高中物理人教版 (2019)必修 第一册3 匀变速直线运动的位移与时间的关系教学演示ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册3 匀变速直线运动的位移与时间的关系教学演示ppt课件，共33页。PPT课件主要包含了上节回溯，知识讲解，问题引入，割圆术，无限分割逐渐逼近，匀变速直线运动的位移，速度与位移的关系式，面积与位移方向，本节内容的思维路径等内容，欢迎下载使用。

1．匀变速直线运动2．匀减速直线运动3．匀变速直线运动速度与时间公式
　　上节课中，我们知道了高铁在出站过程中做匀加速直线运动的速度与时间的关系，那么它在出站过程中位移与时间又有什么关系呢？
二、知识讲解——匀变速直线运动的位移
问题1：匀速直线运动的位移公式？
　　在时间 t 内的位移：x＝vt
问题2：在 v-t 图像中如何表示位移？
对于匀速直线运动，物体的位移对应着 v-t 图像中一块矩形的面积。
问题3：匀变速直线运动的位移与 v-t 图像是否也有类似关系？
　　现有一小车，运动时通过纸带记录下几个位置的速度（如下表）。请用最简便的方法估算实验中小车从位置 0 到位置 5 的位移。说说你的估算依据是什么，能不能在 v-t 图像直观呈现估算过程？
　　如果上面的图像中，时间间隔 Δt 变小，那么估算的误差会怎样？
　　分割和逼近的方法在物理学研究中有着广泛的应用。早在公元 263 年，魏晋时的数学家刘徽首创了“割圆术”— 圆内正多边形的边数越多，其周长和面积就越接近圆的周长和面积。
　　先把物体的运动分割成几个小段，每小段起始时刻物体的瞬时速度由相应的纵坐标表示。不断地把每小段的时间缩短，缩到极短。
　　通过无限分割匀变速直线运动的图像，我们把匀变速直线运动，转换成匀速直线运动来研究，将“变化”的问题近似成“不变”，我得到了结论：匀变速直线运动的位移也可以用图像中图线与坐标轴围成的面积来表示。
图像中匀变速直线运动的位移
　　如下图求匀变速直线运动的位移，就变成了求梯形 OABC 的面积。
由图可知：梯形 OABC 的面积
S＝(OC＋AB)×OA/2
匀加速直线运动，a 取正值
匀减速直线运动，a 取负值
已知末速度，初速度未知
匀变速直线运动的平均速度
匀变速直线运动相邻相等时间间隔内的位移差
　　如图所示 xN-1 和 xN 是加速度为 a 的匀变速直线运动的相邻相等时间间隔 T 内的位移，推导：xN－xN-1＝aT2
　　这个关系也可以用图像推导出来
例题1航空母舰的舰载机既要在航母上起飞，也要在航母上降落。 （1）某舰载机起飞时，采用弹射装置使飞机获得 10 m/s 的速度后，由机上发动机使飞机获得 25 m/s2 的加速度在航母跑道上匀加速前进，2.4 s 后离舰升空。飞机匀加速滑行的距离是多少？ （2）飞机在航母上降落时，需用阻拦索使飞机迅速停下来。若某次飞机着舰时的速度为 80 m/s，飞机钩住阻拦索后经过 2.5 s 停下来。将这段运动视为匀减速直线运动，此过程中飞机加速度的大小及滑行的距离各是多少？
　　分析　两个问题都是已知匀变速直线运动的时间来计算位移。第（1）问需要用匀变速直线运动的位移与时间的关系式计算。第（2）问中，飞机着舰做匀减速直线运动的加速度需要根据速度与时间的关系式来计算。匀减速运动的各矢量的方向较为复杂，因此需要建立一维坐标系来确定它们的正负。
例题2　　动车铁轨旁两个相邻的里程碑之间的距离是 1 km 。某同学乘坐动车时，通过观察里程碑和车厢内电子屏上显示的动车速度来估算动车减速进站时的加速度大小。当他身边的窗户经过某一里程碑时，屏幕显示动车速度是 126 km/h 动车又前进了 3 个里程碑时，速度变为 54 km/h 。把动车进站过程视为匀减速直线运动，那么动车进站的加速度是多少？它还要行驶多远才能停下来？
思考：这道例题中，有位移和速度，没有时间如何去求加速度？匀变速直线运动的速度与位移之间又有什么关系？
二、知识讲解——速度与位移的关系
速度与时间的关系式：v＝v0＋at
不涉及时间 t，用这个公式方便
　　利用上述公式解决例题2　　分析　由于把动车进站的过程视为匀减速直线运动，因此可以一用匀变速直线运动的速度与位移的关系式来计算动车的加速度。本题加速度方向与速度方向相反，因此需要建立一维坐标系来处理相关物理量的正负号。　　解　沿动车运动方向为正方向建立一维坐标系。把动车通过 3000 m 的运动称为前一过程，之后到停下来称为后一过程。　　设在前一过程中的末位置为 M 点。初速度 v0＝126 km/h＝35 m/s，末速度vM＝54 km/h＝15 m/s，位移 x1＝3000 m 。
例题3：　　某汽车以 20 m/s 的速度行驶，遇到紧急情况紧急刹车，加速度的大小是 5 m/s2，刹车 5 s 后汽车的位移是多大？
刹车陷阱，刹车问题一定要注意，汽车是否停下来。数学运算必须明确其物理意义
1．以 18 m/s 的速度行驶的汽车，制动后做匀减速直线运动，在 3 s 内前进 36 m 。求汽车的加速度及制动后 5 s 内发生的位移。
2．速度、加速度的测量通常比位移的测量要复杂些，而有的时候我们只需比较两个物体运动的加速度大小，并不需要知道加速度的具体数值。例如，比较两辆汽车的加速性能就是这样。如果已知两个物体在相同时间内从静止开始匀加速直线运动的位移之比，怎样根据运动学的规律求出它们的加速度之比？
3．滑跃式起飞是一种航母舰载机的起飞方式。飞机跑道的前一部分是水平的，跑道尾段略微向上翘起。飞机在尾段翘起跑道上的运动虽然会使加速度略有减小，但能使飞机具有斜向上的速度，有利于飞机的起飞。假设某飞机滑跃式起飞过程是两段连续的匀加速直线运动，前一段的加速度为 7.8 m/s2 ，位移为 180 m，后一段的加速度为 5.2 m/s2 ，路程为 15 m，求飞机离舰时的速度有多大？
4．神舟五号载人飞船的返回舱距地面 10 km 时开始启动降落伞装置，速度减至 10 m/s，并以这个速度在大气中降落。在距地面 1.2 m 时，返回舱的四台缓冲发动机开始向下喷气，舱体再次减速。设最后减速过程中返回舱做匀减速直线运动，并且到达地面时恰好速度为 0，求最后减速阶段的加速度。
答：最后减速阶段初速度 v0＝10 m/s，末速度 v＝0 ，位移 x＝1.2 m 。根据 v2－v02＝2ax ，代入数据得：a＝- 41.7m/s2，加速度方向与初速度方向相反。
5．一辆肇事汽车在紧急刹车后停了下来，路面上留下了一条车轮滑动的磨痕。警察为了判断汽车刹车时速度的大小，测出路面上车轮磨痕的长度为 22.5 m 。根据对车轮和路面材料的分析可以知道，车轮在路面上滑动时汽车做匀减速直线运动的加速度大小是 5.0 m/s2 。请你根据以上条件，计算汽车刚开始刹车时的速度是多少？
答：可以认为汽车刹车做匀减速运动，加速度 a＝-5 m/s2 ，位移 x＝22.5 m，末速度 v＝0；根据 v2－v02＝2ax ，代入数据得：v0＝15 m/s，速度方向为汽车前进方向。