4. 姐姐和弟弟在同一所学校上学。某天早晨,姐弟俩约定从小区门口出发去学校大门口会合,他们的路程$s$与时间$t$的关系分别如图中的两条实线所示。两人的路线均为直线,则(
C
)。

A.弟弟比姐姐早$5\ min$离开家
B.弟弟和姐姐的平均速度相同
C.弟弟和姐姐行走时的速度相等,均为$100\ m/min$
D.姐姐一直做匀速直线运动
解析:
【分析】
要解决这道题,我们需要结合s-t图像逐一分析每个选项:
1. 分析出发时间:通过图像中起始时间判断姐弟俩的出发先后,验证A选项;
2. 分析平均速度:根据平均速度公式$v=\frac{s}{t}$,分别计算姐弟俩的平均速度,验证B选项;
3. 分析行走时的速度:分别计算姐姐运动阶段的速度和弟弟全程的速度,比较后验证C选项;
4. 分析姐姐的运动状态:根据s-t图像中线段的变化,判断姐姐是否一直做匀速直线运动,验证D选项。
【解析】
逐一分析各选项:
选项A:由图像可知,姐姐在$t=0$时离开家,弟弟在$t=5\ \mathrm{min}$时离开家,因此姐姐比弟弟早5min离开家,A错误;
选项B:姐姐的平均速度:$v_{姐平}=\frac{s_{总}}{t_{姐总}}=\frac{1000\ \mathrm{m}}{20\ \mathrm{min}}=50\ \mathrm{m/min}$;
弟弟的平均速度:$v_{弟平}=\frac{s_{总}}{t_{弟总}}=\frac{1000\ \mathrm{m}}{15\ \mathrm{min}-5\ \mathrm{min}}=100\ \mathrm{m/min}$,
二者平均速度不相等,B错误;
选项C:姐姐行走时的速度:
0~5min内,$v_{姐1}=\frac{500\ \mathrm{m}}{5\ \mathrm{min}}=100\ \mathrm{m/min}$;
15~20min内,$v_{姐2}=\frac{1000\ \mathrm{m}-500\ \mathrm{m}}{20\ \mathrm{min}-15\ \mathrm{min}}=100\ \mathrm{m/min}$;
弟弟的速度:$v_{弟}=\frac{1000\ \mathrm{m}}{15\ \mathrm{min}-5\ \mathrm{min}}=100\ \mathrm{m/min}$,
因此弟弟和姐姐行走时的速度相等,均为$100\ \mathrm{m/min}$,C正确;
选项D:由图像可知,姐姐在5~15min内,路程$s$没有变化,说明这段时间姐姐处于静止状态,并非一直做匀速直线运动,D错误。
【答案】
C
【知识点】
s-t图像分析、速度计算、运动状态判断
【点评】
本题核心是对s-t图像的解读和速度公式的应用,需注意区分“平均速度”与“运动时的速度”,同时明确s-t图像中水平线段代表静止,倾斜线段代表匀速直线运动。
【难度系数】
0.6