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高中物理教科版 (2019)必修 第一册3 位置变化的快慢与方向——速度图文课件ppt
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这是一份高中物理教科版 (2019)必修 第一册3 位置变化的快慢与方向——速度图文课件ppt，共35页。PPT课件主要包含了学习目标，基础探究，合作探究，实践应用，情境化导学，形成概念掌握新知，所用时间Δt，米每秒，知识点三速度的测量，较短时间等内容，欢迎下载使用。
1.理解平均速度和瞬时速度的区别和联系。知道平均速率与平均速度大小无关。2.知道测量速度的原理和方法,了解打点计时器。3.掌握v-t图像的物理意义,会利用v-t图像描述物体的运动。
知识点一 平均速度1.定义:物体的位移Δx与发生这段位移 的比。
3.单位:常用单位是 和千米每时,符号是 和km/h。4.矢量性:平均速度是矢量,它的方向就是物体 的方向。5.过程性:提到平均速度时,需要明确是哪段时间(或哪段位移)内的平均速度。6.平均速率: 与相应时间之比。它只有大小,没有方向;大小与平均速度大小无关。
知识点二 瞬时速度1.定义:某 (或经过某 时)的速度。2.矢量性:大小反映了物体在该时刻的运动 ,方向就是物体在该时刻的运动方向。
4.瞬时速率:瞬时速度的大小。
2.使用打点计时器测速度(1)打点计时器是每隔相同的 通过打点记录一次做直线运动的物体 的仪器。(2)实验室使用的打点计时器的打点频率是50 Hz,即每隔 打一个点。
(3)打点计时器分为电磁打点计时器和电火花打点计时器。如表所示。
3.用光电门测速度在运动的小车上固定一块窄窄的遮光板,在小车经过的轨道上某处固定一个光电门。当小车经过时,遮光板挡住光线,与光电门相连的计时器启动计时,当遮光板离开,计时器停止,由于遮光板很窄,遮挡光线的时间Δt足够 ,则遮光板的宽度Δx与相应时间Δt的比就认为是小车经光电门时的 .速度。知识点四 速度—时间图像在直角坐标系中,用纵轴表示物体运动的速度v,用横轴表示时间t,把测量所得的速度v相应的时间t的数值标注在坐标系中,再把各数据点连接成一条光滑的曲线,即是速度—时间图像,简称v-t图像。
(2)运动的物体的平均速度一定不为零。( )(3)运动的物体的平均速率一定不为零。( )(4)瞬时速度的方向与物体运动的方向一致。( )(5)瞬时速度是运动时间Δt非常非常小时的平均速度。( )(6)做直线运动的物体的速度—时间图像一定是一条倾斜的直线。( )
答案:汽车速度计上显示的是汽车各时刻的瞬时速度的大小。
2.思维探究(1)如图,汽车速度计上面显示的是平均速度还是瞬时速度的大小?
(2)2020年6月23日9时23分,我国的第55颗北斗导航卫星在西昌卫星发射中心成功发射。这颗卫星运行在半径为4.23×107 m的地球同步轨道上,运行一周的时间是24 h。你能求出该卫星运行一周过程中的平均速度大小、平均速率以及瞬时速度的大小是多少吗?
自行车和汽车都在平直公路上沿同一方向单向行驶,自行车在30 min内行驶8 km;汽车在30 min内行驶50 km;百米比赛中,运动员甲用时10 s,运动员乙用时13.5 s。试结合上述情境,讨论下列问题:(1)自行车和汽车哪个运动得快?运动员甲和运动员乙哪个跑得快?答案:(1)汽车运动得快,相同时间内位移大。运动员甲运动得快,通过相同位移所需时间短。
自行车和汽车都在平直公路上沿同一方向单向行驶,自行车在30 min内行驶8 km;汽车在30 min内行驶50 km;百米比赛中,运动员甲用时10 s,运动员乙用时13.5 s。试结合上述情境,讨论下列问题:(2)自行车和运动员甲哪个运动得快?如何进行比较?
1.对速度的理解(1)速度指运动物体的位移与所用时间之比,与初中所学的路程与时间之比不同。
2.速度的矢量性(1)速度既有大小,又有方向,是矢量。瞬时速度的方向就是物体该时刻的运动方向;平均速度的方向与t内位移的方向相同。(2)比较两个速度是否相等时,既要比较其大小是否相等,又要比较其方向是否相同。
A.此速度定义式适用于任何运动B.在匀速直线运动中,物体的位移越大,速度越大C.在匀速直线运动中,物体在单位时间内的位移越大,速度越大D.速度v的大小与运动的位移Δx和时间Δt都无关
(1)速度是矢量,做直线运动的物体的速度可用正负号表示其运动的方向,速度的方向与规定的正方向相同时取正值,相反时取负值。(2)物体做直线运动时,一般规定速度的正方向与位移的正方向相同,便于在同一坐标系中同时分析速度和位移的问题。
[针对训练1] (多选)甲、乙两质点在同一直线上匀速运动,设向右为正方向,甲质点的速度为2 m/s,乙质点的速度为-4 m/s,则可知( )A.乙质点的速率大于甲质点的速率B.因为2>-4,所以甲质点的速率大于乙质点的速率C.这里的正、负号的物理意义是表示运动的方向D.若甲、乙两质点同时由同一点出发,则10 s后甲、乙两质点相距60 m
解析:因为速度是矢量,所以其正、负号表示物体的运动方向,选项C正确;速率是标量,等于速度的大小,甲、乙的速率分别为2 m/s、4 m/s,选项A正确,B错误;甲、乙两质点在同一直线上沿相反方向运动,10 s后的距离等于两者位移大小之和,计算可得,选项D正确。
要点二 平均速度、平均速率和瞬时速度的区别
通常,我们认为兔子比乌龟跑得快。而在“森林动物运动会”的龟兔赛跑中,由于兔子骄傲自大,中途睡了一觉,“裁判员”判定最先到达终点的乌龟跑得快。你认为前后两个“跑得快”分别指什么?
答案:通常我们认为兔子比乌龟跑得快,是指它的瞬时速度,而“裁判员”判定乌龟跑得快,是指它的平均速度。
1.平均速度和平均速率的比较
2.速率与平均速率(1)速率等于瞬时速度的大小,而平均速率为路程与时间的比值,不是速率的平均值,两者均是标量,前者是状态量,后者是过程量。(2)速率与平均速率没有确定的必然联系,某一运动过程中,速率可能大于平均速率,也有可能小于或者等于平均速率。
3.平均速度与瞬时速度的比较
[例2] 以下关于速度概念的说法正确的是( )A.子弹以900 m/s的速度从枪口射出,指的是平均速度B.汽车在平直的乡村公路上的行驶速度约为30 km/h,指的是平均速度C.某城区道路汽车的最高限速为40 km/h,指的是平均速度D.比较汽车和动车从宜昌开往武汉的行驶快慢,应比较它们的瞬时速度
解析:子弹射出枪口的速度,与枪口这一位置相对应,指的是瞬时速度,故A错误;汽车在平直公路上的行驶速度,是一个过程中的速度,指的是平均速度,故B正确;最高限速是限制任意时刻的速度,故所限为瞬时速度,故C错误;比较汽车和动车在两地间的行驶快慢,比较的是一个过程中的速度,故应比较平均速度,故D错误。
(1)物体做变速运动时,在不同阶段内的平均速度一般不同,因此在求平均速度时一定要明确所求的是哪一个时间段内的平均速度,要紧扣平均速度的定义。(2)运动物体在一段时间内的位移大小不一定等于路程,因此平均速度的大小不一定等于平均速率。
[针对训练2] 某人沿着平直公路由A出发到达D点,前 t1=5 s内向东运动了Δx1=30 m经过B点,又运动了 t2=5 s前进了Δx2=60 m到达C点,在C点停了t3=4 s 后又向西运动,经历了t4=6 s运动了Δx4=120 m到达A点西侧的D点,其运动轨迹如图所示。求:
(1)全过程的平均速度;
(2)全过程的平均速率。
答案:(1)1.5 m/s 方向向西
答案:(2)10.5 m/s
要点三 对速度-时间图像的理解及应用
1.用图像法处理实验数据时,为了更准确地反映物体的速度变化情况,如图甲、乙所示,用折线或平滑曲线把这些点连起来,哪种方法更合适?
答案:速度不会发生突变,所以用平滑曲线连接这些点会与实际更加接近。
2.如图所示的图像中速度的正负表示什么?
答案:图像中速度的正负表示物体的运动方向,速度为正表示物体沿正方向运动,速度为负表示物体沿负方向运动。
v-t图像中的信息(1)某一时刻瞬时速度的大小。(2)速度的方向决定于其正负值。若v>0,速度方向与选定的正方向相同;若v<0,速度方向与选定的正方向相反。(3)匀速直线运动的速度-时间图像是一条平行于t轴的直线。(4)从匀速直线运动的速度-时间图像中不仅可以看出速度的大小,而且可以求出位移,其位移对应着图线与t轴围成图形的面积。
[例3] 某物体沿一直线运动,其v-t图像如图所示。则下列说法中正确的是( )A.第2 s内和第3 s内物体的速度方向相反B.第2 s末物体的速度方向发生变化C.物体先沿正方向运动,在t=3 s后沿负方向运动D.在3～4 s内物体做减速运动
解析:第2 s内和第3 s内物体的速度都是正值,速度方向相同,故A错误;第3 s末物体的速度方向发生变化,由正方向变为负方向,故B错误,C正确;在3～4 s内物体沿负方向运动,速度的大小增加而做加速运动,故D错误。
解析:由v-t图像可以看出,小车的速度先增大后减小,最大速度约为0.8 m/s,故A、B正确;小车的速度先增大后减小,一直朝正方向运动,故C错误;图线弯曲表明小车速度变化不均匀,不表示小车做曲线运动,故D错误。
[针对训练3] (多选)利用速度传感器与计算机结合,可以自动作出物体运动的图像。某同学在一次实验中得到的运动小车的速度-时间图像如图所示。以下说法正确的是( )A.小车先做加速运动,后做减速运动B.小车运动的最大速度约为0.8 m/sC.小车前10 s朝正方向运动,10 s后朝负方向运动D.小车做曲线运动
模型·方法·结论·拓展
瞬时速度的计算——极限思想的应用
2.极限思维法常用于分析两物理量间变化关系的问题。
[示例] 某同学设计了一个测物体瞬时速度的实验,其装置如图所示。在小车上固定挡光片,使挡光片的前端与车头齐平,将光电门传感器固定在轨道侧面,垫高轨道的一端。该同学将小车从该端同一位置由静止释放,获得了如下几组实验数据。
则以下表述正确的是( )①四个挡光片中,挡光片Ⅰ的宽度最小②四个挡光片中,挡光片Ⅳ的宽度最小③四次实验中,第一次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度④四次实验中,第四次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度A.①③ B.②③ C.①④ D.②④
科学·技术·社会·环境
区间测速——科学技术在交通中的应用区间测速就是在同一路段上布设两个监控点,如图所示,通过车辆前后两个监控点的时间来计算车辆在该路段上的行驶速度,并依据该路段上的限速标准判定车辆是否超速违法,同时在LED大屏进行交通违法车辆信息的实时发布,以对违法车辆进行告知及警示更多的车辆。
[示例]高速公路“区间测速”的原理是通过测量车辆经过两个监控点之间的时间来判断是否超速。如图所示为某一直线高速公路20 km路段的区间测速标志,该路段限速120 km/h。则下列说法正确的是( )A.“20 km”指位移B.“20 km”指路程C.车辆通过此路段瞬时速度为120 km/hD.车辆通过此路段用时15 min属于超速
1.理解平均速度和瞬时速度的区别和联系。知道平均速率与平均速度大小无关。2.知道测量速度的原理和方法,了解打点计时器。3.掌握v-t图像的物理意义,会利用v-t图像描述物体的运动。
知识点一 平均速度1.定义:物体的位移Δx与发生这段位移 的比。
3.单位:常用单位是 和千米每时,符号是 和km/h。4.矢量性:平均速度是矢量,它的方向就是物体 的方向。5.过程性:提到平均速度时,需要明确是哪段时间(或哪段位移)内的平均速度。6.平均速率: 与相应时间之比。它只有大小,没有方向;大小与平均速度大小无关。
知识点二 瞬时速度1.定义:某 (或经过某 时)的速度。2.矢量性:大小反映了物体在该时刻的运动 ,方向就是物体在该时刻的运动方向。
4.瞬时速率:瞬时速度的大小。
2.使用打点计时器测速度(1)打点计时器是每隔相同的 通过打点记录一次做直线运动的物体 的仪器。(2)实验室使用的打点计时器的打点频率是50 Hz,即每隔 打一个点。
(3)打点计时器分为电磁打点计时器和电火花打点计时器。如表所示。
3.用光电门测速度在运动的小车上固定一块窄窄的遮光板,在小车经过的轨道上某处固定一个光电门。当小车经过时,遮光板挡住光线,与光电门相连的计时器启动计时,当遮光板离开,计时器停止,由于遮光板很窄,遮挡光线的时间Δt足够 ,则遮光板的宽度Δx与相应时间Δt的比就认为是小车经光电门时的 .速度。知识点四 速度—时间图像在直角坐标系中,用纵轴表示物体运动的速度v,用横轴表示时间t,把测量所得的速度v相应的时间t的数值标注在坐标系中,再把各数据点连接成一条光滑的曲线,即是速度—时间图像,简称v-t图像。
(2)运动的物体的平均速度一定不为零。( )(3)运动的物体的平均速率一定不为零。( )(4)瞬时速度的方向与物体运动的方向一致。( )(5)瞬时速度是运动时间Δt非常非常小时的平均速度。( )(6)做直线运动的物体的速度—时间图像一定是一条倾斜的直线。( )
答案:汽车速度计上显示的是汽车各时刻的瞬时速度的大小。
2.思维探究(1)如图,汽车速度计上面显示的是平均速度还是瞬时速度的大小?
(2)2020年6月23日9时23分,我国的第55颗北斗导航卫星在西昌卫星发射中心成功发射。这颗卫星运行在半径为4.23×107 m的地球同步轨道上,运行一周的时间是24 h。你能求出该卫星运行一周过程中的平均速度大小、平均速率以及瞬时速度的大小是多少吗?
自行车和汽车都在平直公路上沿同一方向单向行驶,自行车在30 min内行驶8 km;汽车在30 min内行驶50 km;百米比赛中,运动员甲用时10 s,运动员乙用时13.5 s。试结合上述情境,讨论下列问题:(1)自行车和汽车哪个运动得快?运动员甲和运动员乙哪个跑得快?答案:(1)汽车运动得快,相同时间内位移大。运动员甲运动得快,通过相同位移所需时间短。
自行车和汽车都在平直公路上沿同一方向单向行驶,自行车在30 min内行驶8 km;汽车在30 min内行驶50 km;百米比赛中,运动员甲用时10 s,运动员乙用时13.5 s。试结合上述情境,讨论下列问题:(2)自行车和运动员甲哪个运动得快?如何进行比较?
1.对速度的理解(1)速度指运动物体的位移与所用时间之比,与初中所学的路程与时间之比不同。
2.速度的矢量性(1)速度既有大小,又有方向,是矢量。瞬时速度的方向就是物体该时刻的运动方向;平均速度的方向与t内位移的方向相同。(2)比较两个速度是否相等时,既要比较其大小是否相等,又要比较其方向是否相同。
A.此速度定义式适用于任何运动B.在匀速直线运动中,物体的位移越大,速度越大C.在匀速直线运动中,物体在单位时间内的位移越大,速度越大D.速度v的大小与运动的位移Δx和时间Δt都无关
(1)速度是矢量,做直线运动的物体的速度可用正负号表示其运动的方向,速度的方向与规定的正方向相同时取正值,相反时取负值。(2)物体做直线运动时,一般规定速度的正方向与位移的正方向相同,便于在同一坐标系中同时分析速度和位移的问题。
[针对训练1] (多选)甲、乙两质点在同一直线上匀速运动,设向右为正方向,甲质点的速度为2 m/s,乙质点的速度为-4 m/s,则可知( )A.乙质点的速率大于甲质点的速率B.因为2>-4,所以甲质点的速率大于乙质点的速率C.这里的正、负号的物理意义是表示运动的方向D.若甲、乙两质点同时由同一点出发,则10 s后甲、乙两质点相距60 m
解析:因为速度是矢量,所以其正、负号表示物体的运动方向,选项C正确;速率是标量,等于速度的大小,甲、乙的速率分别为2 m/s、4 m/s,选项A正确,B错误;甲、乙两质点在同一直线上沿相反方向运动,10 s后的距离等于两者位移大小之和,计算可得,选项D正确。
要点二 平均速度、平均速率和瞬时速度的区别
通常,我们认为兔子比乌龟跑得快。而在“森林动物运动会”的龟兔赛跑中,由于兔子骄傲自大,中途睡了一觉,“裁判员”判定最先到达终点的乌龟跑得快。你认为前后两个“跑得快”分别指什么?
答案:通常我们认为兔子比乌龟跑得快,是指它的瞬时速度,而“裁判员”判定乌龟跑得快,是指它的平均速度。
1.平均速度和平均速率的比较
2.速率与平均速率(1)速率等于瞬时速度的大小,而平均速率为路程与时间的比值,不是速率的平均值,两者均是标量,前者是状态量,后者是过程量。(2)速率与平均速率没有确定的必然联系,某一运动过程中,速率可能大于平均速率,也有可能小于或者等于平均速率。
3.平均速度与瞬时速度的比较
[例2] 以下关于速度概念的说法正确的是( )A.子弹以900 m/s的速度从枪口射出,指的是平均速度B.汽车在平直的乡村公路上的行驶速度约为30 km/h,指的是平均速度C.某城区道路汽车的最高限速为40 km/h,指的是平均速度D.比较汽车和动车从宜昌开往武汉的行驶快慢,应比较它们的瞬时速度
解析:子弹射出枪口的速度,与枪口这一位置相对应,指的是瞬时速度,故A错误;汽车在平直公路上的行驶速度,是一个过程中的速度,指的是平均速度,故B正确;最高限速是限制任意时刻的速度,故所限为瞬时速度,故C错误;比较汽车和动车在两地间的行驶快慢,比较的是一个过程中的速度,故应比较平均速度,故D错误。
(1)物体做变速运动时,在不同阶段内的平均速度一般不同,因此在求平均速度时一定要明确所求的是哪一个时间段内的平均速度,要紧扣平均速度的定义。(2)运动物体在一段时间内的位移大小不一定等于路程,因此平均速度的大小不一定等于平均速率。
[针对训练2] 某人沿着平直公路由A出发到达D点,前 t1=5 s内向东运动了Δx1=30 m经过B点,又运动了 t2=5 s前进了Δx2=60 m到达C点,在C点停了t3=4 s 后又向西运动,经历了t4=6 s运动了Δx4=120 m到达A点西侧的D点,其运动轨迹如图所示。求:
(1)全过程的平均速度;
(2)全过程的平均速率。
答案:(1)1.5 m/s 方向向西
答案:(2)10.5 m/s
要点三 对速度-时间图像的理解及应用
1.用图像法处理实验数据时,为了更准确地反映物体的速度变化情况,如图甲、乙所示,用折线或平滑曲线把这些点连起来,哪种方法更合适?
答案:速度不会发生突变,所以用平滑曲线连接这些点会与实际更加接近。
2.如图所示的图像中速度的正负表示什么?
答案:图像中速度的正负表示物体的运动方向,速度为正表示物体沿正方向运动,速度为负表示物体沿负方向运动。
v-t图像中的信息(1)某一时刻瞬时速度的大小。(2)速度的方向决定于其正负值。若v>0,速度方向与选定的正方向相同;若v<0,速度方向与选定的正方向相反。(3)匀速直线运动的速度-时间图像是一条平行于t轴的直线。(4)从匀速直线运动的速度-时间图像中不仅可以看出速度的大小,而且可以求出位移,其位移对应着图线与t轴围成图形的面积。
[例3] 某物体沿一直线运动,其v-t图像如图所示。则下列说法中正确的是( )A.第2 s内和第3 s内物体的速度方向相反B.第2 s末物体的速度方向发生变化C.物体先沿正方向运动,在t=3 s后沿负方向运动D.在3～4 s内物体做减速运动
解析:第2 s内和第3 s内物体的速度都是正值,速度方向相同,故A错误;第3 s末物体的速度方向发生变化,由正方向变为负方向,故B错误,C正确;在3～4 s内物体沿负方向运动,速度的大小增加而做加速运动,故D错误。
解析:由v-t图像可以看出,小车的速度先增大后减小,最大速度约为0.8 m/s,故A、B正确;小车的速度先增大后减小,一直朝正方向运动,故C错误;图线弯曲表明小车速度变化不均匀,不表示小车做曲线运动,故D错误。
[针对训练3] (多选)利用速度传感器与计算机结合,可以自动作出物体运动的图像。某同学在一次实验中得到的运动小车的速度-时间图像如图所示。以下说法正确的是( )A.小车先做加速运动,后做减速运动B.小车运动的最大速度约为0.8 m/sC.小车前10 s朝正方向运动,10 s后朝负方向运动D.小车做曲线运动
模型·方法·结论·拓展
瞬时速度的计算——极限思想的应用
2.极限思维法常用于分析两物理量间变化关系的问题。
[示例] 某同学设计了一个测物体瞬时速度的实验,其装置如图所示。在小车上固定挡光片,使挡光片的前端与车头齐平,将光电门传感器固定在轨道侧面,垫高轨道的一端。该同学将小车从该端同一位置由静止释放,获得了如下几组实验数据。
则以下表述正确的是( )①四个挡光片中,挡光片Ⅰ的宽度最小②四个挡光片中,挡光片Ⅳ的宽度最小③四次实验中,第一次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度④四次实验中,第四次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度A.①③ B.②③ C.①④ D.②④
科学·技术·社会·环境
区间测速——科学技术在交通中的应用区间测速就是在同一路段上布设两个监控点,如图所示,通过车辆前后两个监控点的时间来计算车辆在该路段上的行驶速度,并依据该路段上的限速标准判定车辆是否超速违法,同时在LED大屏进行交通违法车辆信息的实时发布,以对违法车辆进行告知及警示更多的车辆。
[示例]高速公路“区间测速”的原理是通过测量车辆经过两个监控点之间的时间来判断是否超速。如图所示为某一直线高速公路20 km路段的区间测速标志,该路段限速120 km/h。则下列说法正确的是( )A.“20 km”指位移B.“20 km”指路程C.车辆通过此路段瞬时速度为120 km/hD.车辆通过此路段用时15 min属于超速
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