高中物理人教版 (2019)必修 第一册3 位置变化快慢的描述——速度第1课时导学案

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——速度第1课时导学案，共20页。学案主要包含了速度，平均速度和瞬时速度，速度—时间图像等内容，欢迎下载使用。
3．位置变化快慢的描述——速度第1课时　位置变化快慢的描述——速度一、速度1．物理意义：描述物体位置变化快慢的物理量。2．定义：位移与发生这段位移所用时间的比值。3．定义式：v＝。4．单位：在国际单位制中，速度的单位是米每秒，符号是m/s或m·s－1，常用的单位还有千米每小时(km/h或km·h－1)、厘米每秒(cm/s或cm·s－1)等。5．矢量性：速度是矢量，其方向与时间Δt内的位移Δx的方向相同。二、平均速度和瞬时速度1．平均速度：(1)物理意义：描述物体在一段时间内运动的平均快慢程度和方向。(2)定义式：＝。(3)方向：与位移的方向相同。2．瞬时速度：(1)物理意义：描述物体在某时刻运动的快慢。(2)速率：瞬时速度的大小。(3)匀速直线运动：瞬时速度保持不变的运动。在匀速直线运动中，平均速度与瞬时速度相等。高速路口上的限速牌指的是平均速度还是瞬时速度？提示：瞬时速度。三、速度—时间图像1．建系：以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系。2．描点：根据计算出的不同时刻的瞬时速度值，在坐标系中描点。3．连线：用平滑曲线把这些点连接起来就得到了一条能够描述速度v与时间t关系的图线，即v ­t图像。如图所示。4．v ­t图像的意义：v ­t图像非常直观地反映了速度随时间变化的情况，但它不是运动的轨迹。学习速度的概念后，我们分析判断下列速度哪些表示瞬时速度？①短跑运动员百米冲刺速度。②高速公路上的限速。③高速列车从北京到上海的速度。④炮弹从炮口的出射速度。⑤跳伞运动员落地时的速度。⑥赛车跑完全程的速度。 ⑦猎豹追赶羚羊的速度。表示瞬时速度的有①②④⑤。　一位女士由于驾车超速而被警察拦住。警察走过来对她说：“太太，您刚才的车速是90 km/h！”这位女士反驳说：“不可能的！我才开了7分钟，还不到1小时，怎么可能走了90 km呢？”“太太，我的意思是：如果您继续像刚才那样开车，在下一个小时里您将驶过90 km。”“这也是不可能的。我只要再行驶10 km就到家了，根本不需要再开90 km的路程。”思考：从物理学角度看，你认为这位女士主要是由于没弄清哪个物理概念？提示：速度。一、速度 平均速度和瞬时速度的比较(科学思维——科学推理)　出现上述问题的主要原因是什么？提示：混淆了瞬时速度和平均速度的概念。 平均速度瞬时速度物理意义描述物体在一段时间内运动的快慢和方向，与一段时间或位移对应，只能粗略描述物体运动的快慢及方向描述物体在某时刻运动的快慢和方向，与时刻或位置对应，可以精确描述物体运动的快慢及方向大小由＝求出当Δt→0时，用＝计算出的是那一时刻的瞬时速度方向与位移的方向相同，不一定与物体瞬时运动方向相同某一时刻物体运动的方向联系(1)在匀速直线运动中，平均速度和瞬时速度相等(2)当位移足够小或时间足够短时，可以认为平均速度就等于瞬时速度　 平均速度必须指明对应的是哪段时间或哪段位移内的平均速度。【典例1】(多选)物体的x­t图像如图所示，根据图像判断下列说法正确的是(　　)A．物体在0～2 s内的平均速度为3 m/sB．物体在0～3 s内的平均速度为2 m/sC．物体在第3 s末的速度为2 m/sD．物体在第5 s内的平均速度为－6 m/s【解题探究】(1)在x-t图像中,怎样求某段时间的位移?提示:这段时间末位置坐标减初位置坐标。(2)“第5 s内”表示的是时间还是时刻?提示:时间,强调的是第5 s这一秒钟。【解析】选A、B、D。由题图根据v＝可知，选项A、B正确；2～4 s内，x不变表示物体静止，第3 s末速度为0，选项C错误；物体在第5 s内做匀速直线运动，速度为－6 m/s，选项D正确。　解答平均速度和瞬时速度问题的三点注意(1)瞬时速度某一时刻或某个位置。(2)平均速度某段时间或某段位移。(3)不同过程或不同时间段的平均速度一般不同。 平均速度与平均速率的比较(科学思维——科学推理) 平均速度平均速率区别定义平均速度=平均速率=标矢性矢量标量物理意义粗略描述物体位置变化的快慢粗略描述物体运动的快慢联系都是描述物体运动快慢的物理量单位相同表达式都可写成＝的形式，但注意“x”的意义不同(表示平均速度时，x指位移；表示平均速率时，x指路程)只有在单方向直线运动中位移的大小才等于路程,平均速度的大小才等于平均速率【典例2】如图所示，一质点沿半径r＝20 cm 的圆周自A点出发沿逆时针方向匀速率运动，在2 s内运动圆周到达B点，π取3.14。求：(1)质点的位移和路程；(2)质点平均速度的大小和平均速率。程序内容提取信息(1)从A点逆时针匀速率运动。(2)在2 s内运动圆周到达B点。情境转化(1)匀速率运动指的是速度大小不变。(2)沿圆周运动路程和位移不相等。选择规律(1)平均速度＝(2)平均速率＝【解析】(1)质点的位移是由A点指向B点的有向线段，则位移大小为线段AB的长度由题图中几何关系可知位移Δx＝＝r≈28.3 cm质点位移的方向由A点指向B点质点的路程为轨迹的长度，则l＝×2πr＝×2π×20 cm＝94.2 cm。(2)根据平均速度的定义得v＝＝＝0.141 5 m/s根据平均速率的定义得v′＝＝＝0.471 m/s。答案：(1)28.3 cm，方向由A点指向B点　94.2 cm(2)0.141 5 m/s　0.471 m/s1．瞬时速度是指(　　)A．运动物体在某一位置的速度，是物体在该位置速度的大小B．运动物体在某一段位移内的速度，既能表示物体在该段位移内速度的大小，又能表示速度的方向C．运动物体在某一段位移内的速度，只能表示物体在该段位移内速度的大小，不能表示速度的方向D．运动物体在某一时刻的速度，既能表示物体在该时刻速度的大小，又能表示速度的方向【解析】选D。物体在某一位置或某一时刻的速度是瞬时速度，是矢量，选项A、B、C错误，D正确。2.(2021·台州高一检测)如图所示为一升降机向上做直线运动的位移—时间图像，以竖直向上为正方向，根据图像：(1)描述升降机在25 s内的运动情况；(2)求升降机在0～25 s内平均速率和平均速度的大小。【解析】(1)由x­t图像可知，0～10 s位移在增加，并且斜率不变，则证明升降机在匀速向上运动，速度大小由匀速直线运动速度公式得：v＝＝＝3 m/s，10～15 s斜率为零，则此时速度为零，即升降机此时处于静止状态，15～25 s，位移在减小，并且斜率不变，则证明此时升降机在匀速向下运动，速度大小由匀速直线运动速度公式得：v0＝＝＝1 m/s；(2)0～25 s内的路程为：x1＝30 m＋10 m＝40 m，平均速率的大小为：v1＝＝＝1.6 m/s；0～25 s内的位移为：x2＝(20－0) m＝20 m，平均速度的大小为：v2＝＝＝0.8 m/s；答案：(1)见解析　(2)1.6 m/s　0.8 m/s【补偿训练】如图所示是三个质点A、B、C的运动轨迹，三个质点同时从N点出发，又同时到达M点，下列说法正确的是(　　)A.从N到M的过程中，A的平均速率最大B．三质点从N到M的平均速率相同C．三质点从N到M的平均速度不相同D．到达M点时A的速率最大【解析】选A。相同时间内，A运动的路程最长，故A的平均速率最大；A、B、C位移相同，故三质点的平均速度相同；无法判断到达M点时谁的速率最大。只有选项A正确。二、速度—时间图像(科学思维——模型建构)百米赛跑时运动员的速度从始至终是不变的吗？如果有变化，你估计是怎样变化的？某位运动员的百米赛跑的成绩是10.57 s，按照你的估计画出他在这段时间的v ­t图像的草图。如果是没有受过训练的同学跑百米，他的v ­t图像的形状可能有什么不同？提示：运动员在百米赛跑中，速度变化较大。大致可以分为三个阶段：启动阶段，速度从零迅速增大；中间阶段，这一阶段速度几乎不变；冲刺阶段，速度逐渐增到最大。如图1所示。如果是没有受过训练的同学跑百米，他的速度可能是先增加到最大，然后又逐渐减小。如图2所示。速度—时间图像意义反映做直线运动的物体的速度随时间变化的规律应用1.由图像能看出每一时刻对应的瞬时速度2.由图像判断物体的运动性质【典例】有一质点，从坐标原点O自t＝0时刻开始沿x轴运动，其v ­t图像如图所示。现有下列说法，其中正确的是(　　)A．t＝0.5 s时质点离O点最远B．t＝1.0 s时质点离O点最远C．t＝1.0 s时质点回到O点D．t＝0.5 s时质点开始向正方向运动【解析】选B。在前1 s内质点沿负方向运动，在后1 s内沿正方向运动，两段时间内位移大小相等，所以t＝1 s 时离原点最远，t＝2 s时，回到出发点。t＝0.5 s时质点向负方向运动。综上分析B正确，A、C、D错误。故选B。1．(2021·湖州高一检测)如图所示为某物体做直线运动的速度图像，由图像可知(　　)A.2 s和7 s时物体的速度大小均为2 m/s，方向相反B．物体在第4 s内平均速度大小为2 m/sC．8 s时物体的速度为0，加速度大小为2 m/s2D．物体在8 s内运动的平均速度为2 m/s【解析】选C。由题图知，2 s和7 s时物体的速度大小均为2 m/s，速度均为正值，可知速度方向相同，故A错误；第3 s末的速度为v3＝3 m/s，第4 s末的速度为v4＝4 m/s，由于物体在前4 s内做匀加速直线运动，则物体在第4 s内平均速度大小为＝＝ m/s＝3.5 m/s，故B错误；8 s时物体的速度为0，加速度大小为a＝||＝ m/s2＝2 m/s2，故C正确；物体在8 s内运动的位移等于梯形面积的大小，为x＝×4 m＝20 m，平均速度为＝＝ m/s＝2.5 m/s，故D错误。2．(多选)物体在水平面运动，则在如图所示的运动图像中，表明物体在做匀速直线运动的图像是(　　)【解析】选A、C。x­t图像倾斜的直线表示做匀速直线运动，故A正确；v ­t图像中，与时间轴平行的直线表示做匀速直线运动，倾斜的直线表示做变速直线运动，斜率表示加速度，故C正确，B、D错误。故选A、C。【拓展例题】考查内容：激光测速仪能够测量运动物体的瞬时速率【典例】激光测速仪能够测量运动物体的瞬时速率。其测量精度较高，广泛应用于交通管理等领域。如图所示，测速仪向汽车发射一束激光，经反射后被接收装置接收。只要测出从发射到接收所经历的时间，便可得到测速仪到汽车的距离。在测量时，测速仪在设定的极短时间内分别发射两束激光，对汽车进行两次这样的距离测量(s1、s2)，就可计算出这段时间内汽车位移的大小s，从而得到汽车的瞬时速率。设测速仪离路面的高度为l，两次发射激光束的时间差为Δt，试根据激光测速仪的测量原理图，写出汽车瞬时速度的表达式。【解析】汽车在Δt时间内的位移：s＝－则汽车的瞬时速度v＝＝。光电门光电门结构图如图所示，当物体通过光电门时光被挡住，计时器开始计时，当物体离开时停止计时，这样就可以根据物体大小与运动时间计算物体运动的速度；若计时装置具备运算功能，使用随机配置的遮光板(宽度一定)，可以直接测量物体的瞬时速度。光电门是由一个小的聚光灯泡和一个光敏管组成的，聚光灯泡对准光敏管，光敏管前面有一个小孔可以接收光的照射。光电门与计时仪是按以下方式连接的。即当两个光电门的任一个被挡光时，计时仪开始计时；当两个光电门中任一个被再次挡光时，计时终止。计时仪显示的是两次挡光之间的时间间隔。探究：怎样用光电门测瞬时速度？提示：实验装置如图所示，使一辆小车从一端垫高的木板上滑下，木板旁有光电门，其中A管发出光线，B管接收光线。当固定在车上的遮光板通过光电门时，光线被遮挡，计时仪可以直接读出光线被遮挡的时间。这段时间就是遮光板通过光电门的时间。根据遮光板的宽度Δx和测出的时间Δt，就可以算出遮光板通过光电门的平均速度v＝。由于遮光板的宽度Δx很小，因此可以认为，这个平均速度就是小车通过光电门的瞬时速度。1．(水平1)如图所示，某汽车内的仪表盘显示了汽车行驶的相关数据，则此时汽车的(　　)A．速率约为50 m/sB．瞬时速度约为50 m/sC．速率约为50 km/hD．平均速度约为50 km/h【解析】选C。汽车内的仪表盘显示的是汽车瞬时速度的大小，即速率，单位为km/h，由题图可知，汽车速率约为50 km/h，选项C正确。2．(水平1)四月的江南草长莺飞，桃红柳绿，雨水连绵。伴随温柔的雨势，时常出现瓢泼大雨，雷电交加的景象，在某次闪电过后约2 s小明听到雷声，则雷电生成处离小明的距离约为(　　)A．6×102 m      B．6×104 mC．6×106 m      D．6×108 m【解析】选A。声速大约为340 m/s，所以雷电生成处离小明的距离约为s＝vt＝680 m≈6×102 m，选项A正确。3．(水平1)某驾驶员使用定速巡航，在高速公路上以时速110公里行驶了200公里。其中“时速110公里”“行驶200公里”分别是指(　　)A．速度、位移      B．速度、路程C．速率、位移      D．速率、路程【解析】选D。时速不考虑方向，即为速率，200公里为路程，D正确。4．(水平2)下列关于速度的说法正确的是(　　)A．速度是描述物体运动快慢的物理量，速度大表示物体运动得快B．速度是描述物体的位置变化快慢的物理量，速度大表示物体位置变化大C．速度越大，位置变化越快，位移也就越大D．速度是矢量，速率也是矢量【解析】选A。速度是描述物体运动快慢的物理量，它表示物体位置变化的快慢，不能表示位置变化的大小，故选项A正确，B错误；速度越大，位置变化越快，但位移表示位置变化的大小，速度大，位移不一定大，故选项C错误；速度是矢量，既有大小，又有方向，速率是标量，只有大小，没有方向，故选项D错误。5．(水平2)一个运动员在百米赛跑中，测得50 m处的瞬时速度为8 m/s，10 s末到达终点时速度为11 m/s，则全程的平均速度大小为(　　)A．8 m/s　　B．9 m/s　　C．10 m/s　　D．11 m/s【解析】选C。排除题目中的干扰因素，百米比赛为直道，其位移为100米，所以平均速度为：′＝＝＝10 m/s，故A、B、D错误，C正确。【补偿训练】关于速度的定义式v＝，下列叙述不正确的是(　　)A．物体做匀速直线运动时，速度v与运动的位移Δx成正比，与运动时间Δt成反比B．速度v的大小与运动的位移Δx和时间Δt都无关C．此速度定义式适用于任何运动D．速度是表示物体运动快慢及方向的物理量【解析】选A。v＝是计算速度的定义式，适用于任何运动，C正确；此式说明速度可用位移Δx与时间Δt的比值来获得，并不能说速度v与位移Δx成正比，与时间Δt成反比，A错误，B正确；速度的大小表示物体运动的快慢，方向表示物体运动的方向，D正确。 6．(水平2)某人爬山，从山脚爬上山顶，然后又从原路返回到山脚，上山的平均速率为v1，下山的平均速率为v2，则往返全程的平均速度的大小和平均速率分别是(　　)A．，　　　　　　 B．，C．0，          D．0，【解析】选D。此人往返全程的位移为x＝0，故平均速度＝＝0，而平均速率′＝，s代表路程，因上、下山过程的路程相同，可得′＝＝，选项D正确。 关闭Word文档返回原板块