运动学的基本概念匀速直线运动.ppt

必修1 第一章第一章 运动的描述运动的描述 11、1 1 运动学的基本概念运动学的基本概念 匀速直线运动匀速直线运动 一、基本概念 1、机械运动：一个物体相对于另一个物体的 改变 叫机械运动,简称 。它包括平动、转动和振动等运 动形式。 位置 运动 运动是绝对的，静止是相对的 。 2、参考系：为了研究物体的运动而假定为 的物体 叫参考系，同一个物体由于选择的参考系 ，观察的 结果往往是不同的，所以研究运动时，必须指明 ， 通常取 作为参考系。 不动 不同 参考系 大地 3、质点：用来代替物体的有质量的点叫质点。 它是一种 。 物体能简化成质点的条件是：在研究的问题中，物体只做 平动，或物体的 对研究物体运动无影响，才可 以把物体简化为质点。 理想化模型 形状和大小 4、路程和位移 （1）路程：物体 的长度，是标量。 （2）位移：描述物体 变化的物理量，是从物体运 动的 指向 的有向线段，是矢量。 位移大小: 位移方向： 如果物体做单方向直线运动，则位移大小就等于路程。 运动轨迹 位置 初位置末位置 初位置到末位置的距离 由初位置指向末位置 5、时刻与时间 时刻指的是某一瞬时，在时间轴上用一个点来表示。对 应的是位置、速度、动量、动能等 量。 时间是两个时刻间的间隔，在时间轴上用一段长度来表 示。对应的是位移、路程、冲量、功等 量。 状态 过程 初始时刻 零时刻 第3秒末 第4秒初 第1秒 前2秒 第3秒 后2秒 6、速度和速率 （1）平均速度：运动物体的位移和所用时间的比值，叫做这 段时间内的平均速度，即 ，平均速度是矢量，其方 向跟 的方向相同。 速度:是描述物体运动方向和运动 的物理量 快慢 位移 （2）瞬时速度：运动物体经过某一时刻（或某一位置）的速 度，叫瞬时速度。瞬时速度精确描述物体在某一时刻（或某一 位置）的运动快慢。 （3）速率：瞬时速度的 叫速率。是标量。 大小 （4）平均速率：物体在某段时间内通过的 与所用时间 的比值，叫做这段时间内的平均速率，它是标量，它并不是平 均速度的大小。 路程 在变速运动中， 随x或t选取的不同而不同，它只能粗略 地描述这段位移上或这段时间内运动的快慢程度。 7、加速度 是描述速度变化 的物理量，是矢量。 是速度变化和所用时间的比值 加速度a的方向与速度变化v的方向相同。 快慢和方向 当a与v方向相同时加速 当a与v方向相反时减速 重力加速度g：物体只受 而产生的加速度 方向： 大小:不同位置g的数值一般不同 重力 竖直向下 8、匀速直线运动 物体在一条直线上运动，如果在相等的时间内 相 等，这种运动就叫做匀速直线运动。 位移 议一议：若物体在第1秒内的位移为1m，第2秒内的位移为 1m，第3秒内的位移为1m，依次类推。这个物体的运动时 匀速直线运动吗？ 答：不一定。 定义中的“相等时间”应理解为：任意的相等时间。 匀速直线运动的特点：速度时刻保持不变 。 匀速直线运动中，物体的位移与时间成正比，即x = v t 二、概念理解 1、对质点概念的深入理解 一个物体能否看作质点，并非依物体自身大小来判断，而 是要看物体的大小、形状在所讨论的问题中是属于主要因素还 是次要因素。若属次要因素，即使物体很大，也能看作质点。 例：在研究地球公转问题中，地球就可以看作质点 。 相反，若物体的大小、形状属于主要因素，即使物体很小 ，也不能看作质点。 例：研究乒乓球的弧旋球技术中，乒乓球就不能看作质点 。 一个物体能否看作质点是相对的 。 例：研究火车从广州开往北京的时间，可以把火车看成 质点；但如果是研究火车通过一座桥的时间，就不能把火车 看成质点了。 例：下列物体中，可当作“质点”的有（ ） A、做花样滑冰的运动员 B、远洋航行的巨轮 C、环绕地球的人造卫星 D、转动着的砂轮 BC 2、位移与路程的区别，平均速度与平均速率的区别 关于平均速度的大小与平均速率 （1）当物体做单向直线运动时，二者才相等 （2）当物体做直线运动，但方向有改变时，由于路程大于 位移的大小，这时平均速度的大小要小于平均速率。 （3）物体做曲线运动时，位移的大小要小于路程，故平均 速度的大小要小于平均速率。 例1：如图所示，三个物体甲、乙、丙相对于同一质点沿同一 直线作直线运动的位移图像，在时间t1内， （1）三者位移关系 （2）三者路程关系 （3）三者平均速度关系 （4）三者平均速率关系 甲=乙=丙 甲=乙=丙 甲乙=丙 甲乙=丙 例例2 2一实心的长方体，三边长分别是一实心的长方体，三边长分别是a a、b b、c c（a a b bc c），如图所示有一质点，从顶点），如图所示有一质点，从顶点A A沿表面沿表面 运动到长方体的对角运动到长方体的对角B B，求：（，求：（1)1)质点的最短路程质点的最短路程 （2)2)质点的位移大小质点的位移大小 A B a b c 解析：将长方体的上表面向前翻转900, 跟其前表面在同一 平面内，A、B的连线是直线时，质点通过的路程最短质 点的位移就是过A、B的长方体的对角线。 （1） (2） 3、速度v、速度的变化量v、加速度a 加速度不是速度的增加，加速度是描述速度变化快慢与变 化方向的物理量，也叫速度的变化率 （1）a的大小是由v和t 两个因素共同决定的，a与v、 v大 小无关。 （2）从本质上讲，加速度是由作用在物体上的合外力和物 体的质量两个因素决定的。 （3）a的方向一定与v的方向相同，也一定与物体所受合外力 的方向相同；而与速度方向没有必然的联系。 可见，速度、速度的变化量和速度变化率（即加速度） 为三个不同的物理量，没有直接关系。 例：以下说法中正确的是（ ） A、物体速度越大，加速度一定越大 B、物体速度变化越快，加速度一定大 C、物体加速度不断减小，速度一定越来越小 D、物体在某时刻速度为零，加速度也一定为零 B 三、题型分析 1、对平均速度公式的理解 例1：一个物体作直线运动，前一半路程的平均速度为v1，后 一半路程的平均速度为v2，则全程的平均速度为多少？ 解 ： 例2：一个朝着某方向做直线运动的物体，在时间t内的平均 速度为v，紧接着t/2时间内的平均速度为v/2，则物体在这段 时间内的平均速度为多少？ 解 ： 2、位移、速度、加速度的矢量性问题 例1、一物体做匀变速直线运动，某时刻的速度大小为4m/s， 1s后速度的大小变为10m/s，则在这1s内该物体（ ） A、位移大小可能小于4m B、位移大小可能大于10m C、加速度的大小可能小于4m/s2 D、加速度的大小可能小于10m/s2 AD 例2、篮球以10m/s的速度水平地撞击篮板后以8m/s的速度 反向弹回，球与板的接触时间为0.1s，则篮球在水平方向 的平均加速度为 m/s2，方向为 。 180与8m/s方向相同 3、巧选参考系，解决运动的相对性问题 例1、太阳从东边升起，西边落下，是地球上的自然现象，但 在某些条件下，在纬度较高地区上空飞行的飞机上，旅客可 以看到太阳从西边升起的奇妙现象，这些条件是（ ） A、时间必须是在清晨，飞机正在由东向西飞行，飞机的速率 必须较大 B、时间必须是在清晨，飞机正在由西向东飞行，飞机的速率 必须较大 C、时间必须是在傍晚，飞机正在由东向西飞行，飞机的速率 必须较大 D、时间必须是在傍晚，飞机正在由西向东飞行，飞机的速率 不能太大 C 解决此类问题,可设身处地(把你所处的环境比作题中环境)地想. 例2、一游艇匀速沿河流逆水航行，在某处丢失一个救生圈， 丢失后经t秒才发现，于是游艇立即返航去追赶，结果在丢失 点下游距丢失点s处追上。设水流速度恒定，游艇往返的划行 速率不变，游艇调头的时间不计，求水速。 解析：以水流为参考系。则救生圈静止不动，游艇往返速率 不变，故返航追上救生圈的时间也为t秒，从丢失到追上的时 间为2t秒。 在2t秒内，救生圈运动了s，故水速 例3、一列长为l的队伍，行进速度为v1，通讯员从队尾以速 度v2赶到排头，又立即以速度v2返回队尾，求这段时间里队 伍前进的距离。 解析：若以队伍为参考系，则通讯员从队尾赶到排头这一 过程中，相对速度为（v2-v1）；再从排头返回队尾的过程 中，相对速度为（v2+v1）。则 整个运动时间 则队伍在这段时间相对地面前进的距离s为 例1、一辆实验小车可沿水平地面(图中纸面)上的长直轨道匀 速向右运动,有一台发出细光束的激光器装在小转台M上,到轨 道的距离MN为d=10m,如图所示,转台匀速转动,使激光束在水 平面内扫描,扫描一周的时间为T=60s,光速转动方向如图中箭 头所示,当光速与MN的夹角为45时,光速正好射到小车上,如果 再经过t=2.5s光束又射到小车上,则小车的速度为多少？（结 果保留两位数字 ) L1 L2 解 : 代入数据得:v1=1.7m/s,v2=2.9m/s 4、匀速直线运动的应用 例1、如图，图A是高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意 图。测速仪发出并接收超声波脉冲信号。根据发出和接收的时间 差，测出被测物体的速度。图B中P1、P2是测速仪发出的超声波 信号，n1 、n2分别是P1 、P2由汽车反射回来的信号。设测速仪匀 速扫描，P1 、P2之间的时间间隔t=1.0s，超声波在空气中传播 速度v=340m/s，若汽车是匀速行驶的,则根据图B可知,汽车接收 到P1 、P2两个信号之间的时间内前进的距离是多少米？汽车的速 度是多少米/秒？ 解析:理解题意 P1n1这段时间t1表示什么时间? P2n2这段时间t2表示什么时间? 汽车接收到第一列波时,距波源距离: 汽车接收到第二列波时,距波源距离: 在接收到上述两列波之间行驶的距离: 上述式子中: 综上可得 : 汽车在发生上述17m位移所用时间为两次接收到波之间的时间: 汽车运动的速度: 1、天文观测表明，几乎所有远处的恒星（或星系）都在以各自的 速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度（ 称为退行速度）越大；也就是说，宇宙在膨胀，不同星体的退行速 度v和它们离我们的距离r成正比，即v=Hr式中H为一常量，称为哈 勃常数，已由天文观察测定为解释上述现象，有人提出一种理论 ，认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的假设大爆炸后各星 体即以不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心，则速 度越大的星体现在离我们越远这一结果与上述天文观测一致由 上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄T，其计算式为 T_.根据近期观测，哈勃常数H=310-2米秒光年，其中光年 是光在一年中行进的距离，由此估算宇宙的年龄约为_年 补充题 ： 解析：由于宇宙是从一个大爆炸前的火球开始的，大爆炸后各 星体做的是匀速运动，令宇宙年龄为T，则星球现在距我们为： r=vT=HrTT=1/H T=1/H=1秒光年/(310-2m) =13108/(310-2m)=11010年 2、甲乙两站每隔相等的时间同时发出一辆汽车向对方车站匀 速驶去。一人骑自行车沿汽车行驶路线向乙站匀速行驶。骑车 人发现，每隔36分钟有一辆车迎面向他驶来，每隔45分钟有一 辆车从他身后驶过。若汽车行驶速度相同，问车站每隔几分钟 发一辆车。 解析 ： 解得：t =40min t1=36min t2=45min 3、百货大楼一、二楼内有一部正以恒定速度向上运动的自动 扶梯.某人相对扶梯以速度v沿梯从一楼向上跑至二楼，数得梯 子有N1级；到二楼后他又反过来相对扶梯以速度v沿梯向下跑 至一楼，数得梯子有N2级,求自动扶梯的梯子实际为多少级？ 分析：人在运动的扶梯上跑动时同时参与了两个分运动：一个 是人相对扶梯的运动，另一个是扶梯相对地面的运动，人相对 地面的运动是这两个分运动的合运动。人在扶梯上数得的梯子 数由人相对扶梯运动的位移大小决定，上跑和下跑时人相对扶 梯运动的位移大小不等，所以数得的梯子数不同，但上跑和下 跑时人相对地面运动的位移大小相等，都等于扶梯的长度。人 沿梯上跑时相对地面的位移方向向上，大小等于人相对扶梯的 位移与扶梯相对地面位移之和；人沿梯下跑时相对地面的位