在初中物理中,最早用数学关系式表示物理量之间的关系的就是速度表达式,它表示物体在单位时间内通过的路程,反映了物体运动的快慢,而作为数学工具的图像更能直观形象地反映V.S.T之间的关系,在初中物理中表示速度的物理图像主要有s-t图像和v-t图像
例1(2010·连云港)寓言《龟兔赛跑》中说:乌龟与兔子同时从起点跑出,兔子在远远超过乌龟时,便骄傲地睡起大觉。兔子醒来后继续向终点跑去,发现乌龟比它先到了终点。乌龟在整个过程中的速度约为2×10-2m/s,兔子正常跑动的速度可达20m/s以上。假设整个比赛路程为2000m,比赛过程中的路程—时间图像如图1所示,则在整个比赛过程中乌龟的平均速度________(大于、小于、等于)兔子的平均速度,乌龟比赛用时约为s。
分析:分析由图1可知甲图像是一条过原点的直线,即甲图像反映了该动物基本以一恒定的速度参加比赛,乙图像有一段曲线跟横坐标平行,说明该动物在该段时间停留在距出发点1km的位置不动,即乙图像反映了该动物在比赛过程中有一段时间未运动(睡觉)。因此综合题意可知甲图像是乌龟的s-t图像,乙图像是兔子的s-t图像,由图像可知跑完2km乌龟所用时间(t1)小于兔子所用时间(t2)。根据可知,乌龟的平均速度大于兔子的平均速度,由于乌龟的平均速度约为v1=2×10-2m/s,则它跑完s=200m所用的时间为
例2(2010·咸宁)为了探究小球自由下落时的运动,某物理实验小组的同学用照相机每隔相等的时间自动拍照一次,拍下小球下落时的运动状态,如图2甲所示。
(1)可以看出小球在做直线运动(选填“匀速”或“变速”),其理由是_________。
(2)如图四个速度随时间的关系图象,能反映出该小球下落运动的是。(选填图中的选项字母)
分析:(1)由每隔相等的时间拍摄的图片可知,越向下相邻两个小球间的距离越大,即在相同的时间内,小球通过的路程越长,因此该小球在做变速直线运动,而且是速度越来越大的变速直线运动。(2)由图2乙中选项提供的图像坐标可知,都是v-t图像,结合题(1)的分析可知,时间越长,速度越快,故应选C。
例3(2010·无锡)图3甲为某地距离传感器发出和接受超声波信号检测汽车速度的示意图。
如果将距离传感器与计算机连接,可以将物体运动的距离(s)-时间(t)图像显示在计算机的屏幕上。利用传感器测得某一汽车在平直公路上运动的距离(s)―时间(t)图像如图3乙所示,请在图3丙中画出汽车运动的速度(v)-时间(t)图像。
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例4(2010·株洲)某同学观察蜻蜓在贴近平静的水面直线飞行时,获得了一张蜻蜓点水的俯视图片如图4所示,图片反映了蜻蜓连续三次点水后某瞬间水面波纹的分布情况(每次点水只形成一个波纹),三个波纹刚好在O点内切。蜻蜓每次点水所用的时间忽略不计,请根据图来解答下列问题:
①从图片上看,蜻蜓的运动方向是沿x轴。(填“向右”或“向左”)
②蜻蜓飞行的速度水波的传播速度。(填“大于”、“等于”或“小于”)
③若该同学观测到蜻蜓从第一次点水到第三次点水历时2s,求蜻蜓的飞行速度。
分析:(1)根据日常生活经验可知,时间越长水的波纹传播的越远,则形成的波纹的半径就越大,因此图4中最大的波纹是蜻蜓最先点水的,最小的波纹是蜻蜓最后点水的,而波纹的圆心就是蜻蜓的点水点,由图可知从大波纹的圆心到小波纹的圆心在向左移动,所以蜻蜓也在向左点水飞行,即蜻蜓运动的方向沿x轴向左运动。(2)由于三个波纹刚好在0点内切,说明蜻蜓点水后产生的波纹沿水轴向左传播的过程中总是重叠的,由于每次波纹传播的速度是相同的,说明每次蜻蜓点水点总在前次点水后形成水波的波纹上,即蜻蜓的飞行速度刚好等于水波的传播速度。(3)由图可知,第一次点水点,即最大圆的圆心距0点的距离为:s1==10cm,第三次点水点,即最小圆的圆心距0点的距离为:s3=
=1cm,则蜻蜓从第一次点水到第三次点水飞行的距离为s= s1- s3=10cm-1cm=9cm,则蜻蜓飞行的速度为v=
=
=4.5cm/s。
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