高中物理必修1完整学案(知识点,练习)

学案1质点参考系和坐标系[目标定位]1.理解什么是质点，知道质点是一种理想化的物理模型.2.能说出把物体看做质点的条件.3.知道参考系，知道对物体运动的描述具有相对性.4.知道坐标系及其种类．一、质点[问题设计]1．2013年田径世锦赛男子100米飞人大战，牙买加选手博尔特以9秒77逆转摘金．教练员在研究博尔特的摆臂和步幅对速度的影响时，能否把他看成一个“点”？在研究博尔特百米比赛所用的时间时，能否把他看成一个“点”？答案不能能2．在由北京开往广州的列车上，小伟想研究火车的运行时间，能否把火车看成一个“点”？如果要研究火车通过一架铁路桥的时间，能否把火车看成一个“点”？答案能不能[要点提炼]1．质点：在某些情况下，我们可以忽略物体的大小和形状，而突出“物体具有质量”这个要素，把它简化成一个有质量的物质点，这样的点称为质点．2．质点的特点(1)质点是用来代替物体的有质量的点，它忽略了物体的大小和形状等次要因素，而突出了物体具有质量这个主要因素．它与几何中的“点”有本质区别．(2)质点是一种科学抽象，是一种理想化的物理模型，实际上不存在(填“存在”或“不存在”)．3．物体可以看成质点的条件：物体的大小和形状对研究问题的影响可以忽略不计．[延伸思考]很大的物体一定不能看做质点，而很小的物体一定可以看做质点吗？请举例说明．答案不是．研究地球绕太阳的公转时可以把地球看做质点，而研究乒乓球的发球(如旋转问题)时不能把乒乓球看做质点．二、参考系[问题设计]在奔驰的大巴中，小伟看着窗外说：“快看，树在飞快地往后跑！”小霞看了说：“不对，是我们和汽车在往前跑，树怎么会动呢！”科学老师笑咪咪地说：“你们说得都对！”你同意科学老师的说法吗？为什么？答案同意．对于一个物体运动情况的描述，取决于所选的参考系，选取的参考系不同，对同一物体运动的描述也往往不同．[要点提炼]参考系：在描述一个物体的运动时，用来做参考的其他物体叫参考系．2．参考系对观察结果的影响(1)选取的参考系不同，对同一个物体运动的描述也往往不同．(2)运动和静止的相对性：如果一个物体相对参考系位置不变，我们就说这个物体是静止的；如果物体相对参考系的位置改变，我们就说这个物体是运动的．静止是相对(填“相对”或“绝对”)的，而运动是绝对(填“相对”或“绝对”)的．3．参考系的选取原则：参考系的选取可以是任意的．在实际问题中，参考系的选取以研究问题方便、对运动的描述尽可能简单为基本原则．如果题目不做特殊说明，都是选地面为参考系．三、坐标系[问题设计]描述下列三种运动需要建立怎样的坐标系呢？(1)描述百米运动员在运动中的位置．(2)描述滑冰场上花样滑冰运动员的位置．(3)描述翱翔在蓝天上的飞机的位置．答案(1)以起点为坐标原点，建立一维直线坐标系；(2)以滑冰场中心为坐标原点，向东为x轴正方向，向北为y轴正方向，建立二维平面直角坐标系；(3)确定一点(如机场所在位置)为坐标原点，建立三维空间直角坐标系．[要点提炼]1．要准确地描述物体的位置及位置变化需要建立坐标系，坐标系上包括原点、正方向和单位长度．2．研究质点的直线运动时，一般建立一维直线坐标系，坐标轴上的一个坐标点对应质点的一个位置．3．坐标值的正负表示物体所在位置在原点的正方向还是负方向上；坐标值的绝对值表示物体所在位置到坐标原点的距离．一、对质点的理解例1下列关于质点的说法中，正确的是()A．质点是一个理想化模型，实际上并不存在，所以引入这个概念没有多大意义B．体积很小的物体更容易看作质点C．凡轻小的物体，皆可看作质点D．当物体的形状和大小对所研究的问题属于无关或次要因素时，即可把物体看作质点解析建立理想化模型是物理中重要的研究方法，对于复杂问题的研究有重大意义，A错误；一个物体能否看作质点不应看其大小，关键是看其大小对于研究的问题的影响能否忽略，体积很小的物体有时可以看成质点，有时不能看成质点，B错误；一个物体能否看作质点不以轻重而论，C错误；物体能否看成质点取决于其大小和形状对所研究的问题是否属于无关或次要因素，若是就可以看成质点，D正确．答案D例2分析研究下列物体的运动时，研究对象能看做质点的是()A．研究“嫦娥三号”“奔月”的过程B．研究奥运冠军邓琳琳在平衡木上的动作C．研究从斜面上滑下的木块的滑行时间D．研究运动员发出的弧旋乒乓球的旋转情况解析研究“嫦娥三号”“奔月”的过程，其形状、大小可以忽略不计，可以把它看成质点．对邓琳琳在平衡木上的动作进行技术分析，不能把她看做质点．从斜面上滑下的木块，其各部分的运动情况都相同，故可把木块看做质点．弧旋乒乓球在转动，其各点的运动情况不同，研究其旋转情况时不能把它看做质点．答案AC二、参考系与相对运动例3下列关于运动的描述中，参考系的选取符合描述的是()A．诗句“飞流直下三千尺”，是以“飞流”作为参考系的B．“钱塘江观潮时，观众只觉得潮水扑面而来”，是以潮水作为参考系的C．“两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山”，是以万重山作为参考系的D．升国旗时，观察到国旗冉冉升起，是以国旗作为参考系的解析选项A中的研究对象是“水”，故是以地面为参考系，该选项错误；选项B中的研究对象是“潮水”，是以观察者为参考系，该选项错误；选项C中的研究对象是“轻舟”，是以万重山为参考系，该选项正确；选项D中的研究对象是“国旗”，是以地面或旗杆为参考系的，该选项错误．答案C三、坐标系的建立及应用例4在60周年国庆盛典上，游行的队伍和彩车依次从天安门前经过，以北京长安街为坐标轴，向西为正方向，以长安街中心为坐标原点O，建立一维直线坐标系．一辆彩车最初在原点以东3km处，一段时间后行驶到原点以西2km处．这辆彩车的最初位置和最终位置坐标分别是()A．3km；2km B．－3km；2kmC．3km；－2km D．－3km；－2km解析坐标轴的正方向向西，则位置在原点以西为正，在原点以东为负．彩车最初在原点以东且距原点3km处，所以最初位置坐标是－3km，同理，最终位置坐标是2km，故B正确．答案B质点参考系和坐标系质点参考系和坐标系A．研究撬棒撬物体时用力大小与支点位置的关系B．研究“玉兔”号从“嫦娥”的怀抱中“走”出来，即两器分离过程中“玉兔”一连串技术含量极高的“慢动作”C．研究“玉兔”号巡视器巡视月球时的运动轨迹D．研究旋转的电扇扇叶所受阻力大小的影响因素答案C解析质点是指有质量而不考虑大小和形状的物体，它是我们为了研究问题的方便而引入的一种理想化模型．C情景中物体的大小和形状能忽略，因而可看成质点；支点位置影响用力大小，撬棒不可以看做质点；研究“嫦娥”、“玉兔”两器分离过程中的技术动作时，不能把“玉兔”看成质点；扇叶所受阻力与扇叶的形状、大小有关，不能看做质点．故选C.2．(参考系与相对运动)观察图1中的烟和小旗，关于甲、乙两车相对于房子的运动情况，下列说法正确的是()图1A.甲、乙两车一定都向左运动B．甲、乙两车一定都向右运动C．甲车可能运动，乙车向右运动D．甲车可能静止，乙车向左运动答案D解析题图中房子相对于地面是静止的，由烟囱冒出的烟向左飘，可知此时风向向左(相对于地面而言)．甲车上的小旗向左飘，则有三种可能的情况：一是甲车不动，风把小旗向左吹；二是甲车向右运动，风相对甲车向左，风把小旗向左吹；三是甲车向左运动但速度小于风速，因此风仍能把小旗向左吹．对于乙车，则只有乙车向左运动并且速度大于风速时，风才能把小旗向右吹．故只有选项D正确．3．(坐标系的建立及应用)一个小球从距地面4m高处落下，被地面弹回，在距地面1m高处被接住．坐标原点定在抛出点正下方2m处，向下为坐标轴的正方向．则小球的抛出点、落地点、被接住点的位置坐标分别是()A．2m，－2m，－1mB．－2m,2m,1mC．4m,0,1mD．－4m,0，－1m答案B解析根据题意建立如图所示的坐标系，A点为抛出点，坐标为－2m，B点为坐标原点，D点为落地点，坐标为2m，C点为小球被接住的点，坐标为1m，所以选项B正确．

题组一质点的理解1．关于质点，下列说法中正确的是()A．质点是一个理想模型，实际上不存在B．因为质点没有大小，所以与几何中的点是一样的C．凡是小的物体，皆可以看成质点；凡是大的物体，皆不能看成质点D．如果物体的形状和大小对于所研究的问题属于无关或次要因素时，可把物体看成质点答案AD2．下列几种奥运比赛项目中的研究对象可视为质点的是()A．在撑杆跳高比赛中研究运动员手中的支撑杆在支撑地面过程中的转动情况时B．帆船比赛中确定帆船在大海中的位置时C．跆拳道比赛中研究运动员的动作时D．铅球比赛中研究铅球被掷出后在空中的飞行时间时答案BD3．下列关于质点的理解与判断的说法中正确的是()A．体积小的物体都能看成质点B．质量巨大的物体都不能看成质点C．研究“神十”和“天宫”对接过程时，“神十”和“天宫”可视为质点D．研究“嫦娥三号”的奔月路线时，“嫦娥三号”可以视为质点答案D解析体积虽小，但其体积对所研究问题的影响不能忽略时，不能看成质点，A错；质量巨大但其形状和体积对研究问题无影响或影响可忽略不计时，可视为质点，B错；“神十”和“天宫”对接时，要准确知道两对接机构的准确位置及其位置关系，故此时“神十”和“天宫”不能看成质点，C错；奔月路线只需考虑“嫦娥三号”的位置，其形状和大小对所研究问题几乎无影响，可视为质点，D正确．4．2013年9月22日丁俊晖在2013世界斯诺克上海大师赛决赛中顺利问鼎，首夺上海大师赛冠军．下列关于台球的说法中正确的有()A．因为台球比较小，所以一定可以把它看做质点B．丁俊晖在击球时可以把台球看做质点C．解说员在解说进球路线时可以把台球看做质点D．丁俊晖在分析进球路线时可以把台球看做质点答案C解析物体能否看做质点，要看物体的大小和形状在所研究的问题中起主要作用还是次要作用，故A错；丁俊晖在击球时，需要考虑球的旋转情况，因此不能把台球看做质点，故B错；而解说员在解说进球路线时只需说明球的行进轨迹，因此可以把台球看做质点，故C对；而丁俊晖在分析进球路线时需要考虑球的旋转情况对路线的影响，因此不可以把台球看做质点，故D错．5．由中航工业沈阳飞机设计研究所设计的“利剑”无人作战攻击机，在西南某试飞中心成功完成首飞．下列可将“利剑”无人作战攻击机视为质点的是()A．研究人员测试“利剑”的飞行速度时B．研究人员观察“利剑”飞行姿式、测各项技术参数时C．研究人员确定“利剑”位置时D．研究人员对“利剑”进行控制时答案AC解析测试“利剑”的飞行速度或确定其位置时，无需考虑其形状和大小，可将其看成质点，A、C正确．而观察“利剑”飞行姿式或进行控制时，都必须考虑其形状和大小，不能看成质点，B、D错误．题组二参考系与相对运动6．关于参考系的选取，下列说法中正确的是()A．研究物体的运动，必须选定参考系B．描述一个物体的运动情况时，参考系是可以任意选取的C．研究地面上物体的运动时，常取地面或相对于地面静止的其他物体做参考系D．参考系必须选取地面或相对于地面静止的其他物体答案ABC解析描述一个物体的运动情况时，参考系是可以任意选取的，但对于不同的参考系，物体的运动情况往往不同，实际选取参考系时，应本着便于观测和使对运动的描述尽可能简单的原则来进行．7．我们描述某个物体的运动时，总是相对一定的参考系而言的，下列说法正确的是()A．我们说“太阳东升西落”，是以地球为参考系的B．我们说“地球围绕太阳转”，是以地球为参考系的C．我们说“同步卫星在高空静止不动”，是以太阳为参考系的D．坐在火车上的乘客看到前方铁路旁的树木、电线杆向他飞奔而来，乘客是以火车或他自己为参考系的答案AD解析“太阳东升西落”是相对于我们居住的地球而言，是以地球为参考系的，所以A正确；“地球围绕太阳转”是以太阳为参考系的，所以B错误；“同步卫星在高空静止不动”是相对于地球而言的，是以地球为参考系的，所以C错误；火车上的乘客看到前方铁路旁的树木、电线杆向他飞奔而来，是以火车或他自己为参考系的，所以D正确．8．国庆长假期间，小马和同学乘火车去旅行，他乘坐的火车在某火车站停靠时，另一列货车正好也停靠在车站，小马正好奇地看着货车时，发现自己乘坐的火车在“后退”．疑惑间他看到了车站的站牌，发现自己乘坐的火车并没有运动，而是货车向前方开动了．小马和同学就这个话题进行了讨论，下列说法中正确的是()A．小马发现自己乘坐的火车在“后退”是以向前开动的货车为参考系B．发现自己乘坐的火车并没有运动是以车站的站牌为参考系C．选取不同的参考系，对物体运动的描述往往是不同的D．研究地面上的物体运动时必须选取地面为参考系答案ABC9．如图1所示，飞行员跳伞后飞机上的其他飞行员(甲)和地面上的人(乙)观察跳伞飞行员的运动后，引发了对跳伞飞行员运动状况的争论，下列说法正确的是()图1A．甲、乙两人的说法中必有一个是错误的B．他们的争论是由于选择的参考系不同而引起的C．研究物体运动时不一定要选择参考系D．参考系只能是相对于地面静止的物体答案B解析甲、乙两人的争论是由于选择的参考系不同而引起的，A错，B对；研究物体的运动一定要选择参考系，C错；参考系的选择具有任意性，D错．10．甲、乙两辆汽车在同一条平直的公路上向东行驶，已知甲车运动得比乙车快，则下列说法正确的是()A．以甲车为参考系，乙车在向东行驶B．以甲车为参考系，乙车在向西行驶C．以乙车为参考系，甲车在向东行驶D．以乙车为参考系，甲车在向西行驶答案BC解析以地面为参考系，甲、乙两车都向东运动，且甲运动得较快．若以甲车为参考系，乙车后退，即向西运动；若以乙车为参考系，甲车向前，即向东运动．11．甲、乙、丙三架观光电梯，甲中乘客看一高楼在向下运动；乙中乘客看甲在向下运动；丙中乘客看甲、乙都在向上运动．这三架电梯相对地面运动的情况可能是()A．甲向上、乙向下、丙不动B．甲向上、乙向上、丙不动C．甲向上、乙向上、丙向下D．甲向上、乙向上、丙也向上答案BCD解析电梯中的乘客观看其他物体的运动情况时，是以自己所乘的电梯为参考系．甲中乘客看高楼向下运动，说明甲相对于地面一定在向上运动．同理，乙相对甲在向上运动，说明乙相对地面也是向上运动，且运动得比甲更快．丙电梯无论是静止还是在向下运动，或者以比甲、乙都小的速度向上运动，丙中乘客看见甲、乙两架电梯都会感到甲、乙是在向上运动．题组三坐标系的建立及其应用12．一质点在x轴上运动，各个时刻的位置坐标如下表：t/s012345x/m05－4－1－71(1)请在x轴上标出质点在各时刻的位置．(2)质点在哪个时刻离坐标原点最远？此时刻它离坐标原点的距离为多大？答案(1)如图所示．(2)t＝4s时离坐标原点最远．距离为7m.13．如图2所示，一条绳子长1.5m，放在高0.8m的桌子上，有一部分悬在桌外，留在桌面上的部分长1.2m，以地面上的一点O为坐标原点，竖直向上为正方向，求绳的最低端的坐标．图2答案0.5m解析由题图可知，悬在桌外的绳长为O′B＝1.5m－1.2m＝0.3mB点到O点的竖直距离为OB＝OO′－O′B＝0.8m－0.3m＝0.5m若以O点为坐标原点，竖直向上为正方向，则B点的坐标为0.5m.学案2时间和位移[目标定位]1.知道时刻和时间间隔的区别及联系，能区分给定的时间表示时刻还是时间间隔.2.理解位移的概念，知道位移与路程的区别和联系.3.知道矢量、标量的区别，知道位移是矢量．一、时刻和时间间隔[问题设计]1．请分析生活中的两个问题：(1)电台报时一般这样说：“现在是北京时间八点整．”听评书连播节目时，最后播音员往往说：“明天同一时间请继续收听．”这里两个“时间”的含义相同吗？(2)中考结束后，爸爸带小明乘火车去深圳旅游，火车20∶30准时从北京西站出发，经5小时23分于第二天1∶53到达山东菏泽站，停2分钟后出发，于4∶26到达安徽阜阳站……这一段话中提到的时间哪些是时刻，哪些是时间间隔？答案(1)不同，第一个时间指一个时刻，第二个时间指一段时间间隔．(2)20∶30、1∶53、4∶26是时刻；5小时23分、2分钟为时间间隔．[要点提炼](1)时刻：指某一瞬间．在时间轴上，时刻用点来表示．(2)时间间隔：指某两个时刻之间的间隔．在时间轴上，时间间隔用线段来表示．[延伸思考]如图1所示，结合所给时间轴，请分析以下几个表述指的是时刻还是时间间隔：第2s末，2s末，2s内，第2s内．图1答案由题图可知，“第2s末”和“2s末”都与时间轴上t＝2s那一点相对应，所以指的是时刻；“2s内”是从计时开始到2s末的时间间隔，时间间隔为2s；“第2s内”是第1s末或者说第2s初到第2s末的时间间隔，时间间隔为1s(如图所示)．二、路程和位移[问题设计]1．出发前，爸爸让小明选择出行方式．有三种方式可供选择：一是乘长途汽车；二是坐高铁；三是乘飞机．三种出行方式的路程是否相同？位置的变化是否相同？位移是否相同？答案三种方式路程不同，但结果是一样的，即都是从北京到深圳，初位置一样，末位置一样，即位置的变化一样，位移相同．2．分析下列两种情况下的位移和路程，并说明，位移的大小总等于路程吗？什么情况下相等？(1)百米比赛中；(2)沿着400m的跑道跑一圈．答案(1)百米比赛中，从起点到终点的位移是100m，路程是100m.(2)沿着400m的跑道跑一圈，位移是0，路程是400m.一般情况下，位移的大小不等于路程．只有物体在一条直线上运动且运动方向不变时，位移的大小才等于路程．[要点提炼]1．路程表示物体运动轨迹的长度，只有大小，没有方向，是标量．2．位移表示物体位置的变化，大小等于从初位置到末位置有向线段的长度．方向由初位置指向末位置．3．同一运动过程的路程不小于位移的大小；在单向直线运动中，位移的大小等于路程．三、矢量和标量[问题设计]一个袋子里原来有40kg大米，现在又放进去30kg大米，那么现在大米总量是70kg.如果一位同学从操场中心A点出发向北走了40m到达B点，然后又向西走了30m到达C点，则他从A点到C点的位移是多大？从大小的计算方法上看，质量和位移有什么不同？答案如图所示，位移为从A点指向C点的有向线段，大小为50m．质量是标量，遵从算术加法的法则，可以直接相加减；位移是矢量，不能直接相加减，位移的大小等于初位置指向末位置的有向线段的长度．[要点提炼]1．矢量和标量(1)矢量：指的是既有大小又有方向的物理量．例如，位移．(2)标量：只有大小没有方向的物理量．例如，时间、温度．2．矢量的表示方法：用一条带箭头的线段来表示．线段的长度表示矢量的大小，箭头的指向表示矢量的方向．3．大小的比较：标量大小的比较一般只看自身数值大小；而矢量大小的比较要看其数值的绝对值大小，绝对值大，则该矢量大．4．运算规律：标量的运算法则为算术法则，即初中所学的加、减、乘、除等运算方法；矢量的运算法则为以后学习到的平行四边形定则．四、直线运动的位置和位移[问题设计]如图2所示，一辆轿车从超市出发，向东行驶了300m到达电影院，继续行驶了150m到达度假村，又向西行驶了950m到达博物馆，最后回到超市．图2(1)以超市所在的位置为原点，以向东的方向为正方向，用1个单位长度表示100m，请用直线坐标系表示出超市、电影院、度假村和博物馆的位置；(2)求轿车从电影院经度假村到博物馆的位移与路程分别为多少？答案(1)如图所示(2)轿车从电影院经度假村到博物馆的位移为x＝－500m－300m＝－800m，负号表示其方向与规定的正方向相反，即方向向西．其路程为s＝150m＋950m＝1100m.[要点提炼]1．位置和时刻相对应，位移和时间间隔相对应．2．在一维直线坐标系中，坐标轴上的一个点对应一个位置，线段长对应一段位移，用两个坐标的差值表示，即Δx＝x2－x1，Δx的数值表示位移大小，Δx为正表示位移方向与正方向相同，Δx为负表示位移方向与正方向相反．一、时间间隔和时刻的理解例1下列关于时间间隔和时刻的说法正确的是()A．时间间隔是较长的一段时间，时刻是较短的一段时间B．第2s内和前2s内指的是不相等的两段时间间隔C．“北京时间12点整”指的是时刻D．时光不能倒流，因此时间有方向是矢量解析时刻不是一段时间，故A错；第2秒内的时间间隔是1s，前2秒的时间间隔是2s，故B对；12点整是指时刻，故C对；时间是标量，故D错．答案BC二、位移和路程的理解及计算例2关于位移与路程，下列说法中正确的是()A．在某一段时间内物体运动的位移为零，则该物体一定是静止的B．在某一段时间内物体运动的路程为零，则该物体一定是静止的C．在直线运动中，物体的位移大小一定等于其路程D．在曲线运动中，物体的位移大小可能大于其路程解析物体从某位置出发，经一段时间又返回到该位置，此过程位移为零，但它运动了，A错．物体运动的路程为零，说明它未动，反之物体若静止不动，它运动的路程一定为零，B对．只有在单向直线运动中，物体的位移大小才等于路程，C错．曲线运动中，物体的位移大小一定小于路程，D错．答案B例3某人向东行6km，再向北行10km，又向南行2km，试计算他的路程和位移．(以初始位置为原点，画出坐标图加以说明)解析坐标图如图所示路程为s＝6km＋10km＋2km＝18km位移是O指向C的有向线段，大小为x＝eq\r(62＋82)km＝10km设OA与OC的夹角为θ，则：sinθ＝eq\f(8,10)，所以θ＝53°故方向为东偏北53°.答案见解析三、矢量和标量的区别例4下列关于位移(矢量)和温度(标量)的说法中，正确的是()A．两个运动物体的位移大小均为30m，则这两个位移一定相同B．做直线运动的两物体的位移x甲＝3m，x乙＝－5m，则x甲>x乙C．温度计读数有正也有负，其正、负号表示方向D．温度计读数的正、负号表示温度的高低，不能表示方向解析当两个矢量大小相等、方向相同时，才能说这两个矢量相同；直线运动的位移的“＋”、“－”号只表示方向；温度是标量，标量的正负表示大小(即温度的高低)．答案D

三组物理量的对比辨析物理量概念辨析位移与路程位移的大小等于初位置到末位置的直线距离，方向由初位置指向末位置，是矢量路程是物体运动轨迹的实际长度，是标量时刻与时间间隔时刻在时间轴上用一个点来表示；时刻对应的是位置时间间隔在时间轴上用线段来表示；时间间隔对应的是位移矢量与标量矢量：既有大小又有方向的物理量．如位移、速度和力标量：只有大小没有方向的物理量．如质量、温度、时间1.(时间间隔和时刻的理解)“嫦娥三号”于2013年12月2日凌晨1时30分在西昌卫星发射中心成功发射，它在太空跋涉约13天后，于14日21时11分在月球虹湾以东区域成功软着陆．以上记录时间的数据分别指的是()A．时刻、时间间隔、时刻 B．时间间隔、时刻、时间间隔C．都是时刻 D．都是时间间隔答案A解析2013年12月2日凌晨1时30分和14日21时11分都指的是时刻；13天是时间间隔，故A正确．2．(时间和时刻的理解)下列关于时间和时刻的两种说法意义相同的是()A．第2s末和第3s初 B．前3s内和第3s内C．第3s末和第2s初 D．第1s内和第1s末答案A解析同一时刻在时间轴上对应同一个点，所以仅A正确．3．(矢量和标量)下列物理量中，哪个是矢量？()A．质量 B．时间C．路程 D．位移答案D解析质量、时间和路程都只有大小，没有方向，是标量．位移既有大小又有方向，是矢量．选项D正确．4．(位移和路程的计算)一个人晨练，按如图3所示，走半径为R的中国古代的八卦图的路线，中央的S形部分是两个直径为R的半圆．BD、CA分别为西东、南北指向．他从A点出发沿曲线ABCOADC运动．求：图3(1)他从A点第一次走到O点时的位移的大小和方向．(2)他从A点第一次走到D点时的位移和路程．答案(1)R由北指向南(2)位移大小为eq\r(2)R，方向为东偏南45°eq\f(5,2)πR解析(1)从A点第一次走到O点时的位移的大小等于线段AO的长度，即x1＝R.位移的方向为由北指向南．(2)从A点第一次走到D点时的位移的大小等于线段AD的长度，即x2＝eq\r(2)R.位移的方向为东偏南45°.从A点第一次走到D点时的路程等于整个运动轨迹的长度，即s＝eq\f(3,4)×2πR＋2×eq\f(1,2)×πR＝eq\f(5,2)πR.题组一对时刻和时间间隔的理解1．以下的计时数据中指时间间隔的是()A．天津开往德州的列车于13点35分从天津发车B．某人用15s跑完100mC．我们早上8：00开始上第一节课D．列车到站时间晚点5分钟答案BD2．下列说法正确的是()A．列车员说：“火车8点42分到站，停车8分钟．”8点42分和8分钟均指时刻B．列车员说：“火车8点42分到站，停车8分钟．”8点42分和8分钟均指时间间隔C．出租车的收费标准为“2.00元/公里”，其中的“公里”指的是路程D．出租车的收费标准为“2.00元/公里”，其中的“公里”指的是位移答案C解析8点42分指的是时刻，8分钟指的是一段时间，A、B错；“2.00元/公里”是指每经过1公里的路程收费2.00元，C对，D错．3．下列选项中表示时刻的是()A．第3s初 B．第3s末C．第3s内 D．前3s内答案AB解析当出现“初”、“末”等字时往往表示时刻，“内”一般指时间间隔，故选项A、B表示时刻．题组二位移和路程、矢量和标量的理解4．关于位移和路程，以下说法正确的是()A．出租车按路程收费B．出租车按位移的大小收费C．在曲线运动中，同一运动过程的路程一定大于位移的绝对值(即大小)D．在直线运动中，位移就是路程答案AC解析出租车按路程收费，曲线运动中路程一定大于初、末位置间线段的长度，所以曲线运动中路程一定大于位移的大小，所以A、C正确，B错误．只有在单向直线运动中，位移的大小才等于路程，而位移是矢量，路程是标量，任何情况下位移都不能是路程，所以D错误．5．关于矢量和标量，下列说法中正确的是()A．矢量是既有大小又有方向的物理量B．标量是既有大小又有方向的物理量C．位移－10m比5m小D．－10℃比5℃的温度低答案AD解析由矢量和标量的定义可知，A对，B错；位移的正、负号只表示方向，不表示大小，其大小由数值的绝对值决定，因此－10m表示的位移比5m表示的位移大，温度的正、负号表示温度的高低，－10℃比5℃的温度低，C错，D对．6．关于质点的位移和路程，下列说法中正确的是()A．位移是矢量，位移的方向即质点运动的方向B．位移的大小不会比路程大C．路程是标量，即位移的大小D．当质点做直线运动时，路程等于位移的大小答案B解析位移是矢量，其方向由初位置指向末位置，而不是质点运动的方向，A错．位移的大小是初位置到末位置的有向线段的长度，而当质点从初位置运动到末位置时，运动轨迹可能是直线，也可能是曲线．如质点沿曲线ABC从A到达C，路程是曲线ABC的长度，而位移大小是线段AC的长度，方向由A指向C(如图甲)．同样，质点沿直线从A点经B点到C点，又从C点折回B点，质点通过的路程是线段AC的长度加CB的长度，而质点的位移的大小是线段AB的长度，方向由A指向B(如图乙)．只有在质点做单向直线运动时，位移的大小才等于路程，B对，C、D错．题组三位移和路程的计算7．某人站在楼房顶层O点竖直向上抛出一个小球，上升的最大高度为20m，然后落回到抛出点O下方25m的B点，则小球在这一运动过程中通过的路程和位移分别为(规定竖直向上为正方向)()A．25m,25m B．65m,25mC．25m，－25m D．65m，－25m答案D解析如图所示，整个过程小球的路程为20m＋20m＋25m＝65m，但其位移为－25m，“－”表示其方向竖直向下．8．某学校田径运动场跑道示意图如图1所示，其中A点是所有跑步项目的终点，也是400m、800m赛跑的起跑点；B点是100m赛跑的起跑点，在校运动会中，甲、乙、丙三个同学分别参加了100m、400m和800m比赛，则在完成比赛时()图1A．甲的位移最小 B．丙的位移最大C．乙、丙的路程相等 D．丙的路程最大答案D9．如图2所示，是一位晨练者每天早晨进行锻炼时的行走路线，从A点出发，沿半径分别为3m和5m的半圆经B点到达C点，则他的位移和路程分别为()图2A．16m，方向从A到C；16mB．8m，方向从A到C；8πmC．8πm，方向从A到C；16mD．16m，方向从A到C；8πm答案D解析位移是矢量，大小等于A、C之间的线段长度，即x＝AB＋BC＝2×3m＋2×5m＝16m，方向由A指向C；路程是标量，等于两个半圆曲线的长度和，即s＝(3π＋5π)m＝8πm，故D正确．10．如图3所示，一个质点在x轴上运动，从初始位置A运动到位置B，初始位置的坐标xA＝5m，末位置的坐标xB＝－2m，在此过程中它的坐标位置变化量是多少？位移是多少？图3答案－7m－7m解析坐标的变化量Δx＝xB－xA＝(－2－5)m＝－7m，负号表示位置变化的方向与x轴正方向相反．发生的位移xAB＝Δx＝－7m，负号表示位移的方向与x轴正方向相反．11．如图4所示，某人沿半径R＝50m的圆形跑道跑步，从A点出发逆时针跑过eq\f(3,4)圆周到达B点，试求由A到B的过程中，此人跑步的路程和位移．图4答案235.5m70.7m，方向由A→B解析此人运动的路程等于ACB所对应的弧长，即路程s＝eq\f(3,4)×2πR＝eq\f(3,4)×2×3.14×50m＝235.5m此人从A点运动到B点的位移大小等于由A指向B的有向线段的长度，即x＝eq\r(2)R＝1.414×50m＝70.7m，位移的方向由A→B.12．如图5所示，某同学沿平直路面由A点出发前进了100m到达斜坡底端的B点，又沿倾角为60°的斜面前进了100m到达C点，求此同学的位移和路程．图5答案173m，方向由A指向C200m解析画出该同学的位移矢量图如图所示，该同学的位移为eq\x\to(AC)，方向由A指向C由直角三角形知识知eq\x\to(BD)＝eq\x\to(BC)cos60°＝100×eq\f(1,2)m＝50meq\x\to(CD)＝eq\x\to(BC)sin60°＝100×eq\f(\r(3),2)m＝50eq\r(3)m所以eq\x\to(AC)＝eq\r(\x\to(AD)2＋\x\to(CD)2)＝eq\r(1502＋50\r(3)2)m＝100eq\r(3)m≈173m，方向由A指向C，路程s＝AB＋BC＝200m.学案3运动快慢的描述——速度[目标定位]1.理解速度的物理意义，知道速度是矢量.2.理解平均速度和瞬时速度的区别，知道速率的概念.3.会用平均速度公式进行相关的计算．一、速度[问题设计]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30min内行驶了8km；汽车在30min内行驶了50km；百米比赛中，运动员甲用时10s，运动员乙用时13.5s.(1)自行车和汽车哪个运动得快？你是如何进行比较的？(2)运动员甲和运动员乙哪个跑得快？你是如何进行比较的？(3)汽车和运动员甲哪个运动得快？你又是如何进行比较的呢？答案(1)汽车运动得快，相同时间内位移大的跑得快．(2)运动员甲跑得快，通过相同位移所需时间短的跑得快．(3)比较两物体单位时间内的位移，可比较两物体运动的快慢汽车：eq\f(Δx,Δt)＝eq\f(50km,30min)＝eq\f(50×103m,30×60s)＝27.8m/s运动员甲：eq\f(Δx,Δt)＝eq\f(100m,10s)＝10m/s，所以汽车运动得快．[要点提炼]1．定义：位移与发生这个位移所用时间的比值．速度是表示物体运动快慢的物理量．2．公式：v＝eq\f(Δx,Δt).其中Δx是位移，不是路程．说明速度的定义方法是比值定义法．比值定义法是高中常见的一种定义物理量的方法，被定义的物理量不是由其它两个量决定，即不能说v与Δx成正比，与Δt成反比．初中曾学习过ρ＝eq\f(m,V)、R＝eq\f(U,I)也是用比值定义法定义的．3．方向：速度是矢量，速度的方向就是物体运动的方向．注意(1)当比较两个速度是否相同时，既要比较大小是否相等又要比较其方向是否相同．(2)分析物体的运动速度时不可只关注速度的大小，也要注意确定速度的方向．二、平均速度和瞬时速度[问题设计]某同学百米比赛用时12s，前2s内的位移为12m，第2个2s内位移为14m，第3个2s内位移为16m，第4个2s内位移为19m，第5个2s内位移为20m，第6个2s内位移为19m.(1)计算上述6个时间间隔内的平均速度，并说明哪段时间运动得最快？8s末的速度一定等于12s末的速度吗？(2)通过以上数据，你能知道这个同学的“起跑速度”、“冲刺速度”以及“最大速度”吗？答案(1)第1个2s内eq\x\to(v)1＝eq\f(12m,2s)＝6m/s，第2个2s内eq\x\to(v)2＝eq\f(14m,2s)＝7m/s，第3个2s内eq\x\to(v)3＝eq\f(16m,2s)＝8m/s，第4个2s内eq\x\to(v)4＝eq\f(19m,2s)＝9.5m/s，第5个2s内eq\x\to(v)5＝eq\f(20m,2s)＝10m/s，第6个2s内eq\x\to(v)6＝eq\f(19m,2s)＝9.5m/s.第5个2s内运动得最快．不一定．(2)不能．[要点提炼]1．平均速度(1)定义：在某段时间内物体的位移Δx与发生这段位移所用时间Δt的比值，公式eq\x\to(v)＝eq\f(Δx,Δt).(2)意义：表示物体在某段时间或某段位移内运动的平均快慢程度．(3)矢量性：平均速度的方向与Δt时间内发生的位移Δx的方向相同．(4)平均速度只能粗略地反映物体运动的快慢．2．瞬时速度(1)定义：当Δt非常小时，物体在从t到t＋Δt的时间间隔内，运动快慢的差异也就非常小，就可以用v＝eq\f(Δx,Δt)表示物体在t时刻的瞬时速度．(2)意义：表示运动物体在某一时刻(或经过某一位置时)的速度．(3)瞬时速度的方向就是该时刻物体运动的方向．瞬时速度的大小叫速率．(4)瞬时速度可以精确描述物体在某一时刻(或某一位置)的运动快慢。3．匀速直线运动：平均速度与瞬时速度相等．三、平均速度、平均速率和速率[问题设计]物体在某段时间内一直运动，它的平均速度可能等于零吗？平均速率呢？请举例说明．答案比如某人绕操场跑一圈的过程，位移等于零则平均速度等于零，但是路程不等于零，则平均速率就不等于零．[要点提炼]1．平均速度：在某段时间内的位移与发生这段位移所用时间的比值，其表达式为平均速度＝eq\f(位移,时间).2．平均速率：路程与时间的比值，即平均速率＝eq\f(路程,时间).3．速率：瞬时速度的大小．[延伸思考]运动物体平均速度的大小等于平均速率吗？答案不一定等于．因为位移小于等于路程，所以平均速度小于等于平均速率．只有在单向直线运动中，平均速度的大小才等于平均速率．一、对速度的理解例1关于速度的定义式v＝eq\f(Δx,Δt)，以下叙述正确的是()A．物体做匀速直线运动时，速度v与运动的位移Δx成正比，与运动时间Δt成反比B．速度v的大小与运动的位移Δx和时间Δt都无关C．此速度定义式适用于任何运动D．速度是表示物体运动快慢及方向的物理量解析v＝eq\f(Δx,Δt)是计算速度的公式，适用于任何运动，C对；此式只说明速度可用位移Δx除以时间Δt来获得，并不是说v与Δx成正比，与Δt成反比，A错，B对；速度的大小表示物体运动的快慢，方向表示物体的运动方向，D对．答案BCD二、平均速度与瞬时速度的理解例2小蒙骑自行车由静止沿直线运动，他在第1s内、第2s内、第3s内、第4s内通过的位移分别为1m、2m、3m、4m，则()A．他4s末的瞬时速度为4m/sB．他第2s内的平均速度为1.5m/sC．他4s内的平均速度为2.5m/sD．他1s末的速度为1m/s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2s内平均速度为eq\f(2,1)m/s＝2m/s；4s内的平均速度eq\x\to(v)＝eq\f(1＋2＋3＋4,4)m/s＝2.5m/s.答案C针对训练2013年11月8日超强台风“海燕”重创菲律宾．气象部门说，登陆时，“海燕”持续风速235km/h，中心最大风速达到314km/h.其中的两个速度数值分别是指()A．平均速度，瞬时速度 B．瞬时速度，平均速度C．平均速度，平均速度 D．瞬时速度，瞬时速度答案A解析平均速度对应的是一段时间或一段位移，而瞬时速度对应的是某时刻或某位置，由“持续”知，235km/h指的是一段时间的平均速度，314km/h是指瞬时速度，故A正确．三、平均速度与平均速率的计算例3一物体以v1＝4m/s的速度向东运动了5s后到达A点，在A点停了5s后又以v2＝6m/s的速度沿原路返回，运动了5s后到达B点，求物体在全程的平均速度和平均速率．解析物体全程的位移大小x＝v2t2－v1t1＝6×5m－4×5m＝10m，全程用时t＝5s＋5s＋5s＝15s，故平均速度大小v＝eq\f(x,t)＝eq\f(10,15)m/s＝eq\f(2,3)m/s，方向向西．物体全程的路程s＝v2t2＋v1t1＝6×5m＋4×5m＝50m，故平均速率v′＝eq\f(s,t)＝eq\f(50,15)m/s＝eq\f(10,3)m/s.答案平均速度的大小为eq\f(2,3)m/s，方向向西平均速率为eq\f(10,3)m/s三组物理量的对比辨析速度和速率速度：物体的位移与发生这个位移所用时间的比值，是矢量速率：瞬时速度的大小叫速率，是标量平均速度和瞬时速度平均速度：eq\x\to(v)＝eq\f(Δx,Δt)，与一段时间或一段位移相对应，平均速度的方向与这段时间内的位移方向相同；平均速度只能粗略地描述运动的快慢瞬时速度：质点在某一时刻或某一位置的速度，与时刻或位置相对应；瞬时速度的方向即那一时刻质点运动的方向；它能精确地描述运动的快慢平均速度的大小和平均速率平均速度＝eq\f(位移,时间)平均速率＝eq\f(路程,时间)注意：因为位移大小与路程一般不相等，故平均速度的大小一般不等于平均速率1.(速度)关于速度的说法，下列各项中正确的是()A．速度是描述物体运动快慢的物理量，速度大表示物体运动得快B．速度描述物体的位置变化快慢，速度大表示物体位置变化大C．速度越大，位置变化越快，位移也就越大D．瞬时速度的大小通常叫做速率，速度是矢量，速率是标量答案AD2．(平均速度与瞬时速度)为了使公路交通有序、安全，路旁立了许多交通标志．如图1所示，甲图是限速标志，表示允许行驶的最大速度是80km/h；乙图是路线指示标志，表示到杭州还有100km.上述两个数据的物理意义是()图1A．80km/h是平均速度，100km是位移B．80km/h是平均速度，100km是路程C．80km/h是瞬时速度，100km是位移D．80km/h是瞬时速度，100km是路程答案D解析在某路段或路口限定最高时速，是指任一时刻都不能超过该速度，是瞬时速度，较长的公路是有弯曲的，100km是指路程，D对．3．(平均速度与瞬时速度)如图2所示是三个质点A、B、C的运动轨迹，三个质点同时从N点出发，同时到达M点．下列说法正确的是()图2A．三个质点从N到M的平均速度相同B．三个质点到达M点的瞬时速度相同C．三个质点从N到M的平均速率相同D．B质点从N到M的平均速度方向与任意时刻的瞬时速度方向相同答案A解析平均速度等于位移与时间的比值，由于位移与时间都相同，故平均速度相同，故A正确；平均速率等于路程与时间的比值，由于时间相等，路程不等，故平均速率不相等，故C错误；三个质点到达M点的瞬时速度方向肯定不同，所以瞬时速度肯定不同，B错误；B质点不一定做单向直线运动，所以B质点从N到M的平均速度方向与任意时刻的瞬时速度方向不一定相同，D错误．4．(平均速度与平均速率的计算)在1000m体能测试中，小明沿某圆形400m跑道(如图3所示)从A点出发，其成绩为3分40秒，下列说法正确的是()图3A．小明的平均速率为4.55m/sB．小明的平均速率为0.91m/sC．小明的平均速度为0.91m/sD．小明的平均速度为0.58m/s答案AD解析平均速率为路程与时间的比值，所以平均速率为v1＝eq\f(s,t)＝eq\f(1000m,3×60s＋40s)≈4.55m/s，平均速度为位移与时间的比值，所以平均速度为v＝eq\f(x,t)＝eq\f(63.7×2m,3×60s＋40s)≈0.58m/s.所以选A、D.题组一对速度的理解1．由匀速直线运动的公式v＝eq\f(Δx,Δt)可知()A．速度与位移成正比，与时间成反比B．速度等于位移与所用时间的比值C．做匀速直线运动的物体的速度不随时间或位移而变化D．做匀速直线运动的物体的速度决定于运动的位移答案BC2．甲、乙两质点在同一直线上匀速运动，设向右为正，甲质点的速度为＋2m/s，乙质点的速度为－4m/s，则可知()A．乙质点的速率大于甲质点的速率B．因为＋2>－4，所以甲质点的速度大于乙质点的速度C．这里的正、负号的物理意义是表示质点运动的方向D．若甲、乙两质点同时由同一地点出发，则10s后甲、乙两质点相距60m答案ACD题组二对平均速度和瞬时速度的理解3．下列关于平均速度和瞬时速度的说法正确的是()A．平均速度eq\x\to(v)＝eq\f(Δx,Δt)，当Δt非常小时，该式可表示t时刻的瞬时速度B．匀速直线运动的平均速度等于瞬时速度C．瞬时速度和平均速度都可以精确描述运动的快慢D．只有瞬时速度可以精确描述运动的快慢答案ABD解析由平均速度定义式eq\x\to(v)＝eq\f(Δx,Δt)可知，当Δt非常小时，该式可表示t时刻的瞬时速度，A正确；匀速直线运动的速度不变，各段时间内的平均速度均等于瞬时速度，B正确；平均速度只能粗略地反映一段时间内物体运动的快慢程度，而瞬时速度能精确地描述物体在某一时刻或某一位置运动的快慢及方向，C错误，D正确．4．做直线运动的一质点经过P点时的瞬时速度为1m/s，则下列说法中正确的是()A．它在经过P点后的1s内的位移是1mB．它在经过P点前的1s内的位移是1mC．它在以过P点的时刻为中间时刻的1s内的位移是1mD．若从P点开始匀速行驶1s，它在1s内的位移是1m答案D解析由于不能确定经过P点前、后1s内的平均速度是否为1m/s，故也不能确定P点前、后1s内的位移是否为1m，A、B错；以过P点的时刻为中间时刻的1s内的平均速度不一定等于1m/s，这1s内的位移也不一定等于1m，C错；从P点开始做速度为1m/s的匀速运动，1s内的位移x＝vt＝1m，D对．5．在2013年游泳世锦赛上，孙杨在男子400米自由泳比赛中以3分41秒59的成绩夺冠，为中国游泳军团拿下本届大赛首金．孙杨能够取得冠军，取决于他在比赛中()A．某时刻的瞬时速度大B．触壁时的瞬时速度大C．平均速率大D．任何时刻的速度都大答案C解析孙杨在400米自由泳比赛中取得冠军，说明他游完400米的路程用时最短，所以他的平均速率最大，但并不表明他在某时刻的速度就一定大，C正确．6．下列速度属于瞬时速度的是()A．火车以76km/h的速度经过“深圳到惠州”这一路段B．汽车速度计指示着速度50km/hC．城市繁华路口速度路标上标有“15km/h注意车速”字样D．足球以12m/s的速度射入球门答案BCD解析与某段时间或某段位移对应的速度为平均速度，与某时刻或某一位置对应的是瞬时速度，由此可判断A中描述的是平均速率，B、C、D中描述的是瞬时速度．7．某赛车手在一次野外训练中，先利用地图计算出出发地和目的地的直线距离为9km，他从出发地到目的地用了5分钟，赛车上的里程表指示的里程数值增加了15km，当他经过某路标时，车内速度计指示的示数为150km/h，那么可以确定的是()A．在整个过程中赛车手的瞬时速度是108km/hB．在整个过程中赛车手的平均速度是180km/hC．在整个过程中赛车手的平均速率是108km/hD．经过路标时的瞬时速度是150km/h答案D解析整个过程中的位移大小为9km，所用时间为5min，所以根据公式v＝eq\f(x,t)可得整个过程中的平均速度为108km/h，这个速度并非瞬时速度，A、B项错误；平均速率等于路程除以时间，大小为180km/h，C项错误；经过路标时的速度是指在路标那一位置时的速度为瞬时速度，所以D项正确．8．一名短跑运动员在100m竞赛中，测得他5s末的速度为10.4m/s,10s末到达终点的速度是10.2m/s，则运动员在100m竞赛中的平均速度为()A．10.4m/s B．10.3m/sC．10.2m/s D．10m/s答案D解析v＝eq\f(x,t)＝eq\f(100,10)m/s＝10m/s.题组三平均速度和平均速率的计算9．从甲地到乙地的高速公路全程是197km，一辆客车8点从甲地开上高速公路，10点到达乙地，途中曾在一高速公路服务区休息10min，这辆客车从甲地到乙地的平均车速是()A．98.5km/h B．27.4km/hC．90.9km/h D．29.8km/h答案A解析该题求解的是客车的平均速率，由于客车在2小时内经过的路程是197km，故平均速率v＝eq\f(s,t)＝eq\f(197,2)km/h＝98.5km/h，A正确．10．某人骑自行车沿直线从一斜坡坡底到坡顶，再从坡顶到坡底，已知上坡时的平均速度大小为4m/s，下坡时的平均速度大小为6m/s，则此人往返一次的平均速度大小与平均速率分别是()A．10m/s,10m/s B．5m/s,4.8m/sC．10m/s,5m/s D．0,4.8m/s答案D解析此人往返一次的位移为0，由平均速度的定义式可知，此人往返一次的平均速度的大小为0.设由坡顶到坡底的路程为s，则此过程的平均速率为v＝eq\f(2s,\f(s,v1)＋\f(s,v2))＝eq\f(2v1v2,v1＋v2)＝4.8m/s，故选项D正确．11．甲、乙两人从市中心出发，甲20s内到达正东方向100m处，乙30s内到达正北方向150m处，试比较整个过程中甲、乙两人的平均速度是否相同．答案不相同解析v甲＝eq\f(x甲,t甲)＝eq\f(100,20)m/s＝5m/s，方向向东．v乙＝eq\f(x乙,t乙)＝eq\f(150,30)m/s＝5m/s，方向向北．所以两人平均速度大小一样，方向不同，所以它们的平均速度不同．12．某物体沿一条直线运动：(1)若前一半时间内的平均速度为v1，后一半时间内的平均速度为v2，求全程的平均速度．(2)若前一半位移的平均速度为v1，后一半位移的平均速度为v2，全程的平均速度又是多少？答案(1)eq\f(v1＋v2,2)(2)eq\f(2v1v2,v1＋v2)解析(1)设全程所用的时间为t，则由平均速度的定义可知前一半时间eq\f(t,2)内的位移为x1＝v1·eq\f(t,2)后一半时间eq\f(t,2)内的位移为x2＝v2·eq\f(t,2)全程时间t内的位移为x＝x1＋x2＝(v1＋v2)eq\f(t,2)全程的平均速度为eq\x\to(v)＝eq\f(x,t)＝eq\f(v1＋v2,2).(2)设全程位移为x′，由平均速度定义可知前一半位移所用时间为t1＝eq\f(\f(x′,2),v1)＝eq\f(x′,2v1)后一半位移所用时间为t2＝eq\f(\f(x′,2),v2)＝eq\f(x′,2v2)全程所用时间为t′＝t1＋t2＝eq\f(x′,2v1)＋eq\f(x′,2v2)＝eq\f(x′v1＋v2,2v1v2)全程的平均速度为eq\x\to(v)＝eq\f(x′,t′)＝eq\f(2v1v2,v1＋v2)13．如图1所示，一辆汽车在从上海到南京的高速公路上行驶．汽车上的速度计指针在图中左图所示位置附近左右摆动，请你根据生活经验和图中提供的信息，回答下列问题：图1(1)图中A、B两处相距多远？其值是指A、B两处的路程还是位移大小？(2)图中速度计指针所指的速度表示汽车的平均速度还是瞬时速度？其值为多大？(3)假设汽车在A、B间按速度计指针所指的速度做匀速直线运动，汽车从A处行驶到B处，需要多长时间？答案(1)80km路程(2)瞬时速度100km/h(3)0.8h解析(1)A、B两地距离s＝120km－40km＝80km.因为根据实际情况在高速公路上任意相距80km的两地间的道路不可能是直线，所以其值是指A、B两地间的路程．(2)图中速度计指针所指的速度表示汽车的瞬时速度(汽车上常见的速度计都是直接表示车辆在某一时刻或某一位置时的瞬时速度)，其值为100km/h.(3)因为汽车在A、B间做匀速直线运动，根据v＝eq\f(s,t)，得t＝eq\f(s,v)＝eq\f(80km,100km/h)＝0.8h，即汽车从A处行驶到B处需要0.8h.学案4实验：用打点计时器测速度[目标定位]1.了解电磁打点计时器、电火花计时器的构造及工作原理，学会使用打点计时器.2.掌握测瞬时速度的方法，会用打出的纸带求瞬时速度.3.理解速度随时间的变化图象，并能根据图象分析物体的运动．一、了解打点计时器1．作用及分类打点计时器是一种使用交流(填“交流”或“直流”)电源的计时仪器，当电源频率为50Hz时，它每隔0.02s打一次点．打点计时器和纸带配合，可以记录物体运动的时间及在一段时间内的位移．供高中学生实验用的打点计时器有电磁打点计时器和电火花计时器两种．2．电磁打点计时器(1)工作电压：6V以下的交流(填“交流”或“直流”)电源．(2)原理：接通电源后，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便振动起来，带动其上的振针上下振动．这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点．3．电火花计时器(1)工作电压：220V交流(填“交流”或“直流”)电源．(2)原理：当接通电源、按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上就打出一行点迹．4．两种打点计时器误差比较电火花计时器使用中对纸带运动阻力极小，因而系统误差较小．二、练习使用打点计时器1．实验步骤(1)把打点计时器固定在桌子上并穿好纸带．(2)把打点计时器的两个接线柱接到交流电源上(电磁打点计时器接6V低压交流电，电火花计时器接220V交流电)．(3)先接通电源开关，再用手水平拉动纸带，纸带上就打下一行小点，随后立即关闭电源．(4)取下纸带，从能看得清的某个点开始，往后数出若干个点，如果共有n个点，那么n个点的间隔数为n－1个，则纸带的运动时间Δt＝(n－1)×0.02s.(5)用刻度尺测量出从开始计数的点到最后的点间的距离Δx.(6)利用公式v＝eq\f(Δx,Δt)计算出纸带在这段时间内的平均速度．2．注意事项(1)打点前应把手停在靠近打点计时器的位置．(2)打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再拉动纸带．(3)打点之后应立即关闭电源．(4)对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量完毕(可先统一测量出各个测量点到起始测量点O之间的距离)．读数时应估读到毫米的下一位．三、用打点计时器测量平均速度和瞬时速度1．根据纸带计算平均速度用刻度尺测出n个点之间的间距Δx，n个点之间的时间Δt＝(n－1)×0.02s．则平均速度v＝eq\f(Δx,Δt).2．根据打点计时器计算瞬时速度(1)原理：取包含某一位置在内的一小段位移Δx，根据v＝eq\f(Δx,Δt)测出这一段位移内的平均速度，用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度．一般地，取以这个点为中间时刻的一段位移来计算．如图1所示，E点的瞬时速度可用D、F两点间的平均速度代表，即vE＝eq\f(Δx,Δt).图1(2)数据处理：把纸带上能看得清的某个点作为起始点O，以后的点分别标上A、B、C、D、……，如图2所示，依次测出各点到O点的距离，再算出OA、AB、BC、……的距离x1、x2、x3、…….图2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：vA＝eq\f(x1＋x2,2T)、vB＝eq\f(x2＋x3,2T)、vC＝eq\f(x3＋x4,2T)、vD＝eq\f(x4＋x5,2T)、…….把数据填入下表，根据数据判断纸带运动速度的变化情况.位置ABCDEFGv/(m·s－1)3.注意为了减小实验误差，A、B、C、D……不一定是连续计时点，比如可以间隔T＝0.1s(即每隔四个点)取一个计数点，而计算计数点的瞬时速度时，Δx、Δt应取此计数点前、后两个点之间的位移和时间，即v＝eq\f(xn＋xn＋1,2T).四、用图象表示速度[问题设计]某同学根据打出的纸带，算出的各计数点的速度见下表.t/s0.10.20.30.40.50.60.70.8v/(m·s－1)0.700.901.101.151.201.231.401.30(1)用横轴表示时间t，纵轴表示速度v，建立平面直角坐标系，在图3中作出物体的v－t图象．图3(2)v－t图象是不是质点运动的轨迹？从v－t图象中可以知道哪些信息？(3)若质点做匀速直线运动，其v－t图象有什么特点？答案(1)(2)v－t图象不是质点运动的轨迹．从v－t图象中可知任意时刻速度的大小和方向．(3)匀速直线运动的v－t图象是与时间轴平行的直线．例1使用打点计时器时应注意()A．无论使用电磁打点计时器还是电火花计时器，都应该把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸压在纸带的上面B．使用打点计时器时应先接通电源，再拉动纸带C．使用打点计时器时，拉动纸带的方向应与限位孔平行D．打点计时器只能连续工作较短时间，打点之后要立即关闭电源解析电磁打点计时器使用复写纸，电火花计时器不用复写纸，故A错；实验时应当先接通电源，再拉动纸带，故B正确；为减小摩擦，拉动纸带的方向应当与限位孔平行，故C正确；打点计时器不能长时间连续工作，故D正确．答案BCD例2当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点迹，下列关于纸带上点迹的说法中正确的是()A．点迹记录了物体运动的时间B．点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移C．纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况D．纸带上的点越密，说明物体运动得越快解析从打点计时器的用途出发对选项进行筛选．打点计时器每隔一定的时间打下一个点，因而点迹记录了物体运动的时间，也记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移；纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况，点迹越密物体运动越慢．答案ABC例3如图4所示是做“用打点计时器测速度”实验时得到的一条纸带的一部分，从0点开始依照打点的先后每两个点取一个计数点依次标为0、1、2、3、4、5、6……，现测得0、1间的距离x1＝5.18cm，1、2间的距离x2＝4.40cm,2、3间的距离x3＝3.62cm,3、4间的距离x4＝2.78cm,4、5间的距离x5＝2.00cm,5、6间的距离x6＝1.22cm(每0.02s打一次点)．图4(1)根据测量数据，计算打点计时器在打1、2、3、4、5点时的速度并填在下表中.位置12345v/(m·s－1)(2)根据(1)中表格，在图5中画出小车的速度—时间图象，并说明小车速度变化的特点．图5解析(1)某点的瞬时速度可用包含该点的一段位移内的平均速度表示打1点时：v1＝eq\f(x1＋x2,4T)≈1.20m/s，打2点时：v2＝eq\f(x2＋x3,4T)≈1.00m/s，打3点时：v3＝eq\f(x3＋x4,4T)＝0.80m/s，打4点时：v4＝eq\f(x4＋x5,4T)≈0.60m/s，打5点时：v5＝eq\f(x5＋x6,4T)≈0.40m/s.将数值填入表格中.位置12345v/(m·s－1)1.201.000.800.600.40(2)描点并连线得小车的速度—时间图象．由图象可知，小车速度均匀减小．答案见解析1.用打点计时器可测纸带运动的时间和位移．下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤，按照你对实验的理解，在各步骤空白处填上适当的内容，然后按实际操作的合理顺序，将各步骤的字母代号按顺序写在空白处．A．在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在低压(选填“交流”或“直流”)电源的两个接线柱上．B．把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过，并压在下面．C．用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离Δx.D．切断电源，取下纸带，如果共有n个清晰的点，则这段纸带记录的时间Δt＝.E．打开电源开关，再用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列小点．F．利用公式eq\x\to(v)＝eq\f(Δx,Δt)计算纸带运动的平均速度．实验步骤的合理顺序是．答案交流限位孔复写纸(n－1)×0.02sBAEDCF2.打点计时器所用电源的频率为50Hz，某次实验中得到一条纸带，用毫米刻度尺测出各点间的距离如图6所示，则：AC＝mm，AD＝mm.那么由此可以算出纸带在AC间的平均速度为m/s，纸带在AD间的平均速度为m/s；B点的瞬时速度更接近于m/s.图6答案14.025.00.350.420.35解析AC＝14.0mm，AC间的平均速度为eq\f(xAC,2T)＝eq\f(14.0×10－3,2×0.02)m/s＝0.35m/s；AD＝25.0mm，AD间的平均速度为eq\f(xAD,3T)＝eq\f(25.0×10－3,3×0.02)m/s≈0.42m/s.对描述B点的瞬时速度来说，AC段所取的位移间隔更小，更接近B点的真实速度，即B点的瞬时速度更接近于0.35m/s.1.对电磁打点计时器和电火花计时器的有关说法中，正确的是()A．电磁打点计时器和电火花计时器都使用交流电B．两种打点计时器的打点频率与交流电源的频率一样C．电火花计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸D．电磁打点计时器在纸带上打点是靠放电针和墨粉纸盘答案AB解析电磁打点计时器使用6V以下的交流电，电火花计时器使用220V的交流电，A对；两种打点计时器的打点频率都由交流电源的频率决定，B对；电火花计时器在纸带上打点是靠放电针和墨粉纸盘，C错；电磁打点计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸，D错．2．通过打点计时器得到的一条纸带上的点不均匀，下列判断正确的是()A．点密集的地方物体运动的速度比较大B．点密集的地方物体运动的速度比较小C．点不均匀说明物体在相等时间内发生的位移不相等D．点不均匀说明打点计时器有故障答案BC解析纸带上每相邻两个点之间的时间都相等，所以点密集的地方，纸带通过打点计时器的时间长，所以物体运动的速度比较小，故A错，B对．点不均匀说明物体在相等的时间内发生的位移不相等，故C对，D错．3．根据打点计时器打出的纸带()A．能准确地求出某点的瞬时速度B．只能粗略地求出某点的瞬时速度C．能准确地求出某段时间内的平均速度D．可以任意地利用某段时间内的平均速度代表某点的瞬时速度答案BC解析打在纸带上的点，记录了纸带的运动时间．研究纸带上的点之间的间隔，就可以了解运动物体在不同时间内发生的位移．应用eq\x\to(v)＝eq\f(Δx,Δt)能准确地求出某段时间内的平均速度．当Δt取的比较小时，这个平均速度可粗略代表纸带经过其中间时刻的瞬时速度．4．在实验中，某同学得到一张打点清晰的纸带如图1所示，要求测出D点的瞬时速度．本实验采用包含D点在内的一段间隔中的平均速度来粗略地代表D点的瞬时速度，下列几种方法中最准确的是()图1A.eq\f(AG,Δt1)＝vD，Δt1＝0.14sB.eq\f(BE,Δt2)＝vD，Δt2＝0.06sC.eq\f(CE,Δt3)＝vD，Δt3＝0.1sD.eq\f(CE,Δt4)＝vD，Δt4＝0.04s答案D解析求D点的瞬时速度，最准确的应是包含该点与该点相邻的两点之间的平均速度．C错在时间间隔上，CE间的时间间隔应为0.04s.5．在用打点计时器研究小车在重物牵引下运动的实验中，某同学有如下操作步骤，其中错误的步骤是，有遗漏内容的步骤是．A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，松开纸带后再接通电源B．将打点计时器固定在平板上没有滑轮的一端，并接好电路C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮下面悬挂适当的钩码D．取下纸带E．放手，使小车在平板上运动F．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔将以上步骤完善后合理的序号排列为．答案ADBFCAED解析合理的步骤如下：B．将打点计时器固定在平板上没有滑轮的一端，并接好电路F．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮下面悬挂适当的钩码A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，接通电源E．放手，使小车在平板上运动D．断开电源，取下纸带6．电磁打点计时器和电火花计时器都是使用电源的计时仪器，电磁打点计时器工作的电压是，电火花计时器工作的电压是．当电源频率是50Hz时，每隔打一个点．如图2所示为物体运动时打点计时器打出的一条纸带，图中相邻的点间还有四个点未标出，已知打点计时器接50Hz的交流电源，则ae段的平均速度为m/s，d点的瞬时速度约为m/s.图2答案交流6V以下220V0.02s2.193.28解析电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流电源的计时仪器，电磁打点计时器的工作电压是6V以下，电火花计时器的工作电压是220V．当电源的频率是50Hz时，打点计时器的打点周期是0.02s．当每5个点取1个计数点时，相邻两个计数点间的时间间隔为T＝0.1s，故ae段的平均速度为v＝eq\f(xae,4T)＝eq\f(8.4＋13.6＋26.8＋38.8×10－2,4×0.1)m/s＝2.19m/s，d点的瞬时速度最接近ce段的平均速度，故vd＝eq\f(xce,2T)＝eq\f(26.8＋38.8×10－2,2×0.1)m/s＝3.28m/s.7．用气垫导轨和数字计时器能更精确地测量物体的瞬时速度．如图3所示，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计时器记录了遮光板通过第一个光电门的时间为Δt1＝0.29s，通过第二个光电门的时间为Δt2＝0.11s，已知遮光板的宽度为3.0cm，滑块通过第一个光电门和第二个光电门的速度大小分别为、.图3答案0.10m/s0.27m/s解析由于滑块经过光电门时遮光板的挡光时间较短，所以滑块经过光电门的速度可用遮光板挡光时间内的平均速度表示．经过第一个光电门的速度v1＝eq\f(d,Δt1)＝eq\f(3.0×10－2,0.29)m/s≈0.10m/s，经过第二个光电门的速度v2＝eq\f(d,Δt2)＝eq\f(3.0×10－2,0.11)m/s≈0.27m/s.8．如图4所示，甲、乙两位同学分别对同一条纸带上的点进行读数，甲同学采取的方法是用刻度尺先测出A、B间距离为x1，再分别测出B、C间距离x2，C、D间距离x3，D、E间距离x4，再代入公式求解．而乙同学只把刻度尺零刻度线对齐A点，依次读出B、C、D、E4点的刻度值x1、x2、x3、x4.通过计算的方法求出A、B间距离为x1，B、C间距离为x2－x1，C、D间距离为x3－x2，D、E间距离为x4－x3，再代入公式求解，你认为哪位同学的测量方法更好一些，误差更小一些？图4答案乙同学解析甲同学测量过程多次移动刻度尺的零刻度线，每移动一次读一次数．而乙同学则只对准一次零刻度线，读出其余各点到第一个点的距离，再进行计算求解，所以乙同学在读数过程中误差更小一些．另外测量过程中测量的位移越长，读数产生的相对误差越小．9．如图5所示是用小车拖动．用打点计时器打出的一条纸带，A、B、C、D、E为我们在纸带上所选的计数点．相邻计数点间的时间间隔为0.1s．试求：图5(1)打点计时器打下B点时小车的瞬时速度；(2)在图6中作出速度—时间图象，并说明小车速度变化的特点．图6答案(1)0.26m/s(2)见解析图解析(1)vB＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f(5