人教版高中物理必修1第二章 匀变速直线运动的研究4 匀变速直线运动的速度与位移的关系导学案(2).doc

2.2 匀变速直线运动的速度与时间的关系【教学目标】1. 知道匀变速直线运动的基本规律。2. 掌握速度公式的推导，并能够应用速度与时间的关系式。3. 能识别不同形式的匀变速直线运动的速度-时间图像。【教学重点】1. 推导和理解匀变速直线运动的速度公式。2. 匀变速直线运动速度公式的运用。【教学难点】对匀变速直线运动速度公式物理意义的理解。课时安排课时。【教学过程】一、引入新课什么是瞬时速度？匀速直线运动和匀变速直线运动中的瞬时速度有什么不同？瞬时速度是指物体在运动中的某一时刻或某一位置的速度。匀速直线运动中的瞬时速度是不变的，匀变速直线运动中的瞬时速度是时刻改变的。二、匀变速直线运动匀速直线运动的v-t图是怎么样的呢？如图1，一条平行与时间轴的直线，表示物体的速度不随时间变化上节课做了实验，得出了小车速度随时间的变化规律，图像又是怎么样的呢？大家画出的图像多如图2所示：0 图1 t/sv/(m.s-1)v0 图2 t t/sv/(m.s-1)vv00 图3 tt t/sv/(m.s-1)v4v3v2v1v0图2：图像是一条倾斜的直线，在图像上无论t取多大，对应的速度变化量v与t之比都是一样的，即物体在任一时间间隔内的平均加速度均相等（也即直线上各点的斜率相等）。我们把物体沿一条直线，且加速度不变的运动，叫匀变速直线运动。匀变速直线运动v-t图像是一条倾斜的直线。匀加速直线运动：速度随时间均匀增加匀减速直线运动：速度随时间均匀减少练习：A、B、C、D四个物体在一条直线上运动，它们的速度时间图象如图所示，请回答以下问题：（1）哪个物体的加速度为零而速度不为零？（2）哪一时刻两物体的速度相同而加速度不同？（3）同一时刻，哪两个物体运动的加速度相同但速度不相同？（4）同一时刻，哪一物体的加速度比另一物体小，但速度比另一物体大？0 图4 t/sv/(m.s-1)v0 t/sv/(m.s-1)vABCD讨论：当Vt图像是曲线时,物体运动的加速度是如何变化的？（图4）1. 相同的时间间隔t内增加的速度v不同，所以不同时间段内平均加速度不同。2. 曲线上某点的斜率就是对应时刻的瞬时加速度。（如果t取得极短，那么曲线可看作直线，物体在这非常短的时间内做匀变速运动，此时，用极短时间内的匀加速运动的加速度代替某时刻的瞬时加速度），所以图像是曲线，说明物体的运动是瞬时加速度不断变化的变速运动。3、斜率为正，加速度为正，物体加速运动，斜率为负，加速度为负，物体减速运动。三、速度与时间的函数关系（图2）由图2我们看到，图像是一条倾斜直线，故由一次函数方程“y=kx+b”得“v=at+v0”（由以上分析，直线的斜率k代表加速度a），即：v= v0+ at。或者，如果已知开始计时（t=0）时刻的瞬时速度为V0，t时刻的瞬时速度为V，那么由a=v/t=(v-v0)/(t-0)得v= v0+ at。这就是匀变速直线运动的速度公式 对速度公式的理解和计算：1. 由于a在数值上等于单位时间内速度的变化量，所以at就是整个运动过程中速度的变化量，再加上运动开始时物体的速度v0，就得到t时刻物体的速度。2. v0为开始计时时刻的速度，v是经过t后的瞬时速度。3. 规定正方向，用正负号代入，由于v、 v0、a都是矢量，故在运算时要规定正方向，确定各物理量的正负号之后再代入公式，一般以v0为正方向，匀加a0，匀减a0，说明与v0同向，v0，说明与v0反向解题时要画运动过程示意图，要在图上标出正方向与各物理量的符号及方向。4. v= v0+ at不仅适用于匀加速，也适用于匀减速。让学生自己阅读书上2个例题解题规范：1. 画出简单的物理模型2. 列出已知量（注意符号），列出所用公式3. 代入数据，计算4. 验证合理性两个重要推论：（只适用与匀变速直线运动）1. 某段时间的平均速度等于此段时间初速度与未速度的平均值，即： V平均=（v+v0）/2 （非匀变速直线运动不适用）用类比法证明：一共有7根柱子，长度分别为：3米、4米、5米、6米、7米、8米，9米，即柱子的高度是均匀增加的，求这些柱子的平均高度是多少？（算法：全部相加除以7即得，与第1根和最后一根的平均高度相同）。2. 某段时间中间时刻的瞬时速度等于该段时间的平均速度。即Vt/2= V平均=（v+v0）/2=s/t，证明：如下图，前t/2阶段，初速度为Vo，未速度为Vt/2 加速度为a，时间为t/2，故有 Vt/2 =Vo+a.t/2，后t/2阶段：v= Vt/2+ at/2，两式相减即得结果。Vo Vt/2 vO t/2 t 例题讲解例1 物体做匀加速直线运动，已知加速度为2m/s2，那么（）A在任意时间内，物体的末速度一定等于初速度的2倍B在任意时间内，物体的末速度一定比初速度大2m/sC在任意一秒内，物体的末速度一定比初速度大2m/sD第ns的初速度一定比第（n-1）s的末速度大2m/s解析：由速度公式vt=v0+at可知，在任意时间t内，v 为任意值，所以A错；在一定时间t内的速度增量v=v -v0=at，它的大小既与a有关，又与t有关，当t为任意值时，v也为任意值，因此B错；当t=1s，a=2m/s2时，v=2m/s，即末速度比初速度大2m/s，所以C正确；由于第ns初和第(n-1)s末是同一时刻，同一时刻对应的速度是相同的，因此，D错。答案：C拓展：学习物理公式，不仅要理解公式中各物理量的意义，还要明确它们之间的约束关系；对时间、时刻和物体的运动过程，大脑中要有清晰的物理图景。例2 一质点从静止开始以1m/s2的加速度做匀加速直线运动，经5s后作匀速直线运动，最后2s内速度均匀的减少到零，则质点匀速运动的速度是多大？匀减速运动时的加速度是多大？解析：质点的运动过程包括加速匀速减速三个阶段，如上图所示，AB段为加速阶段，BC为匀速阶段，CD为减速阶段，匀速运动的速度即为加速阶段的末速度v 。故v =v0+at=0+15=5m/s，而质点作减速运动的初速度即为匀速运动的速度，即：vB=v =5m/s。在CD段的减速运动过程中：末速度vD=0，由v =v0+at得a=(vD-vC)/t=(0-5)/2=-2.5（m/s2），负号表示a的方向与初速度方向相反。拓展：解题时要正确分析题意，画出物体运动过程的草图，展示物体的运动过程，再运用相应的物理公式来求解；对于分段运动，一定要找出它们之间的联系，如前一段的末速度大小等于后一段初速度的大小。巩固练习：1. 已知物体的初速度是18km/h，加速度是0.5m/s2，问经过20s后物体的速度大小是多少？2. 一辆汽车刹车后做匀减速直线运动，初速度大小为15m/s，加速度大小为3 m/s2，求（1）第6秒未的瞬时速度。 （2）汽车未速度为零时所需的时间。3. 一物体由静止开始做匀加速直线运动，它在第5s内的平均速度为18m/s，则物体运动的加速度多大？10秒未的速度多大？小结：一、匀变速直线运动的速度（以初速度方向为正方向）1. 公式；vt=v0+at 从此式可以推导出：t=（vt-v0）/a2. 当初速度v0为零时，这个公式变为v =at。3. 物体做匀加速运动，a取正值；物体做匀减速运动，a取负值。二、匀变速直线运动图像（vt图）1. 匀变速直线运动的图像是一条倾斜直线。2. 物体做匀加速直线运动，直线向上倾斜，物体做匀减速直线运动，直线向下倾斜。3. 过原点的直线表示物体的初速度为零。4. 从图像上可直接求出任何时刻的速度、达到任意速度所需的时间。 三、匀变速直线运动速度的特殊规律1. 某段时间的平均速度为该段时间初、未时刻瞬时速度的平均值，2. 某段时间中间时刻的瞬时速度等于该段时间的平均速度。2.4 匀变速直线运动的速度与位移的关系【教学目标】1. 知道匀速直线运动的位移与速度的关系。2. 理解匀变速直线运动的位移与速度的关系及其应用。【教学重点】1. 理解匀变速直线运动的位移及其应用。2. 理解匀变速直线运动的位移与速度的关系及其应用。【教学难点】1. v-t图象中图线与t轴所夹的面积表示物体在这段时间内运动的位移。2. 微元法推导位移公式。【课时安排】1课时【教学过程】一、引入新课教师活动：上节课我们学习了匀变速直线运动的位移与时间的关系，知道了匀变速直线运动的速度时间图象中，图线与时间轴所围面积等于物体的位移；并推导出了匀变速直线运动的位移时间公式。这节课我们继续探究匀变速直线运动的位移与速度的关系。二、进行新课1. 匀变速直线运动的位移与速度的关系教师活动：我们分别学习了匀变速直线运动的位移与时间的关系，速度与时间的关系，有时还要知道物体的位移与速度的关系，请同学们做下面的问题：“射击时，火药在枪筒中燃烧，燃气膨胀，推动弹头加速运动。我们把子弹在枪筒中的运动看作匀加速直线运动，假设子弹的加速度是a=5x103m/s2，枪筒长x=0.64m，计算子弹射出枪口时的速度。并推出物体的位移与速度的关系式。学生活动：学生做题并推导出物体的位移与速度的关系：点评：培养学生在解答题目时简化问题的能力和推导能力；在解答匀变速直线运动的问题时，如果已知量和未知量都不涉及时间，应用公式 求解，往往会使问题变得简单，方便。 教师总结： 是解答匀变速直线运动规律的三个重要公式，同学们要理解公式的含义，灵活选择应用。教师活动：投影课堂练习（见“实例探究”），适当加入学生的讨论。学生活动：学生完成课堂练习。点评：在应用中加深对规律的理解。三、课堂总结、点评通过两节课的学习，掌握了匀变速直线运动的三个基本公式， ，这是解答匀变速直线运动规律的三个重要公式，同学们要理解公式的含义，灵活选择应用。在利用公式求解时，一定要注意公式的矢量性问题。一般情况下，以初速度方向为正方向；当a与v0方向相同时，a为正值，公式即反映了匀加速直线运动的速度和位移随时间的变化规律；当a与v0方向相反对，a为负值，公式反映了匀减速直线运动的速度和位移随时间的变化规律。代入公式求解时，与正方向相同的代人正值，与正方向相反的物理量应代入负值。四、实例探究1. 公式的基本应用例1一辆汽车以10m/s2的加速度做匀减速直线运动，经过6秒（汽车未停下）。汽车行驶了102m。汽车开始减速时的速度是多少？分析：汽车一直作匀减速运动，其位移可由多种不同方法求解。解法1：由得 m/s所以，汽车开始减速时的速度是20m/s解法2： 整个过程的平均速度，而，得又 m/s，解得 m/s所以，汽车开始减速时的速度是20m/s点拨：运动学公式较多，故同一个题目往往有不同求解方法；为确定解题结果是否正确，用不同方法求解是一有效措施。2. 关于刹车时的误解问题例2 在平直公路上，一汽车的速度为15ms。，从某时刻开始刹车，在阻力作用下，汽车以2m/s2的加速度运动，问刹车后10s末车离开始刹车点多远？读题指导：车做减速运动，是否运动了10s，这是本题必须考虑的。分析： 初速度 v0=15ms，a = -2ms2，分析知车运动 7 .5s就会停下，在后 2 .5s内，车停止不动。解：设车实际运动时间为t，v =0，a= - 2ms2由知运动时间s说明刹车后7 .5s汽车停止运动。由得所以车的位移m点评：计算题求解，一般应该先用字母代表物理量进行运算，得出用已知量表达未知量的关系式，然后再把数值代入式中，求出未知量的值。这样做能够清楚地看出未知量与已知量的关系，计算也比较简便。3. 关于先加速后减速问题（图像的巧妙应用）例3从车站开出的汽车，做匀加速直线运动，走了12s时，发现还有乘客没上来，于是立即做匀减速运动至停车。汽车从开出到停止总共历时20s，行进了50 m。求汽车的最大速度。分析：汽车先做初速度为零的匀加速直线运动，达到最大速度后，立即改做匀减速运动，可以应用解析法，也可应用图像法。解法1：设最大速度为vm，由题意，可得方程组 整理得m/s解法2：用平均速度公式求解。匀加速阶段和匀减速阶段平均速度相等，都等于，故全过程的平均速度等于，由平均速度公式得，解得m/s可见，用平均速度公式求解，非常简便快捷，以后大家要注意这种解法。解法3：应用图像法，做出运动全过程的v-t图像，如图所示，。v-t图线与t轴围成三角形的面积与位移等值，故，所以m/s六、词语点将（据意写词）。1看望；访问。 （ ）2互相商量解决彼此间相关的问题。 （ ）3竭力保持庄重。 （ ）4洗澡，洗浴，比喻受润泽。 （ ）5弯弯曲曲地延伸的样子。 （ ）七、对号入座（选词填空）。 冷静 寂静 幽静 恬静 安静蒙娜丽莎脸上流露出（ ）的微笑。2贝多芬在一条（ ）的小路上散步。3同学们（ ）地坐在教室里。4四周一片（ ），听不到一点声响。5越是在紧张时刻，越要保持头脑的（ ）。八、句子工厂。1世界上有多少人能亲睹她的风采呢？（陈述句）_2达芬奇的“蒙娜丽莎”是全人类文化宝库中一颗璀璨的明珠。（缩写句子）_3我在她面前只停留了短短的几分钟。她已经成了我灵魂的一部分。（用关联词连成一句话）_4她的光辉照耀着每一个有幸看到她的人。“把”字句：_“被”字句：_九、要点梳理（课文回放）。作者用细腻的笔触、传神的语言介