伺服运动控制系统
主讲：刘洋
CIMC“西门子杯”中国智能制造挑战赛
2020.02.25
运动控制系统的基本概念
本节内容
?什么是运动？
?谁在运动的过程中控制运动效果？
?被控制的对象是什么？
?运动控制的过程中要控制被控对象的哪些状态？?控制的准确程度如何？
运动控制
人类目前已知的100米世界纪录，是牙买加著名短跑健将博尔特
于2009年8月17日在德国柏林创造的9秒58。
?100米
?9秒58
一次性医用口罩生产线
运动控制的工业应用场景
运动控制的工业应用场景
N95口罩生产线
运动控制的工业应用场景
工业机器人
运动控制的工业应用场景
数控加工
运动控制的工业应用场景
运动控制的工业应用场景
弹簧机
?什么是运动？
?谁在运动的过程中控制运动效果？?被控制的对象是什么？?运动控制的过程中要控制被控对象的哪些状态？?控制的准确程度如何？
?物体在空间中的相对位置随时间而变化?人、机械设备、电气设备
?人体自身、口服液、汽车车身、金属卡扣?行进的速度，距离、扭矩
?人工控制的精度相对低，电气控制的精度高
本节小结
精确运动控制伺服控制系统运动控制转矩速度位置
运动学基本概念变速直线运动 双基训练 1．★如图所示，一个质点沿两个半径为R的半圆弧由A运 动到C，规定向右方向为正方向，在此过程中，它的位移和 路程分别为（） （A）4R，2πR（B）4R，－2πR （C）－4R，2πR（D）－4R，－2πR 2．★对于作匀速直线运动的物体，下列说法中正确的是（）。 （A）任意2 s内的位移一定等于1 s内位移的2倍 （B）任意一段时间内的位移大小一定等于它的路程 （C）若两物体运动快慢相同，则两物体在相同时间内通过的路程相等 （D）若两物体运动快慢相同，则两物体在相同时间内发生的位移相等 3．★★有关瞬时速度、平均速度、平均速率，下列说法中正确的是（）。 （A）瞬时速度是物体在某一位置或某一时刻的速度 （B）平均速度等于某段时间内物体运动的位移与所用时间的比值 （C）作变速运动的物体，平均速率就是平均速度的大小 （D）作变速运动的物体，平均速度是物体通过的路程与所用时间的比值 4．★★关于打点计时器的使用，下列说法中正确的是（）。 （A）打点计时器应用低压交流电源，交流电频率为50 Hz （B）纸带必须穿过限位孔，并注意把纸带压在复写纸的上面 （C）要先通电，后释放纸带，纸带通过后立即切断电源 （D）为减小摩擦，每次测量应先将纸带理顺 5．★某物体沿直线向一个方向运动，先以速度v1运动，发生了位移s，再以速度v2运动，发生了位移s，它在整个过程中的平均速度为______。若先以速度v1运动了时间t，又以速度v2运动了时间3t，则它在整个过程的平均速度为______。 6．★★一辆汽车在平直公路上作直线运动，先以速度v1行驶了三分之二的路程，接着又以v2＝20 km/h跑完三分之一的路程，如果汽车在全过程的平均速度v＝28 km/h，则v1＝______km/h。 7．★★一质点由位置A向北运动了4m，又转向东运动了3m，到达B点，然后转向南运动了1 m，到达C点，在上面的过程中质点运动的路程是多少？运动的位移是多少？位移方向如何？ 纵向应用 8．★★甲、乙、丙三架观光电梯，甲中乘客看一高楼在向下运动；乙中乘客看甲在向下运动；丙中乘客看甲、乙都在向上运动。这三架电梯相对地面的运动情况可能是（）。（A）甲向下、乙向下、丙向下（B）甲向下、乙向下、丙向上 （C）甲向上、乙向上、丙向上（D）甲向上、乙向上、丙向下
第一讲运动学的基本概念 【学习目的】 1、理解质点、时间间隔、时刻、参考系、位移、速度、加速度等基本概念。 2、理解相关知识之间的联系和区别(如时间和时刻、位移和路程、瞬时速度和平均速度、速度和加速度等)。 【知识梳理】 一、质点 1、物体可被看成质点的条件 若物体的大小和形状对所研究的问题没有影响，或者其影响可以忽略不计时该物体可看成质点。 2、对质点的理解 （1）质点是对实际物体科学的抽象，是研究物体运动时，抓住主要因素，忽略次要因素，对实际物体进行的近似，是一种理想化模型，真正的质点是不存在的。 （2）质点是只有质量而无大小和形状的点；质点占有位置但不占有空间。 （3）能把物体看成质点的几种情况 ①平动的物体通常可视为质点(所谓平动，就是物体上任意一点的运动与整体的运动有相同特点的运动)，如水平传送带上的物体随传送带的运动。 ②有转动，但相对平动而言可以忽略时，也可以把物体视为质点．如汽车在运行时，虽然车轮转动，但我们关心的是车辆整体的运动快慢，故汽车可看做质点。 ③物体的大小和形状对所研究运动的影响可以忽略不计时，不论物体大小如何，都可将其视为质点。 二、参考系 1、对参考系的理解 （1）运动是绝对的，静止是相对的．一个物体是运动的还是静止的，都是相对于参考系而言的。 （2）考系的选取可以是任意的。 （3）判断一个物体是运动还是静止，如果选择不同的物体作为参考系，可能得出不同的结论。
（4）参考系本身既可以是运动的物体，也可以是静止的物体．在讨论问题时，被选为参考系的物体，我们常假定它是静止的。 （5）比较两个物体的运动情况时，必须选择同一个参考系。 2、选取参考系的原则 选取参考系时，应以观测方便和使运动的描述尽可能简单为原则。一般应根据研究对象和研究对象所在的系统来决定。例如研究地球公转的运动情况，一般选太阳作为参考系；研究地面上物体的运动时，通常选地面或相对地面静止的物体为参考系；研究物体在运动的火车上的运动情况时，通常选火车为参考系。在今后的学习中如不特别说明，均认为是以地球作为参考系。 （1）不管是静止的物体还是运动的物体都可以被选作参考系，但是，一旦被选为参考系后均认为是静止的，这也说明静止是相对的。 （2）当以相对地面静止或匀速直线运动的物体为参考系时，这样的参考系叫惯性参考系，牛顿第二定律仅适用于惯性参考系。 三、时间与时刻 位移和路程 1、时刻与时间 (1)时刻指某一瞬间，在时间轴上用一 个点来表示，对应的是位置、速度、加速度 等状态量。 (2)时间是两时刻的间隔，在时间轴上 用一段直线来表示，对应的是位移、路程等过程量．时间和时刻的表示如图所示。 位移 路程 定义 位移表示质点的位 置变动，它是质点由初位置指向末位置的有向线段 路程是质点运动轨迹的长度 区别 (1)位移是矢量，方向由初始位置指向末位置 (2)路程是标量，没有方向 联系 (1)在单向直线运动中，位移的大小等于路程 (2)一般情况下，位移的大小小于路程 1、平均速度：位移与发生这段位移所用时间的比值，用v 表示，即v ＝s t .平均速度是矢量，方向与位移方向相同。 2、瞬时速度：运动物体在某一时刻(或某一位置)的速度．瞬时速度是矢量，方向沿轨迹上该点的切线方向且指向前进的一侧。
运动学基本概念匀速直线运动 小船问题 1.河中有一漂浮物,甲船在漂浮物上游100米处,乙船在漂浮物下游100米处,若两船同时以相同的速度去打捞,则( ) A.甲船先到 B.乙船先到 C.两船同时到达 D.无法判断 2.甲乙两船相距50千米同时起船,且保持船速不变,若两船同时在逆水中航行,甲船航行100千米,恰赶上乙船,若两船都在顺水中航行,则甲船赶上乙船需航行( ) A.50千米的路程 B.100千米的路程 C.大于50千米小于100千米路程 D.大于100千米的路程 3、一只小船运载木料逆水而行,经过某桥下时,一块木料不慎落入水中,经30分钟后才发觉,立即回程追赶,在桥下游5千米处赶上木料.设小船顺流和逆流时划行速度相同,则小船回程追赶所需时间是________小时,水流速度是________. 4、一艘汽艇以恒定速度逆河水向上游行驶，至某处A发现一救生圈已丢失，立即调头以同样大小的速度顺河水追寻，并分析出该救生圈是在发现丢失前t1时间丢失的，丢失地点距A处为S1的B处，到达B点后又经过一段时间，在距B 点为s2的下游某处C找到了救生圈。求：汽艇航速V(即汽艇在静水中的速度)和水速u及到达B点后经过多少时间t2找到救生圈。(要求先画示意图，然后列方程求解) 5、轮船在河流中逆流而上，上午7点，船员发现轮船上的一橡皮艇已落入水中，船长命令马上调转船头寻找小艇。经过1h的追寻，终于8点追上了顺流而下的小艇。如果轮船在整个过程中相对水的速度不变，那么轮船失落小艇的时间是何时？扶梯问题 1、某大型商场的自动扶梯正在匀速向上运送顾客，现甲、乙两人沿着扶梯向上奔跑，甲、乙在扶梯上奔跑的速度分别为1.5m/s和1.8m/s；甲、乙数得的台阶级数分别为42级和45级。则自动扶梯的运行速度为m/s；若每级阶梯上平均站一个人，则站在此扶梯上的顾客数为人。 2、亮亮星期天跟妈妈去商厦购物，亮亮做了一个有趣的实验。他发现，乘自动扶梯上楼，如果站在扶梯上不动，扶梯可以在3 min内把他送到楼上去.若扶梯不动，他可用1.5 min沿扶梯走到楼上.试计算亮亮在仍以原来的速度沿扶梯向上运动，同时扶梯也开动的情况下，需用多长时间才能到楼上？ 3、某商场有一自动扶梯，某客户沿开动（上行）的自动扶梯走上楼时，数得走了16级楼梯；当他以同样的速度（相对电梯）沿开动（上行）的自动扶梯走下楼时，数得走了48级楼梯，则该自动扶梯的级数为（） A、22级 B、32级 C、24级 D、不能判断 4、沪西一百货店有一自动扶梯,某顾客沿开动(上行)的自动扶梯走上楼时,数得走了N1级;当他以同样的速度(相对电梯)沿开动(上行)的自动扶梯走下楼时,数得走了N2级,则自动扶梯静止时该自动扶梯级数为________级. 小船问题：1、C 2、D 3、0.5 5 4、V= t2= 5、6点扶梯问题：1、1m/s 70人2、t=1 min 3、C 4、2N1N2/（N1+N2）
第二讲运动学 §2.1质点运动学的基本概念 2．1．1、参照物和参照系 要准确确定质点的位置及其变化，必须事先选取另一个假定不动的物体作参照，这个被选的物体叫做参照物。为了定量地描述物体的运动需要在参照物上建立坐标，构成坐标系。 通常选用直角坐标系O–xyz，有时也采用极坐标系。平面直角坐标系一般有三种，一种是两轴沿水平竖直方向，另一是两轴沿平行与垂直斜面方向，第三是两轴沿曲线的切线和法线方向（我们常把这种坐标称为自然坐标）。 2．1．2、位矢位移和路程 在直角坐标系中，质点的位置可用三个坐标x，y，z表示，当质点运动时，它的坐标是时间的函数 x=X（t）y=Y（t）z=Z（t） 这就是质点的运动方程。 质点的位置也可用从坐标原点O指向质点P（x、y、z）的有向线段来表示。如图2-1-1所示, 也是描述质点在空间中位置的物理量。的长度为质点到原点之间的距离，的方向由余弦、、决定,它们之间满足 当质点运动时,其位矢的大小和方向也随时间而变,可表示为=(t)。在直角坐标系中,设 分别为、、沿方向、、和单位矢量，则可表示为 位矢与坐标原点的选择有关。 研究质点的运动，不仅要知道它的位置，还必须知道它的位置的变化情况，如果质点从空间一点运动到另一点，相应的位矢由1变到2，其改变量为 称为质点的位移，如图2-1-2所示，位移是矢量，它是从初始位置指向终止位置的一个有向线段。它描写在一定时间内质点位置变动的大小和方向。它与坐标原点的选择无关。 2．1．3、速度 平均速度质点在一段时间内通过的位移和所用的时间之比叫做这段时间内的平均速度 平均速度是矢量，其方向为与的方向相同。平均速度的大小，与所取的时间间隔有关，因此须指明是哪一段时间（或哪一段位移）的平均速度。 瞬时速度当为无限小量，即趋于零时，成为t时刻的瞬时速度，简称速度 瞬时速度是矢量，其方向在轨迹的切线方向。 瞬时速度的大小称为速率。速率是标量。 2．1．4、加速度 平均加速度质点在时间内，速度变化量为，则与的比值为这段时间内的平均加速度
高一物理运动学专题复习 知识梳理： 一、机械运动 一个物体相对于另一个物体的位置的改变叫做机械运动，简称运动，它包括平动、转动和振动等运动形式． 二、参照物 为了研究物体的运动而假定为不动的物体，叫做参照物． 对同一个物体的运动，所选择的参照物不同，对它的运动的描述就会不同，灵活地选取参照物会给问题的分析带来简便；通常以地球为参照物来研究物体的运动． 三、质点 研究一个物体的运动时，如果物体的形状和大小属于无关因素或次要因素，对问题的研究没有影响或影响可以忽略，为使问题简化，就用一个有质量的点来代替物体．用来代管物体的有质量的做质点．像这种突出主要因素，排除无关因素，忽略次要因素的研究问题的思想方法，即为理想化方法，质点即是一种理想化模型． 四、时刻和时间 时刻：指的是某一瞬时．在时间轴上用一个点来表示．对应的是位置、速度、动量、动能等状态量． 时间：是两时刻间的间隔．在时间轴上用一段长度来表示．对应的是位移、路程、冲量、功等过程量．时间间隔=终止时刻－开始时刻。 五、位移和路程 位移：描述物体位置的变化，是从物体运动的初位置指向末位置的矢量． 路程：物体运动轨迹的长度，是标量．只有在单方向的直线运动中，位移的大小才等于路程。 六、速度 描述物体运动的方向和快慢的物理量． 1．平均速度：在变速运动中，物体在某段时间内的位移与发生这段位移所用时间的比值叫做这段时间内的平均速度，即V ＝S/t ，单位：m ／ s ，其方向与位移的方向相同．它是对变速运动的粗略描述．公式V =（V 0＋V t ）/2只对匀变速直线运动适用。 2．瞬时速度：运动物体在某一时刻（或某一位置）的速度，方向沿轨迹上质点所在点的切线方向指向前进的一侧．瞬时速度是对变速运动的精确描述．瞬时速度的大小叫速率，是标量． 3．速率：瞬时速度的大小即为速率； 4．平均速率：质点运动的路程与时间的比值，它的大小与相应的平均速度之值可能不相同。 七、匀速直线运动 1．定义：在相等的时间里位移相等的直线运动叫做匀速直线运动． 2．特点：a ＝0，v=恒量． 3．位移公式：S ＝vt ． 八、加速度 1．加速度的物理意义：反映运动物体速度变化快慢．．．．．． 的物理量。 加速度的定义：速度的变化与发生这一变化所用的时间的比值，即a = t v ??=t v v ?-1 2。 加速度是矢量。加速度的方向与速度方向并不一定相同。 2．加速度与速度是完全不同的物理量，加速度是速度的变化率。所以，两者之间并不存在“速度大加速度也大、速度为0时加速度也为0”等关系，加速度和速度的方向也没有必然相同的关系，加速直线运
第一章《运动的描述（运动学的基本概念和理论）》 本章内容分析 1. 质点、参考系和坐标系 A. 物体和质点 B. 参考系和坐标系 2. 时间和位移 C. 时刻和时间间隔 D. 路程和位移 E. 矢量和标量 F. 直线运动的位移和路程 3. 运动快慢的描述——速度 G. 坐标与坐标的变化量 H. 速度 I. 平均速度和瞬时速度 J. 速度与速率 4. 用打点计时器测速度（此部分为重点和难点） K. 电磁打点打点计时器 L. 点火花打点计时器 M. 练习使用打点计时器 N. 用打点计时器测量瞬时速度 O. 用图象表示速度（v—t图象） 5. 速度快慢的描述——加速度 P. 加速度 Q. 从v—t图象看加速度
分类试题汇编 一、选择题 1．【05北京·理综】一人看到闪电12.3s后又听到雷声。已知空气中的声速约为330m/s~340m/s，光速为3×108m/s，于是他用12.3除以3很快估算出闪电发生位置到他的距离为4.1km。 根据你所学的物理知识可以判断 A. 这种估算方法是错误的，不可采用 B. 这种估算方法可以比较准确地估算出闪电发生位置与观察考间的距离 C. 这种估算方法没有考虑光的传播时间，结果误差很大 D. 即使声速增大2倍以上，本题的估算结果依然正确 二、填空题 1．【01上海】图A是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波冲信号，根据发出和接收到的信号间的时间差，测出被测物体的速度。图B中p1、、p2是测速仪发出的超声波信号，n1、n2是p1、p2由汽车反射回来的信号。设测速仪匀速扫描，p1、p2之间的时间间隔Δt＝1.0 s，超声波在空气中传播的速度是v＝340m/s，若汽车是匀速行驶的，则根据图B可知，汽车在接收到p1、p2两个信号之间的时间内前进的距离是，汽车的速度是m/s。 2．【02上海·春招】铁道部在2001年10月17日宣布，全国铁路新一轮提速的各项准备工作已经就绪，将于10月21日零时起，实施第四次大面积提速。这次提速涉及17个省市和9个铁路局，覆盖了全国主要大、中城市。 第四次提速后，出现了“星级列车”。从其中的T14次列车时刻表可知，列车在蚌埠
第1章自动控制系统的基本概念 内容提要： 本章通过开环与闭环控制具体实例，讲述自动控制系统的基本概念（如被控制对象、输入量、输出量、扰动量、开环控制系统、闭环控制系统及反馈的概念）、反馈控制任务、控制系统的组成及原理框图的绘制、控制系统的基本分类、对控制系统的基本要求。 1.1 概述 在科学技术飞速发展的今天，自动控制技术起着越来越重要的作用。所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象（机器设备或生产过程）的某个参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。例如，数控车床按照预定程序自动地切削工件，化学反应炉的温度或压力自动地维持恒定，人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收，宇宙飞船能够准确地在月球着陆并返回地面等，都是以应用高水平的自动控制技术为前提的。 自动控制理论是控制工程的理论基础，是研究自动控制共同规律的技术科学。自动控制理论按其发展过程分成经典控制理论和现代控制理论两大部分。 经典控制理论在20世纪50年代末已形成比较完整的体系，它主要以传递函数为基础，研究单输入、单输出反馈控制系统的分析和设计问题，其基本内容有时域法、频域法、根轨迹法等。 现代控制理论是20世纪60年代在经典控制理论的基础上，随着科学技术的发展和工程实践的需要而迅速发展起来的，它以状态空间法为基础，研究多变量、变参数、非线性、高精度等各种复杂控制系统的分析和综合问题，其基本内容有线性系统基本理论、系统辨识、最优控制等。近年来，由于计算机和现代应用数学研究的迅速发展，使控制理论继续向纵深方向发展。目前，自动控制理论正向以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论深入。 1.2 自动控制的基本方式 在工业生产过程中，为了提高产品质量和劳动生产率，对生产设备、机器和生产过程需要进行控制，使之按预定的要求运行。例如，为了使发电机能正常供电，就必须使输出电压保持不变，尽量使输出电压不受负荷的变化和原动机转速波动的影响；为了使数控机床能加工出合格的零件，就必须保证数控机床的工作台或者刀架的位移量准确地跟随进给指令进给；为了使加热炉能保证生产出合格的产品，就必须对炉温进行严格的控制。其中，发电机、机床、加热炉是工作的机器装备；电压、刀架位移量、炉温是表征这些机器装备工作状态的物理参量；额定电压、进给的指令、规定的炉温是在运行过程中对工作状态物理参量的要求。 被控制对象或对象：将这些需要控制的工作机器装备称为被控制对象或对象，如发电机、机床。
《自动控制原理》基本概念总结 1.自动控制系统的基本要求是稳定性、快速性、准确性 2.一个控制系统至少包括控制装置和控制对象 3.反馈控制系统是根据被控量和给定值的偏差进行调节的控制系统 4.根据自动控制系统是否形成闭合回路来分类，控制系统可分为开环控制系统、闭环控制系统。 根据信号的结构特点分类，控制系统可分为：反馈控制系统、前馈控制系统和前馈-反馈复合控制系统。根据给定值信号的特点分类，控制系统可分为：恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。 根据控制系统元件的特性分类，控制系统可分为：线性控制系统、非线性控制系统。 根据控制信号的形式分类，控制系统可分为：连续控制系统、离散控制系统。 5.令线性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的特征方程 6.系统的传递函数完全由系统的结构和参数决定 7.对复杂系统的方框图，要求出系统的传递函数可以采用梅森公式 8.线性控制系统的特点是可以应用叠加原理，而非线性控制系统则不能 9.线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。 10.信号流图中，节点可以把所有输入支路的信号叠加，并把叠加后的信号传送到所有的输出支路。 11.从控制系统稳定性要求来看，系统一般是具有负反馈形式。 12.组成控制系统的基本功能单位是环节。 13.系统方框图的简化应遵守信号等效的原则。 14.在时域分析中，人们常说的过渡过程时间是指调整时间 15.衡量一个控制系统准确性／精度的重要指标通常是指稳态误差 16.对于二阶系统来说，系统特征方程的系数都是正数是系统稳定的必要条件 17.若单位反馈系统在阶跃函数作用下，其稳态误差ess为常数，则此系统为0型系统 18.一阶系统的阶跃响应无超调 19.一阶系统 G(s)= K/(Ts+1)的T越大，则系统的输出响应达到稳态值的时间越长。 20.控制系统的上升时间tr、调整时间tS等反映出系统的快速性。 21.二阶系统当0<ζ<1时，如果ζ增加，则输出响应的最大超调量将减小。 22.对于欠阻尼的二阶系统，当阻尼比ξ保持不变时，无阻尼自然振荡频率ωn越大，系统的超调量σp不变 23.在单位斜坡输入信号作用下，?II型系统的稳态误差 ess=0 24.衡量控制系统动态响应的时域性能指标包括动态和稳态性能指标。 25.分析稳态误差时，将系统分为0型系统、I型系统、II型系统…，这是按开环传递函数中的积分环节数来分类的。 26.二阶系统的阻尼系数ξ=时，为最佳阻尼系数。这时系统的平稳性与快速性都较理想。 27.系统稳定性是指系统在扰动消失后，由初始偏差状态恢复到原来的平衡状态的性能。 28.系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的充要条件。 29.如果系统中加入一个微分负反馈，将使系统的超调量减小。 30.确定根轨迹与虚轴的交点，可用劳斯判据判断。 31.主导极点的特点是距离虚轴很近。 32.根轨迹上的点应满足的幅角条件为∠G(s)H(s)等于±(2l+1)π (l=0,1,2,…) 33.如果要求系统的快速性好，则闭环极点应距离虚轴越远越好。 34.根轨迹的分支数等于特征方程的阶数/开环极点数，起始于开环传递函数的开环极点，终止于开环传递函数的开环零点。 35. 根轨迹与虚轴相交时，在该交点处系统处于临界稳定状态，系统阻尼为0
圆周运动基本概念公式 【基本概念辨析】 曲线运动 1、物体做曲线运动时，一定变化的物理量是（） A．速率B．速度C．合外力D．加速度 2、关于曲线运动，下列说法中正确的是（） A．物体作曲线运动时，它的速度可能保持不变 B．物体只有受到一个方向不断改变的力的作用，才可能作曲线运动 C．作曲线运动的物体，所受合外力方向与速度方向肯定不在一条直线上 D．所受合外力方向与速度方向不在一条直线上的物体，肯定作变加速曲线运动 3、物体在几个共点的恒力作用下处于平衡状态，若突然撤销其中的一个恒力，该物体的运动（） A．一定是匀加速直线运动B．一定是匀减速直线运动 C．一定是曲线运动D．以上几种运动形式都有可能 4、如甲图所示，物体在恒力F作用下沿曲线A运动到B，这时突然使它所受 的力方向改变而大小不变（即由F变为-F），在此力作用下，物体以后的运动 情况，下列说法正确的是（） A．物体不可能沿Ba运动B．物体不可能沿直线Bb运动 C．物体不可能沿直线Bc运动D．物体不可能沿原曲线由B返回A 圆周运动 5、关于向心力的说法中正确的是（） A．物体由于做圆周运动而产生了一个向心力 B．向心力改变了做圆周运动物体的线速度大小和方向 C．做匀速圆周运动物体的向心力，一定等于其所受的合力 D．做匀速圆周运动物体的向心力是恒力 6、关于匀速圆周运动的向心力，下列说法中正确的是（）
A ．向心力是指向圆心方向的合力，是根据力的性质命名的力 B ．向心力可以是多个力的合力，也可以是其中一个力或一个力的分力 C ．对稳定的圆周运动，向心力是一个恒力 D ．向心力的效果只是改变质点的线速度大小 7、关于向心加速度，下列说法中正确的是（ ） A ．物体做匀速圆周运动的向心加速度始终不变 B ．地面上物体由于地球自转而具有的向心加速度在赤道上最大 C ．向心加速度较大的物体线速度也较大 D ．向心加速度较大的物体角速度也较大 【基础应用】 1、如图所示，一个物体在O 点以初速度v 开始作曲线运 动，已知物体只受到沿x 轴方向的恒力F 作用，则物体速度大小变化 情况是( ) (A)先减小后增大 (B)先增大后减小 (C)不断增大 (D)不断减小 2、如图所示，甲、乙两球作匀速圆周运动，向心加速度随半径变化.由图像可以知道( ) (A)甲球运动时，线速度大小保持不变 (B)甲球运动时，角速度大小保持不变 (C)乙球运动时，线速度大小保持不变 (D)乙球运动时，角速度大小保持不变 3、质量为m 的小球，用长为l 的线悬挂在O 点，在O 点正下方2 l 处有一光滑的钉子O′，把小球拉到与O′在同一水平面的位置，摆线被钉子拦住，如图所示.将小球从静止释放.当球第一次通过最低点P 时，( ) (A)小球速率突然减小 (B)小球加速度突然减小 (C)小球的向心加速度突然减小 (D)摆线上的张力突然减小
2013高考物理常见难题大盘点：运动学基本概念 变速直线运动 1．甲、乙、丙三辆汽车以相同的速度经过某一路标，以后甲车一直做匀速直线运动，乙车先加速后减速运动，丙车先减速后加速运动，它们经过下一路标时的速度又相同，则（ ）。 （Ａ）甲车先通过下一个路标 （Ｂ）乙车先通过下一个路标 （Ｃ）丙车先通过下一个路标 （Ｄ）三车同时到达下一个路标 解答 由题知，三车经过二路标过程中，位移相同，又由题分析知，三车的平均速度之间存在：乙v > 甲v > 丙v ，所以三车经过二路标过程中，乙车所需时间最短。 本题的正确选项为（B ）。 2．质点沿半径为R 的圆周做匀速圆周运动，其间最大位移等于_______，最小位移等于________，经过 9 4 周期的位移等于_________． 解答 位移大小为连接初末位置的线段长，质点做半径为R 的匀速圆周运动，质点的最大位移等于2R ，最小位移等于0，又因为经过T 49周期的位移与经过T 4 1 周期的位移相同，故经过 T 4 9 周期的位移的大小等于R 2。 本题的正确答案为“2R ；0；R 2” 3．一架飞机水平匀速地在某同学头顶飞过，当他听到飞机的发动机声从头顶正上方传来时，发现飞机在他前上方约与地面成60°角的方向上，据此可估算出此飞机的速度约为声速的____________倍． 解答 飞机发动机的声音是从头顶向下传来的，飞机水平作匀速直线运动，设飞机在人头顶正上方时到地面的距离为Y ，发动机声音从头顶正上方传到地面的时间为t ，声音的速度为v 0，于是声音传播的距离、飞机飞行的距离和飞机与该同学的距离组成了一直角三角形，由图2-1可见： X =v t ， ① Y =v 0t ， ② =Y X tan300 ， ③ 由①式、②式和③式得： 58.03 30==v v ， 本题的正确答案为“0.58”。 图2－1
高一物理必修1期末复习 第一、二章运动学基本概念与基本规律 知识点1：质点 （1）质点是没有形状、大小，而具有质量的点。 （2）质点是一个理想化的物理模型，实际并不存在。 （3）一个物体能否看成质点，并不取决于这个物体的形状大小或质量轻重，而是看在所研究的问题中物体的形状、大小和物体上各部分运动情况的差异是否为可以忽略。练习1：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 知识点2：参考系 （1）在描述一个物体运动时，选来作为标准的（即假定为不动的）另外的物体，叫做参考系。 （2）参考系可任意选取，在研究实际问题时，选取参考系的原则是要使运动和描述尽可能简单。 （3）对同一运动物体，选取不同的物体作参考系时，对物体的观察结果往往不同的。 练习2：关于参考系的选择，以下说法中正确的是（） A．参考系必须选择静止不动的物体B．任何物体都可以被选作参考系 C．一个运动只能选择一个参考系来描述D．参考系必须是和地面连在一起 知识点3：时间与时刻 在时间轴上时刻表示为一个点，时间表示为一段。时刻对应瞬时速度，时间对应平均速度。时间在数值上等于某两个时刻之差。 练习3：下列关于时间和时刻说法中正确的是（） A．物体在5 s时指的是物体在第5 s末时，指的是时刻 B．物体在5 s内指的是物体在第4 s末到第5s末这1 s的时间 C．物体在第5 s内指的是物体在第4 s末到第5 s末这1 s的时间 D．第4 s末就是第5 s初，指的是时刻 知识点4：位移与路程 （1）位移是表示质点位置变化的物理量。路程是质点运动轨迹的长度。 （2）位移是矢量，可以用由初位置指向末位置的一条有向线段来表示。因此位移的大小等于初位置到末位置的直线距离。路程是标量，它是质点运动轨迹的长度。因此其大小与运动路径有关。 （3）一般情况下，运动物体的路程与位移大小是不同的。只有当质点做单一方向的直线运动时，路程与位移的大小才相等。不能说位移就是（或者等于）路程。
运动的描述 知识方法导学 世界万物处于不停的运动中，九大行星的运动、布朗运动、NBA扣篮动作、火箭升空、猎豹捕食、树木的生长、花开花落、空气流动、流水、电流、盐的溶解、电动机的转动等．运动是绝对的，静止是相对的． 本章主要学习描述运动的基本物理量，以及物理学研究运动的基本思路、方法，如理想化、图象法以及处理实验数据的方法等．学习过程中要更新观念，注意高中物理和初中物理在观念和方法上的差异；注意理论联系实际，将抽象的概念生活化、具体化、形象化，要善于用学过的知识处理实际问题；注意不同学科之间的联系，运用研究性、探究性学习增强感性认识，加深对概念规律的理解．要有勇于探究、敢于实验、仔细观察、及时发现、善于交流、勤于反思的良好习惯．在学习中感受运动的美，感受世界因运动而精彩． 本章内容可分为两个单元：第一单元（第1~2节）介绍机械运动及质点的概念，介绍如何描述位置的变化；第二单元（第3~5节）介绍描述机械运动状态的物理量以及如何用图象描述运动． 一、质点参考系和坐标系 大纲考纲要求 1．知道参考系的概念．知道对同一物体的运动选择不同的参考系时，观察的结果可能不同．通常选择参考系时，要考虑研究问题的方便． 2．理解质点的概念，知道它是物理模型之一，是一种科学抽象．知道实际的物体在什么条件下可以看作质点． 3．知道建立理想化的“物理模型”是经常采用的一种科学研究方法． 4．学会在参照系上建立坐标系来确定物体的位置以及位置的变化． 知识要点精析 1．机械运动 （１）一个物体相对于另一个物体位置的改变，叫做机械运动，简称运动．（２）宇宙中的一切物体，无论是宏观的、微观的都处在不停地运动中，运动是绝对的，静止是相对的． 1
运动学、静力学、动力学概念 运动学 运动学是理论力学的一个分支学科，它是运用几何学的方法来研究物体的运动，通常不考虑力和质量等因素的影响。至于物体的运动和力的关系，则是动力学的研究课题。 用几何方法描述物体的运动必须确定一个参照系，因此，单纯从运动学的观点看，对任何运动的描述都是相对的。这里，运动的相对性是指经典力学范畴内的，即在不同的参照系中时间和空间的量度相同，和参照系的运动无关。不过当物体的速度接近光速时，时间和空间的量度就同参照系有关了。这里的“运动”指机械运动，即物体位置的改变；所谓“从几何的角度”是指不涉及物体本身的物理性质(如质量等)和加在物体上的力。 运动学主要研究点和刚体的运动规律。点是指没有大小和质量、在空间占据一定位置的几何点。刚体是没有质量、不变形、但有一定形状、占据空间一定位置的形体。运动学包括点的运动学和刚体运动学两部分。掌握了这两类运动，才可能进一步研究变形体(弹性体、流体等)的运动。 在变形体研究中，须把物体中微团的刚性位移和应变分开。点的运动学研究点的运动方程、轨迹、位移、速度、加速度等运动特征，这些都随所选的参考系不同而异；而刚体运动学还要研究刚体本身的转动过程、角速度、角加速度等更复杂些的运动特征。刚体运动按运动的特性又可分为：刚体的平动、刚体定轴转动、刚体平面运动、刚体定点转动和刚体一般运动。 运动学为动力学、机械原理(机械学)提供理论基础，也包含有自然科学和工程技术很多学科所必需的基本知识。 运动学的发展历史 运动学在发展的初期，从属于动力学，随着动力学而发展。古代，人们通过对地面物体和天体运动的观察，逐渐形成了物体在空间中位置的变化和时间的概念。中国战国时期在《墨经》中已有关于运动和时间先后的描述。亚里士多德在《物理学》中讨论了落体运动和圆运动，已有了速度的概念。
知识点一：质点是没有形状、大小，只具有物体全部质量的点。在研究的问题中，如果物体的形状、大小可以忽略，物体上各点的运动情况相同，我们就可以把它看作质点。能否将物体看作质点与物体本身的大小无必然联系。判断能否将一个物体看作质点时一定要先清楚研究的问题是什么。 练习题：关于质点，下列说法正确的是 [ ] A.质量很小的物体都可以看作质点 B.运动的小球可以看作质点 C.研究飞机的飞行姿态时可将它看作质点 D.质量和体积都很大的物体有时也可以看作质点 练习题：下列有关匀速直线运动物体的叙述，正确的是[ ] A.做匀速直线运动物体的位移和路程相等 B.做匀速直线运动物体位移的大小和路程相等 C.做匀速直线运动的速度等于运动路程与运动时间之比 D.做匀速直线运动物体的速度和速率相等 练习题：甲乙两列火车相向而行，速率分别是10m/s ，15m/s ，甲火车中的旅客看到乙火车从他旁边驶过历时6s 。若两车同向而行（在平行的不同轨道上），则乙火车超过甲火车时，甲火车上旅客看到乙火车驶过所经历的时间为多少s ？ 知识点二：平均速度与瞬时速度。平均速度表示物体在某段时间内运动的平均快慢程度，是矢量，方向与位移的方向相同，t x =v 。瞬时速度也 是矢量，表示某时刻物体运动的快慢，方向与此时物体的运动方向相同。 练习题：下列说法正确的是 [ ] A.变速直线运动的速度是变化的 B.平均速度即为速度的平均值 C.瞬时速度是物体在某一时刻或在某一位置时的速度 D.瞬时速度可看作时间趋于无穷小时的平均速度 练习题：物体通过两个连续相等位移的平均速度分别为v 1=10m/s ，v 2=15m/s ，则物体在整个运动过程中的平均速度是 [ ] A.12.5m/s B.12m/s C.12.75m/s D.11.75m/s 练习题：作变速直线运动的物体，若前一半时间的平均速度为4m/s ，后一半时间的平均速度是8m/s ，则全程的平均速度是 [ ] A.7m/s B.5m/s C. 6m/s D. 5.5m/s 知识点三：速度变化量。速度变化量是表示速度改变大小和方向的物理量，是矢量。用初速度箭头指向末速度箭头的有向线段表示。0v v v -=? 知识点四：加速度。加速度是表示速度改变的快慢的物理量，它不能表示速度变化的多少。加速度的大小等于速度的变化量和时间的比值，即单位时间内速度的变化量。加速度是矢量，它的方向与速度变化量的方向相同 练习题：下列说法中，正确的是 [ ] A.物体沿直线运动，如果在连续相等的时间里内位移之差相等，则物体的运动就是匀变速直线运动 B.加速度大小不变的运动就是匀变速直线运动 C.匀变速直线运动是加速度不变的运动 D.加速度方向不变的运动一定是匀变速直线运动 练习题：关于速度和加速度的关系，下列说法中正确的是 [ ] A.速度变化越大，加速度就一定越大 B.速度为零，加速度就一定为零 C.速度很小，加速度可能很大 D.速度很大，加速度可能是零 练习题：一质点作直线运动，当时间t=t 0时，位移s ＞0，速度v ＞0，其加速度a ＞0，此后a 逐渐减小，则它的 [ ] A.速度的变化越来越慢 B.速度逐渐减小 C.位移继续增大 D.位移、速度始终为正值 知识点五： 练习题：如图所示是甲、乙两物体的v —t 图象，由图可知 [ ] A.甲做匀加速运动，乙做匀减速运动 B.甲、乙两物体相向运动 C.乙比甲晚 1s 出发 D.5s 末两物体相遇 练习题：如图所示的各v －t 图象能正确反映自由落体运动过程的是 [ ]
1、参考系：运动是绝对的，静止是相对的。一个物体是运动的还是静止的，都是相对于参考系在而言的。 通常以地面为参考系。 2、质点： ①定义：用来代替物体的有质量的点。质点是一种理想化的模型，是科学的抽象。 ②物体可看做质点的条件：研究物体的运动时，物体的大小和形状对研究结果的影响可以忽略。且物体能否看成质点，要具体问题具体分析。 ③物体可被看做质点的几种情况: (1)平动的物体通常可视为质点. (2)有转动但相对平动而言可以忽略时，也可以把物体视为质点. (3)同一物体，有时可看成质点，有时不能.当物体本身的大小对所研究问题的影响不能忽略时，不能把物体看做质点，反之，则可以. [关键一点] (1)质点并不是质量很小的点，要区别于几何学中的“点”. 3、时间和时刻： 时刻是指某一瞬间，用时间轴上的一个点来表示，它与状态量相对应;时间是指起始时刻到终止时刻之间的间隔，用时间轴上的一段线段来表示，它与过程量相对应。 4、位移和路程： 位移用来描述质点位置的变化，是质点的由初位置指向末位置的有向线段，是矢量; 路程是质点运动轨迹的长度，是标量。 5、速度： 用来描述质点运动快慢和方向的物理量，是矢量。 (1)平均速度：是位移与通过这段位移所用时间的比值，其定义式为\，方向与位移的方向相同。平均速度对变速运动只能作粗略的描述。 (2)瞬时速度：是质点在某一时刻或通过某一位置的速度，瞬时速度简称速度，它可以精确变速运动。瞬时速度的大小简称速率，它是一个标量。 6、加速度：用量描述速度变化快慢的的物理量，其定义式为\。 加速度是矢量，其方向与速度的变化量方向相同(注意与速度的方向没有关系)，大小由两个因素决定。 补充：速度与加速度的关系 1、速度与加速度没有必然的关系，即： ⑴速度大，加速度不一定也大; ⑵加速度大，速度不一定也大; ⑶速度为零，加速度不一定也为零; ⑷加速度为零，速度不一定也为零。 2、当加速度a与速度V方向的关系确定时，则有： ⑴若a 与V方向相同时，不管a如何变化，V都增大。 ⑵若a 与V方向相反时，不管a如何变化，V都减小。
第1章 自动控制系统的基本概念 1－1 水位控制装置如图1-12所示。试分析它的控制原理，指出它是开环控制还是闭环控制系统？说出它的被控量及扰动输入量是什么？绘制出其系统框图。 在该液位控制系统中，水箱的进水量来自进水阀门，出水量由用户阀门确定。该系统能 在用户用水量随意变化的情况下，保持水箱水位在希望的高度上不变。 工作原理：当水箱水位低于设定值H 2时，浮子下移，通过杠杆使阀门开合度增大，从而加大进水量，使水箱水位提高；反之，当水箱水位高于设定值 H 2时，浮子上移，通过杠杆使阀门开合度减小，从而减小进水量， 使水箱水位降低。最终调节液位在一个相对稳定的高度。 控制任务：保持水位H 1在设定值； 被控制量：实际水位H 1； 扰动量：出水量； 被控对象：水箱； 测量元件：浮子； 执行元件：进水阀门。 根据上析分析，给出系统的原理方框图如图1-13所示。 1－2某生产机械的恒速控制系统原理图如图1-14所示。系统中除了速度反馈外，还设置了电流正反馈以补偿负载变化的影响。试标出速度负反馈、电流正反馈的信号的正、负号并画出框图。 被控对象：电动机；被控量：电动机转速n ；给定量：电位器的电压u 1；扰动量：负载力矩的变化。 工作原理：电位器电压u 1与转速设定值相对应。当转速n 低于设定 值时，测速发电机输出电压u 2减小，电压偏差信号 增大，电压放大器1的输出电压提高，经功率放大器放大后加到电机电枢两端电压u 4提高，从而使电动机的转速提高。另一方面，当负载转矩增大时，电枢回路中的电流增大，电压放大器2的输出电压u 3增大，经功率放大器后加到电机上的电压u 4也提高，起到了扰动补偿作用。由此可见，当转速低于设定值时，可通过反馈回路和扰动补偿两方面的共同作用使转速提高，从而达到了复合控制转速的目的。反之亦然。 根据题意，可得系统原理方框图如图1-15所示。 21u u u -=?
第5课时运动学的基本概念（A卷） 考测点导航 1、参考系：在描述一个物体的运动时，选来作为标准 的的另外的物体。一般来讲，选为参考物的物体假设为不动，选择不同的参考物来描述同一个运动，结果不一定相同，但选择时要使运动的描述尽量的简单。 2、质点：用来代替物体的有质量的点。质点是一种理 想化的模型，是科学的抽象。 3、时间和时刻：时刻是指某一瞬间，用时间轴上的一 个点来表示，它与状态量相对应；时间是指起始时刻到终止时刻之间的间隔，用时间轴上的一段线段来表示，它与过程量相对应。 4、位移和路程：位移用来描述质点位置的变化，是质 点的由初位置指向末位置的有向线段，是矢量；路程是质点运动轨迹的长度，是标量。 5、速度：用来描述质点运动快慢和方向的物理量，是 矢量。 （1）平均速度：是位移与通过这段位移所用时间的比值，其定义式为v=△s/△t，方向与位移的方向相同。平均速度对变速运动只能作粗略的描述。 （2）瞬时速度：是质点在某一时刻或通过某一位置的速度，瞬时速度简称速度，它可以精确变速运动。瞬时速度的大小简称速率，它是一个标量。 6、加速度：用量描述速度变化快慢的的物理量，其定义式为a=△v/△t。加速度是矢量，其方向与速度的变化量方向相同（注意：与速度的方向没有关系），大小由两个因素决定。 典型题点击 1、关于质点,下述说法中正确的是（） A只要体积小就可以视为质点 B在研究物体运动时，其大小与形状可以不考虑时，可以视为质点 C物体各部分运动情况相同，在研究其运动规律时，可以视为质点 D上述说法都不正确 （该题考查把物体视为质点是有条件的，一个物体是否能看着质点要看具体的情况，不在于它的大小） 2、小球从3m高处落下，被地板弹回，在1m高处被接住，则小球通过的路程和位移的大小分别是（） A 4m,4m B 3m,1m C 3m,2m D 4m,2m （该题考查位移和路程的概念，答题时要注意位移是起点指向终点的线段，跟中间过程无关，路程是物体实际经过的轨迹的长度，与中间过程有关） 3、下列所描述的运动中，可能正确的有（） A．速度变化很大，加速度很小 B．速度变化方向为正，加速度方向为负 C. 速度变化越来越快，加速度越来越小 D. 速度越来越大，加速度越来越小 （该题考查速度与加速度的关系，要注意加速度与速度之间没有关系，加速度与速度的变化量相联系） 4、物体以5m/s的初速度沿光滑斜槽向上做直线运动，经4s滑回原处时速度大小仍为5m/s，则物体的速度变化为，加速度为。（规定初速度的方向为正方向） (该题重点考查速度和加速度的矢量性,加速度的方向与速度的变化量方向相同,与速度的方向无关) 新活题网站 一、选择题 1、关于人造地球通讯卫星的运动，下列说法正确的是（） A 以地面卫星接收站为参照物，卫星是静止的。 B以太阳为参照物，卫星是运动的。 C 以地面卫星接收站为参照物，卫星的轨迹是圆周。 D 以太阳为参照物，卫星的轨迹是圆周。 (该题考查对参考物的正确理解) 2、某物体在水平面上向正南方向运动了20m，然后又向正北方向运动了30m，对于这一过程，下列说法正确的是（） A 物体的位移大小是50m，方向又南再向北 B 物体的路程是10m C 物体的位移大小是10m，方向向北 D 物体的位移大小是10m ，方向向南 3、下列说法中正确的是（） A 物体运动的速度一定随加速度的减小而减小 B 加速度是指物体增加的速度 C 物体的速度很大，加速度可能为零 D 物体有加速度，但物体的速度大小可能不变 （该题考查速度与加速度之间的关系，这是易错的地方） 4、关于速度和加速度，下列说法中正确的是（） A 速度变化得越大，加速度就越大 B 速度变化得越快，加速度就越大 C 加速度的方向保持不变，速度方向也保持不变 D 加速度大小不断变小，速度大小也不断变小 5、物体沿一条直线运动，下列说法正确的是（）