都是恒定的。轮船的合运动的速度矢量也是恒定的。所以合运动是匀速直线的。一般说来，两个直线运动的合成运动，并不一定都是直线的。在上述轮船渡河的例子中如果轮船在划行方向是加速的行驶，在河水流动方向是匀速行驶，那么轮船的合运动就不是直线运动而是曲线运动了。由此可知研究运动的合成和分解也是为了更好地研究曲线运动作准备。掌握运动的独立性原理，合运动与分运动等时性原理也是解决曲线运动的关键。运动合成、分解的法则：运动的合成和分解是指位移的合成与分解及速度、加速度的合成与分解。因为位移、速度和加
4、速度都是矢量，所以运动的合成（矢量相加）和分解（矢量相减）都遵循平行四边形法则。关于这一点通过实验是完全可以验证的，通过对实际运动观察也能得到证实。如图所示，若 OA 矢量代表人在船上行走的位移（速度或加速度） OB 矢量代表船在水中行进的位移（速度或加速度），则矢量 OC 的大小和方向就代表人对水（合运动）的位移（速度或加速度）。几点说明： 掌握运动的合成和分解的目的在于为我们提供了一个研究复杂运动的简单方法。 物体只有同时参加了几个分运动时，合成才有意义，如果不是同时发生的分运动，则合成也就失去了意义。 当把一个客观存在的运动进行分解时，其目的是在于研究这个运动在某个方向的表现。 处理合成
5、、分解的方法主要有作图法和计算法。计算法中有余弦定理计算、正弦定理计算、勾股定理计算及运用三角函数等。二、运动的相对性：因为描述运动要选取参照系，所以参照系的选取将对我们解决问题产生巨大的影响首先我们要分析一下速度的相对性高一物理竞赛班第 2 讲教师版 讲述高端的真正的物理学 3三、运动的合成法则绝对速度：我们（在高考范围内）一般把质点对地面，或者相对于地面上静止的物体的运动称为“绝对运动”相应的速度为“绝对速度”相对速度：质点相对于运动参考系的运动称为相对运动相应的速度为相对速度牵连速度：运动的参考系相对于地面的运动称为牵连运动相应的速度为牵连速度则有： =vv绝 对 相 对 牵 连或者 A
6、CABC注意：这里提到的相对运动的参考系都是匀速运动的参考系再看一个位移合成的例子如图所示，在船上有人把一箱货物从 点搬到 点（以船为参AB考系），与此同时船上的 点行进到 点（以岸为参考系）那么以岸为参考系箱子的位移是AC什么？这可用平行四边形法则来求出：以矢量 、 为邻边作平行四边形 ，则对角 AB AC DC线矢量 就是箱子相对于岸的位移 AD暑假多雨，关于雨的描述问题【例题 1】 一木板坚直地立在车上，车在雨中匀速进行一段给定的路程。木板板面与车前进方向垂直，其厚度可忽略。设空间单位体积中的雨点数目处处相等，雨点匀速坚直下落。下列诸因素中与落在木板面上雨点的数量有关的因素是：A.雨点下
7、落的速度 B.单位体积中的雨点数 C.车行进的速度 D.木板的面积【答案】BD某汽车前方的挡风玻璃与水平方向成角度 37，当汽车以 30m/s 在水平地面上开行时，汽车司机看到雨滴垂直打在挡风玻璃上，实际虽然下雨但是没有风，计算雨滴下落的速度。【解析】相对速度与玻璃垂直，所以雨滴速度 smv/=403车高一物理竞赛班第 2 讲教师版 讲述高端的真正的物理学 4【例题 2】 【拯救淡定哥】 据报导：6 月 8 日下午 17 时，中国内地大部分省区高考结束。正在此时，江西南昌、上饶、鹰潭、吉安等多地突遭强降雨袭击。在江西南昌二中考点，刚考完的学生面对突如其来的大雨选择在雨中疾步飞奔，而一名戴着眼镜
8、的男生却在全身被大雨淋湿后，淡定走出考场校。 “淡定哥”一淋而出名，我们不妨从物理的角度讨论一下淋雨之问题。 假设雨下落的速度与竖直方向成角度为 ，雨下落的速度大小为 v.“淡定哥”拿起自己的准考证顶在头顶，这样可以忽略从上而下的淋雨量。要淡定哥在一定时间内淋雨最少，他得向着什么方向跑？ 【答案】沿着与雨滴的水平速度分量以速度 vsin 跑。【谣言终结者】有物理大神传言：一个人在雨中从 A 跑到 B，无论人以多大的速度跑，人的侧面淋雨的总量总是恒定的，难道淡定哥是传说中的物理大神？不妨讨论一下。【例题 3】 设河水流速为 ，小船在静水中航行速度为 ，若小船从一岸行驶到对岸，问1v2v当船的航行
9、方向怎样时，才能小船所花的时间最短；小船所经过的路程最短？【解析】 分析以地球为参照物，小船渡河的速度是由水速和船速合成的： ，解此题12v要注意的是渡河过程中，一是水和船都在同时运动（等时性），二是从此岸到彼岸只有船速才起作用（互不相干性）：高一物理竞赛班第 2 讲教师版 讲述高端的真正的物理学 5 小船渡河到对岸所花时间只与船速有关，要使时间最短，必须让航行方向垂直水流直指对岸 当 时，显然，最短的路程即河宽 ，如图 所示，航行方向为偏向上游一21vsa个角度，其角度大小为 12arcsin/v当 时，垂直河岸的航行方向驶向对岸是不可能的，但总可以找到一个这样21v的方向，使得航行的路程最
10、短：如图 ，设小船实际航行速度为 ，与河岸夹bv角为 ，实际路程为 ，则有 ，要求 的极小值，即要求 的最大L/sinLsin值在速度合成的矢量三角形 中，设 ，运用正弦定理1Ov1v， ，21siniv21sini2max1si由上可见，只有当 ，即合速度与船速垂直时，小船才有最短路程，此时船的航行方向是：偏向上游，与水流的夹角为 ，其所经过的路程为21arcsinv1min2axssvL【例题 4】 当船速为 时，船桅杆上服役旗与航向成 角不改变航向，船速增20k/h60加一倍时，旗与航向成 角试根据这些数据求风速（可视为恒定的） ，并求当船3速为多少时旗与航向所成的角度为 90【解析】
11、船桅杆上旗的方向表示矢量 的方向，式中 为船速度矢量， 为风速矢量，题uvvu给各矢量关系如图所示，由图中几何关系得：，30CAB高一物理竞赛班第 2 讲教师版 讲述高端的真正的物理学 6则： 1v在 中，因 ，AOB 160vABO，故为等边三角形，即风速，20km/huv与航向成 角6在图中作 ，有向线段 即旗与航向成角 时船的速度矢量，由图示几何ADOCD90关系知：10km/hv船【例题 5】 如图所示，几辆相同的汽车以等速度 沿宽为 的直公路行驶，每车宽为 ，vcb头尾间间距为 ，则人能以最小速度沿一直线穿过马路所用的时间为多少？a【解析】 先设想车不动，则人以车速 向左运动，临界情
12、况对应人按图所示虚线方向走过，v即为人安全穿过马路的最小速度，则minv，i 2sbva人故所需时间为2mincosbtvav人引入：匀变速直线运动的特点高一物理竞赛班第 2 讲教师版 讲述高端的真正的物理学 7我们把加速度恒定的运动称之为匀变速运动，根据匀变速直线运动的定义可知，它的加速度是一个恒量，即加速度的大小和方向都不随时间变化，如果用 图象来描述，匀变at速直线运动的 图象就是一条平行于 轴的直线，匀变速直线运动的 图象是一att vt条倾斜的直线，图象的斜率是加速度一匀变速直线运动的规律速度和时间的关系（1）速度公式的导出：由加速度的定义式 得：0tva0tvat（2） 图象vt图
13、象直观地反映了速度随时间的变化规律，如图所示根据 图象，可以确定的是vt初速度的大小 ，即图象中纵轴截距0v判断是加速运动，还是减速运动，在图中，甲是加速的，乙是减速的算出加速度， ，即为图线的斜率vat确定某时刻的速度或达到某速度所需要的时间平均速度公式（1）平均速度的一般表达式： xvt高一物理竞赛班第 2 讲教师版 讲述高端的真正的物理学 8此式表示作变速运动的物体通过的位移与通过这段位移所用时间的比值为物体在这一段位移上的平均速度，此式适于任何形式的运动（2）匀变速运动的平均速度公式： 02tv即平均速度为初、末速度的算术平均值注意：上式成立的条件是物体作匀变速直线运动位移和时间的关系
14、（1）匀速直线运动的位移 ，位移 的大小可由 图象上的“面积”的xvtxvt大小表示，如图所示（2）匀变速直线运动的位移 根据平均速度的意义，作任何变速运动物体的位移都可表示为 ，此式具有普遍性，xvt即任何情况下都成立而在匀变速直线运动中，平均速度 ，所以匀变速直线运动的位移02tv02tvxt 位移公式 的推导01ta【公式代入法】由于位移 ，而 ，又因为 ，在此三式中消去 和 ，xvt02tv0tvatvt得到位移公式 201a【图象法】如图所示为物体作匀变速直线运动的 图象，在时间 内的位移由 “面积”的vtt数值可以表示出来位移 大小等于梯形面积：x，也即00()22tvvatx 2
15、01vta速度和位移的关系式由于 ，又有 即 ，代入前式可得：02tvxt0tva0tva，即： ，这便是速度和位移的关系式00ta 20tx一般解题方法高一物理竞赛班第 2 讲教师版 讲述高端的真正的物理学 9（1）确定某一运动过程为研究对象，判断物体运动的性质（匀加速或匀减速运动）（2）对匀减速运动，设初速度方向为正方向，则加速度为负值，写出各已知量（3）代入公式进行计算，并对计算结果作必要讨论【例题 6】 如图所示，以 匀速行驶的汽车即将通过路口，绿灯 8m/s还有 2 s 将熄灭，此时汽车距离停车线 18m该车加速时最大时速度大小为 ，减速时最大加速度大小为 此路段允许2/ 25m/s
16、行驶的最大速度为 ，下列说法中正确的有1.5/sA如果立即做匀加速运动，在绿灯熄灭前汽车可能通过停车线B如果立即做匀加速运动，在绿灯熄灭前通过停车线汽车一定超速C如果立即做匀减速运动，在绿灯熄灭前汽车一定不能通过停车线D如果距停车线 处减速，汽车能停在停车线处5m【答案】 AC【解析】 熟练应用匀变速直线运动的公式，是处理问题的关键，对汽车运动的问题一定要注意所求解的问题是否与实际情况相符如果立即做匀加速直线运动，t 1=2s 内的位移=20m18m，此时汽车的速度为 12m/s.我们现在的手段就是微积分的爸爸：微元法+图像法怎么？不相信？思考：某个函数的变化率是个最简单的过原点的二次函数：
17、，那么这个函数是神马2yx函数？求这个函数从 的变化量（答案 ）02x83（教师版）把 等分成无限多的 份：则n2233118(1)863nni is总之，大家要时刻保持一个清醒的头脑，我们学习运动学，绝不仅仅是为了学习运动学本身，这些思考和分析的方法，无论从数学上还是物理上，都是会对将来的知识进行推广的。还有，不要忘记，始终注意考虑运动的相对性哦！高一物理竞赛班第 2 讲教师版 讲述高端的真正的物理学 12【例题 8】 A 火车以 v1=20m/s 速度匀速行驶，司机发现前方同轨道上相距 100m 处有另一列火车 B 正以 v2=10m/s 速度匀速行驶，A 车立即做加速度大小为 a 的匀减
18、速直线运动。要使两车不相撞，a 应满足什么条件？解 1：（公式法）两车恰好不相撞的条件是两车速度相同时相遇。由 A、B 速度关系： 21vat由 A、B 位移关系： 0xtt22021 /5./10)()( smsxva2/5.sm解 2：（图像法）在同一个 v-t 图中画出 A 车和 B 车的速度时间图像图线，根据图像面积的物理意义，两车位移之差等于图中梯形的面积与矩形面积的差，当 t=t0时梯形与矩形的面积之差最大,为图中阴影部分三角形的面积.根据题意,阴影部分三角形的面积不能超过 100 .10)2(1tst05.021tan/5.0sm（包含了时间关系）高一物理竞赛班第 2 讲教师版
19、讲述高端的真正的物理学 13解 3：（相对运动法）以 B 车为参照物， A 车的初速度为 v0=10m/s，以加速度大小a 减速，行驶 x=100m 后“停下”，末速度为 vt=0。02xvt220 /5.0/1smsat 2/5.sm备注：以 B 为参照物,公式中的各个量都应是相对于 B 的物理量.注意物理量的正负号。解 4：（二次函数极值法）若两车不相撞，其位移关系应为 021xtvatv代入数据得： 1t其图像(抛物线)的顶点纵坐标必为正值,故有0214)(02a2/5.0sma把物理问题转化为根据二次函数的极值求解的数学问题。 【例题 9】 已知甲乙两辆车，从静止开始，沿着同一个方向做
20、匀加速直线运动。在第一段时间里面他们的加速度满足关系： ；第二段相等的时间里面他们交换了加速21a度，也就是说： ；求从开始到第二段时间结束，两个车的位移比21;a12:S物体的 v-t 图像的斜率表示加速度,面积表示位移。 （由于不涉及时间，所以选用速度位移公式。 ）高一物理竞赛班第 2 讲教师版 讲述高端的真正的物理学 14【解析】如图： 12:5:7S【例题 10】 已知一质点做变加速直线运动，初速度为 ，其加速度速度随位移线性减小的0v关系即加速过程中加速度与位移之间的关系满足条件 ，式中 为任意位置0aksa处的加速度， 为位移， 、 为常量，求当位移为 时质点的瞬时速度. s0ak
21、【解析】 因 ，故可利用 图像的面积求出（ ）.建2202tvssAs20tv立 图如图所示，图中阴影部分面积的两倍就表示（ ），故as 20tv，2 2000 0()2t aksvask得 .200tv【例题 11】 如图所示， 以 为加速度从静止开始向左匀加速运A0a动， 沿斜面向下以加速度 从静止开始，运动到水平Bsing后匀速，问 能追上 的条件是什么？【解析】 如果 很大，则追不上，本题求 最小值，做 图0a0avt图中 为斜面长度， 为 比 多走的距离1t2tBA恰好追上时， 1高一物理竞赛班第 2 讲教师版 讲述高端的真正的物理学 15即 21t所以得 ，0sin2ga因此当 时
22、 可以追上 0i BA【例题 12】 美帝国主义的一个航空母舰以速度 匀速直线运动。上面的一个飞机，从“静v0止”开始，相对于航空母舰以加速度 均匀的加速运动（沿着航空母舰运行的方向） 。a已知如果飞机相对地面的速度达到 ，则可以起飞。问从“静止”到开始起飞，需V要经过多少时间？ 航空母舰上的跑道至少要有多长？思考：怎样设计航空母舰才能尽量增加跑道的长度？【解析】 tVv0al12at21aVv021Vv02a高一物理竞赛班第 2 讲教师版 讲述高端的真正的物理学 16观察美军的尼米兹级航母可以发现，航母上有两条跑道，一条直的一条斜的，斜的那条就是斜角甲板，设置这两条跑道的目的是为了可以让航母
23、同时进行起飞和降落作业，如果只有一条直通甲板的话，飞机起飞时，只得让停放的飞机挤在飞行甲板后半部，而将前半部用作起飞的跑道。然而，这样做不仅影响了飞机的滑跑距离，还必须等飞机起飞腾出跑道，空中的飞机才可以降落，并且稍有不慎，后降落的飞机很容易碰撞到先降落的飞机上。斜角甲板终于由英国人在 1952 年 2 月发明成功。斜角甲板又叫斜、直两段式甲板，位于飞机甲板的左侧，与舰艇艏艉中心线呈 613 度夹角。有了这角度，飞机降落就可与停驻的飞机和起飞作业区分流，同时还可实现弹射和回收作业同时进行。回收区的角度相当重要。角度愈大，对驾驶员着舰的难度就愈大。此外，斜角甲板的设计还可使降落区免遭左舷前弹从喷
24、气火焰挡板引出的热气流，从而降低空气紊流的干扰。通常，斜角甲板上只装有供飞机降落用的阻拦索。然而，极少数航空母舰的斜角甲板上也装有一两座弹射器，其目的在于在没有飞机降落时供飞机起飞之用【例题 13】 高空中有四个小球，在同一位置同时以相同速率向上、向下、向左、向右被射出，不计空气阻力，图是经过 1 s 后四个小球在空中位置的构图，其中的正确图形是（ ）【解析】在以加速度 竖直加速向下运动的参考系中看，四个球分别向上、下、左、右四个方g向作匀速直线运动，故答案 A 正确【神奇！】如图：由于相机曝光时间较长，所以记录了烟火中每一个爆炸碎片的轨迹以及碎片形成的轨迹覆盖的区域。在碎片未落地前，碎片的包
25、络面是一个球面，当碎片落地后，所有的“亮区”的包络面是一个抛物面。高一物理竞赛班第 2 讲教师版 讲述高端的真正的物理学 17【例题 14】 （CPHO 选讲）摩托车速度 沿平直公路行驶，突然，驾驶员发现正前方 处，1v s有一辆汽车正以 的速度开始减速，加速度大小为 ，为了避免发生碰撞，摩托21v2a车也同时减速，求其加速度至少得多少？【解析】 两车都做匀减速直线运动，不相碰撞的临界状态为：当汽车经时间 停下时，摩托车正好经同样时间靠汽车停下，2vta高一物理竞赛班第 2 讲教师版 讲述高端的真正的物理学 18这时，两者的 图线如图 a 所示，其相对位移为 .vt 2121()()vsvta
26、当两车间距较小，即 时，两车不发生碰撞的条件为相对速度为零，即有共同速s度 时， （图 b），即 .vs21()va这时，摩托车的加速度应为 .21()s当两车间距较大，即 时，汽车经时间 先停下，摩托车经 后停下，s 2vta1vta两车不发生碰撞的条件（图 c） ，即s2112vsvtta这时，摩托车的加速度应为 .21vas1 当自行车向正东方向以 5km/h 的速度行驶时，人感觉风从正北方向吹来；当自行车的速度增加两倍时，人感觉风从正东北方向吹来，求风对地的速度和风向.【答案】 11.8km/h，东偏南 63.4高一物理竞赛班第 2 讲教师版 讲述高端的真正的物理学 19几个物理笑话1
27、. 德国著名物理学家威廉 ?康拉德?伦琴（1845?1923 年）在 1895 年发现了一种特殊射线，取名叫伦琴射线，就是我们常说的“X”光线，轰动了整个德国。不久，伦琴收到了一封信，向他邮购 X 射线，伦琴在回信中幽默地说： “目前，我手头没有 X 射线的存货，而且邮寄 X 射线是一件相当麻烦的事情，因此不能奉命。这样吧，请把胸腔给我寄来！”用于伦琴射线物理学史的讲解2.著名科学家爱因斯坦非常推崇卓别林的电影。一次，他在给卓别林的一封信中写道：“你的电影摩登时代 ，世界上的每一个人都能看懂。你一定会成为一个伟人。爱因斯坦。 ” 卓别林在回信中写道：“我更加钦佩你。你的相对论世界上没有人能弄懂
28、，但是你已经成为一个伟人。卓别林。 ”3.甲，乙，丙三个大学物理系毕业生找到上帝询问自己的前途，上帝要求他们说出自己的量子力学成绩。 甲：100 分。 上帝：很好。你将留在物理这一行里，不用付出太大的努力，最后在适当的年纪成为一名教授。乙：80 分。 上帝：非常好。你将很容易的找到一份满意的工作，从此一帆风顺，成为一个优秀的行政管理人员。 丙：（面有愧色）刚刚及格。 上帝：你最幸运。你可能不象他那麽受欢迎，但经过艰苦努力，你可以充分发挥自己的才能，最终成为一个大老板。还有一群小蜜！ 高一物理竞赛班第 2 讲教师版 讲述高端的真正的物理学 20为了保证竞赛班学习的质量，请同学们花 1 分钟填写下面内容：学习效果反馈：代课教师： 通过今天学习，你觉得：1. 本讲讲义内容设置：A 太难太多，吃不透B 难度稍大，个别问题需要下去继续思考C 稍易，较轻松D 太容易，来点给力的2. 本节课老师讲解你明白了：A .40%以下B .40%到 80%C .80%以上但不全懂D .自以为都懂了3有什么东西希望老师下节课再复习一下么？（可填题号，知识点，或者填无）高一物理竞赛班第 2 讲教师版 讲述高端的真正的物理学 21
