2023-2024学年高一物理 第三节 位置变化快慢的描述—速度 ( 人教版2019必修第一册(解析版).docx
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1、第2节 位置变化快慢的描述速度学习目标课程标准学习目标1理解速度的概念,知道速度的方向即物体的运动方向。2能区别平均速度和瞬时速度,并能进行相应的计算。知道速度和速率的区别与联系,能在生活中正确使用速度和速率。3理解速度-时间图像,能从v-t图像中分析速度及其变化。(1)通过阅读课本,理解速度的概念,体会其矢量性。(2)通过阅读课本,查阅资料,理解平均速度和瞬时速度的区别与联系。(3)通过阅读课本,对比分析,理解速度和速率的区别与联系。(4)通过画速度时间图像,能用图像处理实验数据,并会根据图像描述物体运动速度的变化特点。(5)通过实验,掌握测量纸带平均速度和瞬时速度的方法。02预习导学(一)
2、 课前研读课本,梳理基础知识:一、速度1 物理意义:表示物体运动的快慢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:国际单位制单位是米每秒,符号是m/s或ms1.常用单位:千米每时(km/h或kmh1)、厘米每秒(cm/s或cms1)等.1 m/s3.6 km/h.5 矢量性:速度既有大小又有方向,是矢量(填“标量”或“矢量”),其方向和时间t内的位移x的方向相同知识点二、平均速度和瞬时速度1 平均速度:描述物体在时间t内运动的平均快慢程度及方向(2)v.2瞬时速度:描述物体某一时刻的快慢及方向(2)当t非常非常小时,叫作物体在时刻t的瞬时速度3.速率:瞬时速度的大小4.
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5.汽车速度计的示数是汽车的瞬时速率三、平均速度和瞬时速度的测量1 如图所示为打点计时器打出的一条纸带示意图,D、G间的时间间隔t0.1 s,用刻度尺测出D、G间的位移x,则D、G间的平均速度v.2 D、F间(填“D、F间”或“D、G间”)的平均速度更接近E点的瞬时速度四、速度时间图像1 速度时间图像(vt图像):以时间t为横轴,以速度v为纵轴,建立直角坐标系,根据测量数据在坐标系中描点,然后用平滑的曲线把这些点连接起来,即得到物体运动的vt图像2 vt图像的意义:vt图像非常直观地反映了速度随时间变化的情况,但它不
4、是物体运动的轨迹(二)即时练习:【练习1】(1)在百米赛跑中,中国飞人苏炳添的成绩是9秒92,谢震业的成绩是9秒93,两人谁跑得更快?你是怎样判断的?(2)在1 h时间内中国的动车沿平直铁路行驶了350 km,小轿车行驶了100 km,动车和小轿车哪个行驶得更快?你是怎样判断的?(3)雨燕是长距离飞行最快的鸟类,3 h可以飞行500 km;北京到伦敦的航行距离是8 130 km,乘飞机大概要飞行10 h。飞机和雨燕哪个运动得更快?你是怎样判断的?【答案】苏炳添 动车 飞机二者的位移和时间均不相同,通过位移和时间之比来确定【解析】(1)苏炳添经过的位移相同,苏炳添用的时间短,苏炳添跑得快(2)动
5、车经过相同的时间,动车运动的位移大,动车跑得快(3)飞机二者的位移和时间均不相同,通过位移和时间之比来确定【练习2】在某次实验中,得到了一条如图所示的纸带,其中0、1、2、3、是选用的计数点,每相邻两个计数点之间还有3个打出的点没有在纸带上标出图中画出了将米尺靠在纸带上测量的情况,图中所测量点的读数分别是_ cm、_ cm、_ cm和_ cm;打2计数点时纸带的速度是_ m/s.【答案】10.0012.6022.6029.900.625【解析】0、1、3、4点的读数分别是10.00 cm、12.60 cm、22.60 cm、29.90 cm.打2计数点时纸带的速度v2 cm/s62.5 cm/
6、s0.625 m/s.【练习3】(多选)做直线运动的物体,其vt图像如图所示,下列判断正确的是()A物体在1 s末改变运动方向B物体在前3 s内运动方向不变C物体在3 s末运动方向改变D物体在2 s时的速度大小为2 m/s【答案】BCD【解析】前3 s内物体的速度方向均为正,运动方向没有改变,A错误,B正确;由题图可知物体在3 s末后瞬间速度为负,则说明物体改变了运动方向,C正确;从题图中可以看出,物体在2 s时的速度大小为2 m/s,D正确03探究提升【问题探究1】平均速度和瞬时速度1 平均速度和瞬时速度的区别与联系 区别:平均速度表示物体在某段时间或某段位移内运动的平均快慢程度,瞬时速度表
7、示物体在某一时刻或某一位置运动的快慢程度. 联系:瞬时速度是运动时间t0时的平均速度,公式v中,当t0时v是瞬时速度.2 v是平均速度的定义式,适用于所有的运动,求平均速度要找准“位移”和发生这段位移所需的“时间”;而v只适用于匀变速直线运动.3 平均速度和瞬时速度的比较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平均快慢程度和方向,与一段时间或一段位移对应描述物体在某时刻运动的快慢和方向,与某一时刻或某一位置对应大小由v求出v,其中t0方向与位移的方向相同,不一定与物体瞬时运动的方向相同就是该时刻物体运动的方向说明(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
8、够短时,可以认为平均速度就等于瞬时速度【例题1】关于速度的描述,下列说法中正确的是()A图甲中,电动车限速20 km/h,指的是平均速度大小B图乙中,子弹射出枪口时的速度大小为500 m/s,指的是平均速度大小C图丙中,某运动员百米跑的成绩是10 s,则他冲刺时的速度大小一定为10 m/sD图丁中,京沪高速铁路测试时列车最高时速可达484 km/h,指的是瞬时速度大小【答案】D【解析】电动车限速20 km/h,限制的是瞬时速度大小,不是平均速度大小,故A错误;子弹射出枪口时的速度大小与枪口这一位置对应,因此为瞬时速度大小,故B错误;根据运动员的百米跑成绩是10 s可知,运动员的平均速度大小为1
9、0 m/s,但其冲刺速度不一定为10 m/s,故C错误;列车的最高时速指的是在安全情况下所能达到的最大速度,为瞬时速度大小,故D正确。【例题2】如图是高速上某一“区间测速”的标牌,该路段全长66 km、全程限速100 km/h,一辆汽车通过监测起点和终点的速度分别为95 km/h和90 km/h,通过测速区间的时间为30 min.下列判断正确的是()A.全长66 km表示位移 B.通过起点的速度95 km/h表示瞬时速度C.该汽车全程的平均速度是92.5 km/h D.该汽车没有超速【答案】B【解析】全长66 km表示路程,故A错误;通过起点和终点的速度均是瞬时速度,故B正确;因位移未知,故不
10、能求解平均速度,故C错误;由v可知,平均速率为v132 km/h,大于全程限速100 km/h,该汽车超速,故D错误.【对点训练1】如图所示,小明骑自行车由静止沿直线运动,他在第1 s内、第2 s内、第3 s内、第4 s 内通过的位移分别为1 m、2 m、3 m、4 m,则()A他4 s末的瞬时速度为4 m/sB他第2 s内的平均速度为3 m/sC他4 s内的平均速度为2.5 m/sD他1 s末的速度为1 m/s【答案】C【解析】自行车速度是逐渐增大的,无法确定它的瞬时速度,只能求出平均速度,第2 s内平均速度为 m/s2 m/s;4 s内平均速度v m/s2.5 m/s,故C正确,A、B、D
11、错误。【对点训练2】(多选)以往公路上用单点测速仪测车速,个别司机由于熟知测速点的位置,在通过测速点时通过刹车以降低车速来逃避处罚,但这样很容易造成追尾事故,所以有些地方已开始采用区间测速(如图所示),下列说法正确的是()A.单点测速测的是汽车的瞬时速率B.单点测速测的是汽车的平均速率C.区间测速测的是汽车的瞬时速率D.区间测速测的是汽车的平均速率【答案】AD【解析】单点测速测出的是汽车经过测速仪时的速率,是瞬时速率,选项A正确,B错误;区间测速测出的是汽车在某段路程内的平均速率,选项C错误,D正确。【问题探究2】平均速度和瞬时速度的测量1.测平均速度及瞬时速度的原理(1)计算平均速度跟运动物
12、体连在一起的纸带上的点迹记录了物体在不同时刻的位置,用刻度尺测出两个计数点间的距离 x,打两个点的时间间隔可用t=(n-1)0.02 s求得,则平均速度。(2)计算瞬时速度当t很小时,可以用平均速度粗略地表示中间时刻的瞬时速度.如图所示,纸带上E点的瞬时速度可用D、F间的平均速度代替.若打点计时器打点的周期为T,则A、B、C、D各点的瞬时速度分别为,,.2.根据纸带点迹判断物体的运动(1)分析纸带上点与点之间间距的变化情况,由于纸带上相邻两点的时间间隔均为0.02s,所以点迹密集的地方说明在该段时间内纸带运动的平均速度小.(2)若相邻的点与点之间的距离相等,可以判断物体可能做匀速运动;若相邻的
13、点与点之间的距离越来越大,则说明物体做加速运动,反之则做减速运动. 【例题3】打点计时器有电磁打点计时器和电火花计时器,是物理实验常用仪器,请完成下列问题:(1)打点计时器接_(填交流、直流)电源,当频率是,打点计时器每隔_秒打一个点;(2)根据打点计时器打出的纸带,我们可以不需要通过公式计算,从纸带能直接得到的物理量是_ A时间间隔 B位移 C平均速度 D瞬时速度(3)关于打点计时器的使用说法正确的是_A电磁打点计时器使用的是以下的直流电源B在测量物体速度时,先让物体运动,后接通打点计时器的电源C使用的交流电源频率越高,打点的时间间隔就越小D纸带上打的点越密,说明物体运动的越快(4)在使用电
14、火花打点计时器来分析物体运动情况的实验中,有如下步骤:A把电火花打点计时器固定在桌子上 B安装好纸带C松开纸带让物体带着纸带运动 D接通交流电源 E按下脉冲输出开关,进行打点这些步骤正确的排列顺序为_(填步骤前序号)【答案】 交流 0.02 AB C ABDEC【解析】(1)打点计时器接交流电源,当频率是50Hz,打点计时器每隔0.02秒打一个点;(2) 不需要通过公式计算,从纸带能直接得到的物理量是时间间隔和位移,平均速度和瞬时速度都需要计算。故选AB。(3)A电磁打点计时器使用的46V的交流电源,故A错误;B在测量物体速度时,先接通打点计时器的电源,后让物体运动,故B错误;C使用的交流电源
15、频率越高,根据可知,打点的时间间隔就越小,故C正确;D纸带上打的点越密,说明在相等时间内运动的距离越小,即物体运动的越慢,故D错误。故选C。(4)先安装固定电火花打点计时器和装好纸带,然后接通220V交流电源,按下脉冲输出开关,进行打点,最后松开纸带让物体带着纸带运动,故正确的排列顺序为ABDEC。【例题4】电磁打点计时器是一种使用_(选填“交流”或“直流”)电源的;当电源频率是50Hz时,它每隔_s打一次点,如图所示是一条打点计时器打出的纸带,0、1、2、3、4、5、6是七个计数点。每相邻两个计数点之间还有四个点未画出,各计数点到0的距离如图所示,求3和4两个点的速度,v3=_m/s,v4=
16、_m/s。(结果保留两位有效数字)【答案】 交流 0.02 0.61 0.69【解析】电磁打点计时器使用交流电源;根据解得3每相邻两个计数点之间还有四个点未画出,各计数点时间间隔为,同理【对点训练3】把纸带的下端固定在重物上,纸带穿过打点计时器,上端用手提着。接通电源后将纸带释放,重物拉着纸带下落,纸带被打出一系列点,其中一段如图所示。设打点计时器在纸带上打A点时重物的瞬时速度为。通过测量和计算,得出了AB两点间的平均速度为,AC两点间的平均速度为。下列说法正确的是()A更接近,且小于B更接近,且大于C更接近,且小于D更接近,且大于【答案】B【解析】因B点更接近于A点,则AB之间的平均速度更接
17、近于A点的瞬时速度,因重物做加速运动,则从A到C相邻点间距逐渐增加,B点的瞬时速度大于A点的瞬时速度,则AB之间的平均速度大于A点的瞬时速度。故选B。【对点训练4】在做“探究小车速度随时间变化的规律”实验时,得到了一条较为理想的纸带,如图所示,A、B、C、D为相邻计数点,已知打点计时器电源频率为,则纸带上相邻两点间时间间隔为_,测出,则AD间的平均速度_。【答案】 0.02 1.2【解析】纸带上相邻两点间时间间隔为AD间的平均速度 【问题探究3】速度-时间图像1.v-t图像的建立(1)以时间t为横轴,速度v为纵轴建立直角坐标系,根据实验数据设定合适的刻度并注明单位.(2)计算出不同时刻对应的瞬
18、时速度值,并在坐标系中描点.(3)用平滑曲线来“拟合”实验中描出的点,得出 v-t 图像.思考:如图所示,当两条图线相交时,其交点的含义表示什么?提示:在速度时间图像中,图线的交点表示此时两物体的速度相同。1由图像能判断不同时刻对应的瞬时速度(1)瞬时速度为正,说明物体沿选定的正方向运动,如图中的图线1、4、5;(2)瞬时速度为负,说明物体沿与选定的正方向相反的方向运动,如图中的图线2、3;(3)若图线经过t轴,说明物体的运动方向发生变化,如图中的图线6。2根据图像判断物体的运动性质(1)若图线平行于t轴,则表示物体做匀速直线运动,如上图中的图线1、2;(2)若图线不平行于t轴,则表示物体做变
19、速运动,如上图中的图线3、4、5、6。3截距的意义(1)纵轴上的截距:表示初始时刻物体的瞬时速度;(2)横轴上的截距:表示该时刻物体的速度为零,该时刻前后物体的速度方向相反。4图线交点的意义:两条图线相交,表示该时刻两物体的瞬时速度相同。【例题5】(多选)做直线运动的物体,其vt图像如图所示,下列判断正确的是() A物体在1 s末改变运动方向B物体在前3 s内运动方向不变C物体在3 s末运动方向改变D物体在2 s时的速度大小为2 m/s【答案】BCD【解析】前3 s内物体的速度方向均为正,运动方向没有改变,A错误,B正确;由题图可知物体在3 s末后瞬间速度为负,则说明物体改变了运动方向,C正确
20、;从题图中可以看出,物体在2 s时的速度大小为2 m/s,D正确【例题6】(多选)如图所示是A、B两个物体的vt图像,则下列说法正确的是()AA、B两物体的运动方向一定相反B前4s内,A的速度一直小于B的速度Ct4s时,A、B两物体的速度相同Dt4s时,A、B两物体的速度大小相等、方向相反【答案】:BC【解析】:由题图可知,两物体的速度均沿正方向,运动方向相同,故A项错误;04 s,A的速度一直小于B的速度,B项正确;t4 s时,两图线相交,表示A、B两物体的速度相同,故C项正确,D项错误【对点训练5】 (多选)A、B两质点的vt图像如图所示。对于A、B两质点的运动,下列说法中正确的是()A质
21、点A向所选定的正方向运动,质点B与A的运动方向相反B质点A和B的速度并不相同C在相同的时间内,质点A、B的位移相同D不管质点A、B是否从同一地点开始运动,它们之间的距离一定越来越大【答案】AB【解析】由vt图像知,A、B两质点以大小相等、方向相反的速度做匀速直线运动,A、B正确;在相同的时间内,A、B两质点的位移等大、反向,C错误;由于A、B两质点的出发点无法确定,故A、B两质点间的距离可能越来越大(如图甲),也可能先变小再变大(如图乙),D错误。【对点训练6】 (多选)甲、乙两个物体在同一条直线上运动,它们的速度时间图像分别如图中直线a、b所示,在t1时刻( )A它们的运动方向相同B甲一定在
22、乙的后面C甲的速度比乙的速度大D乙的速度比甲的速度大【答案】AD【解析】图线在横轴上方,速度均为正值,表示物体的运动方向均沿正方向,运动方向相同,A正确;由于在初始时刻甲、乙的位置关系未知,所以无法判断在t1时刻甲、乙的位置关系,B错误;在t1时刻b图线对应的坐标值大,故乙的速度比甲的速度大,C错误,D正确。【问题探究4】平均速度公式在“交通测速”中的应用1固定测速固定测速是日常驾驶中经常遇到的测速抓拍系统,具体方法是,通过多路采集卡将测速及车牌摄像机的图像信号实时传送到计算机中,由计算机分析得出汽车经过两个精确位置间的位移差x和时间差t,由v得出汽车经过该位置的速度,以此判断汽车是否超速。2
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