教科版高中物理必修第一册第1章描述运动的基本概念第3节位置变化的快慢与方向-速度课件

第3节位置变化的快慢与方向——速度第一章内容索引010203自主预习·新知导学合作探究·释疑解惑课堂小结04随堂练习课标定位1.理解平均速度与瞬时速度的概念。2.能区分平均速度与瞬时速度。3.知道速率。4.会用平均速度公式进行相关的计算。5.知道利用打点计时器测速度和用光电门测速度的原理。6.理解速度—时间图像的意义。素养阐释1.通过平均速度的定义,体会比值定义物理量的科学方法。2.通过对瞬时速度概念的理解,体会极限法这一科学思维方法。3.通过不同装置测量物体的速度来体会科学探究方法。4.通过借助速度—时间图像来描述物体的运动,培养利用数学方法处理物理问题的科学思维方法。自主预习·新知导学一、平均速度1.定义:物体的位移Δx与发生这段位移所用时间Δt的比值叫作这段时间内的平均速度。2.方向:物体位移的方向。3.公式:4.单位:常用单位是米每秒和千米每时,符号是m/s和km/h。二、瞬时速度1.瞬时速度:物体在某时刻(或经过某位置时)的速度称为瞬时速度。2.速率:瞬时速度的大小称为速率。3.平均速率:路程与时间之比。4.公路上有一种测速的方法叫“区间测速”,通常有测速起点和测速终点,则“区间测速”测的是平均速率还是瞬时速率?而定点测速测的是哪种速率?提示:“区间测速”测的是平均速率,定点测速测的是瞬时速率。三、速度的测量1.使用打点计时器测量速度(1)打点计时器①打点计时器:是一种每隔相同的较短时间(例如0.02s)通过打点记录一次做直线运动的物体的位置的仪器。②打点计时器分类:电磁打点计时器和电火花打点计时器。③打点频率与周期:频率为50Hz,周期为0.02s。

(2)测量方法①测量出某两个点迹间的距离Δx,除以相应的时间间隔Δt即得到这段时间内的平均速度,如果这段时间很短,所得结果也可认为是瞬时速度。②要想测量较准确,对测量点间的距离有何要求?提示:测量点间的距离越小越接近某一位置的瞬时速度,测量越准确。2.用光电门测速度(1)遮光板的宽度Δx与相应的时间间隔Δt的比可以认为是小车经过光电门时的瞬时速度。(2)要想测量准确,对遮光板的宽度有什么要求?提示:遮光板的宽度越小越接近小车经过光电门的瞬时速度,测量越准确。四、速度—时间图像1.意义:能够直观地表示物体的速度随时间变化的情况。2.绘制方法:在直角坐标系中,用纵轴表示速度v,用横轴表示时间t,把测量所得的各数据(速度v及相应的时间t的数值)标注在坐标系中,再把各数据点连接成一条光滑的曲线,即速度—时间图像,简称v-t图像。【思考讨论】

1.判断下列说法的正误。(1)物体的瞬时速度总为零,则平均速度一定为零。(

)(2)平均速度的大小为平均速率。(

)(3)物体的平均速度为零,则物体一定处于静止状态。(

)(4)时间越短,平均速度越接近某点的瞬时速度。(

)√××√2.2015年3月14日热带风暴“巴威”以22km/h左右的速度向北偏西方向移动,于3月16日傍晚到夜间在我国惠来到台山之间沿海地区登陆,登陆时,近中心最大风速达到38m/s。上文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:A3.在某次全面健身运动中,若队伍的运动视为匀速直线运动,队伍行进的速度为4km/h。以下四幅图可以反映此匀速直线运动的是(

)答案:C解析:由v-t图像可知A中队伍速度变大,而B中队伍速度变小,故A、B错误;

x-t图像为倾斜直线表示匀速直线运动,,故C正确;x-t图像为平行时间轴的直线表示物体静止,故D错误。4.如图所示,在2008年北京奥运会中,牙买加选手在男子100m和200m决赛中分别以9.69s和19.30s的成绩破两项世界纪录,获得两枚金牌。他在100m决赛中的平均速度约为

m/s,在200m决赛中的平均速率约为

m/s。(结果均保留4位有效数字)

提示:10.32

10.36合作探究·释疑解惑知识点一平均速度与瞬时速度【问题引领】

在国外,一位女士由于驾车超速而被警察拦住,警察走过来对她说:“太太,您刚才的车速是100

km/h,超过限速80

km/h的规定!”这位女士反驳说:“不可能!我才开了7分钟,还不到一个小时,怎么可能走了100

km呢?”“太太,我的意思是,如果您继续像刚才那样开车,在下一个小时内,您将驶过100

km。”女士笑了:“这不会,因为再走20

km,我就到家了,根本不需要开100

km。”(1)从物理学角度看,这位女士没有认清哪个物理概念?(2)平均速度和瞬时速度有什么不同?提示:(1)由题意可知,超速应是任意时刻超过100

km/h,故该女士没有认清瞬时速度的概念。(2)平均速度反映物体在某段时间内运动的平均快慢,而瞬时速度是指物体在某一时刻或某一位置上的速度。【归纳提升】

平均速度和瞬时速度的比较

区分平均速度和瞬时速度的依据是看对应的是一段时间(位移)还是某一时刻(位置),若对应一段时间(位移)则为平均速度,若为某一时刻(位置)则为瞬时速度。【典型例题】

【例题1】

(原创)(多选)下列说法正确的是(

)A.2019年9月23日在与美国队的比赛中某中国选手的扣球时速达到98km,这里是指平均速度B.子弹射出枪口的速度约为800m/s,这里是指平均速度C.“复兴号”动车组列车速度计显示的速度为350km/h,这里的速度是指瞬时速度D.为了解决偏远地区的配送问题,某快递公司采取“无人机快递”,无人机从某一投递站带着快件到达指定位置后又返回该投递站,这一过程中无人机的平均速度为零答案:CD解析:扣球速度指瞬时速度,故A错误;子弹射出枪口的速度是瞬时速度,故B错误;速度计显示的速度为瞬时速度,故C正确;无人机回到了原位置,位移为零,故平均速度为零,故D正确。本题的四个选项均选取生活中的片段作为出题背景,让同学们在做题的同时对生活中的速度有一定的了解,这体现了对待问题的科学态度和社会责任这一素养。【变式训练1】下列速度中,指平均速度的是(

)A.汽车通过大桥全程的速度B.小球从高处下落到地面时的速度C.子弹击中目标时的速度D.运动员冲过终点时的速度答案:A解析:汽车通过长江大桥对应一段位移,故其速度为平均速度,故A正确;小球落到地面,地面是一个位置,对应一个点,故该速度是瞬时速度,故B错误;子弹击中的目标是一个位置,故该速度是瞬时速度,故C错误;运动员冲过终点,终点是一个点,故该速度是瞬时速度,故D错误。知识点二平均速度、平均速率与速率的比较【问题引领】

在学校田径运动会的400米比赛中,小明同学第一个冲过终点,我们说小明跑得真快,在比较小明和同学们跑得快慢的时候,我们比较的是他们的哪种速度?提示:平均速率。【归纳提升】

(1)平均速度是矢量,方向与位移的方向相同。(2)平均速率和速率是标量,无方向。(3)平均速度的大小一般不等于平均速率,只有在单方向直线运动中,平均速度的大小才等于平均速率。【典型例题】

【例题2】

一物体沿半径分别为r和R的半圆弧由A点经B点到达C点,经历的时间为t,如图所示,则它的平均速度和平均速率分别为(

)答案:D【变式训练2】

一物体从A点沿正东方向以5m/s的速度运动6s到达B点,然后又以10m/s的速度向北匀速运动4s到达C点,求物体在这10s内的平均速度和平均速率。答案:5m/s,方向由A指向C

7m/s解析:物体从A到B的位移x1=v1t1=5×6

m=30

m从B到C的位移x2=v2t2=10×4

m=40

m则根据所绘图,由几何关系可知,知识点三速度的测量【问题引领】

在估算百米运动员冲线时的速度时,我们用100m除以运动员的成绩和用运动员最后10m除以最后10m所用的时间,哪一种更能代表运动员的冲线速度?对此你有什么启发?提示:用最后10

m除以最后10

m所用的时间更能代表运动员的冲线速度。由此可知,当测量物体经过某一点的瞬时速度时,我们可以用物体接近这一点的很小一段时间内的平均速度来代替。【归纳提升】

一、打点计时器及其原理

二、速度的测量用打点计时器测量瞬时速度纸带上某一位置的瞬时速度,可以粗略地用包含这一位置在内的一小段位移Δx内的平均速度表示,即根据,当Δt或Δx较小时,用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度。如图所示,E点的瞬时速度可用D、F两点间的平均速度代表,即

。【典型例题】

【例题3】(1)电磁打点计时器使用的是

(选填“交流4~6V”或“交流220V”)电源,实验室使用我国民用电(频率50Hz)时,如果每相邻的计数点间还有4个点未标出,则相邻两个计数点的时间间隔为

。

(2)在练习使用打点计时器的实验中,某同学选出了一条清晰的纸带,并取其中的A、B、C……七个点进行研究,这七个点和刻度尺标度的对应位置如图所示。

可求出A点到D点的距离是

cm。

(3)由实验数据可得A点到D点的平均速度是

m/s,B点的瞬时速度是

m/s。(结果均保留两位有效数字)

答案:(1)交流4~6V

0.1s

(2)4.10

(3)0.14

0.13解析:(1)根据打点计时器的构造和具体使用知道,打点计时器的工作电源为交流电源。电火花打点计时器的工作电压为220

V,电磁打点计时器的工作电压通常为4~6

V的低压交流电源。我国民用电的频率为50

Hz,周期为0.02

s,故打点计时器打点周期都是0.02

s,如果每打5个点取一个计数点,则相邻两个计数点间的时间间隔为t=5T=0.1

s。(2)依据纸带刻度可知,A到D的距离为4.10

cm。当时间极短时,我们将这一段时间内的平均速度认为是这段时间中某一时刻的瞬时速度,这体现了极限法的思想。【变式训练3】

气垫导轨上滑块经过光电门时,其上的遮光条将光遮住,电子计时器可自动记录遮光时间Δt。测得遮光条的宽度为Δx,用

近似代表滑块通过光电门时的瞬时速度。为使

更接近瞬时速度,正确的措施是(

)A.换用宽度更窄的遮光条

B.换用宽度更宽的遮光条C.提高测量遮光条宽度的精确度

D.使滑块的释放点更靠近光电门答案:A解析:瞬时速度表示运动物体在某一时刻(或经过某一位置)的速度,当Δt→0时,可看成物体的瞬时速度,Δx越小,Δt也就越小,A项正确,B项错误;提高测量遮光条宽度的精确度,不能减小Δt,C项错误;使滑块的释放点更靠近光电门,滑块通过光电门的速度更小,时间更长,D项错误。知识点四速度—时间图像【问题引领】

下图为甲、乙两物体的速度—时间图像,根据图像回答:(1)甲物体的初速度为多少?2s时的速度为多少?4s时的速度为多少?速度在增大还是减少?(2)乙物体的初速度为多少?2s时的速度为多少?4s时的速度为多少?速度如何变化?提示:(1)甲物体的初速度为0,2

s时的速度为2

m/s,4

s时的速度为4

m/s,速度在增大。(2)乙物体的初速度为2

m/s,2

s时的速度为2

m/s,4

s时的速度为2

m/s,速度保持不变。【归纳提升】

1.v-t图像的意义v-t图像非常直观地反映了速度随时间变化的情况,但它不是物体运动的轨迹。2.v-t图像的应用(1)由图像能看出每一时刻对应的速度。(2)由图像可以确定速度的方向:速度为正,说明物体的速度方向与选定的正方向相同(图中0~5s);速度为负,说明物体的速度方向与选定的正方向相反(图中5~6s)。(3)由图像可以确定物体是加速运动还是减速运动。图中0~2s内物体做加速运动;2~4s内物体做匀速运动;4~5s内物体做减速运动;5~6s内,物体速度大小在增大,做加速运动。【典型例题】

【例题4】

(原创)(多选)下图是甲、乙两物体做直线运动的v-t图像。下列表述正确的是(

)A.甲、乙两物体向相反的方向运动B.1s末两物体相遇C.前4s内甲做减速运动,乙做加速运动D.1s末甲、乙两物体的速度均为1.5m/s答案:CD解析:甲、乙两物体的速度均为正,故向相同的方向运动,A错误;1

s末两物体速度相等,故B错误;甲的速度越来越小,乙的速度越来越大,故C正确;根据几何关系可知,1

s末两物体的速度均为1.5

m/s。图像是一种物理语言,描述的是一种对应关系,v-t图像描述的是速度和时刻的对应关系。【变式训练4】

(多选)A、B两个物体在同一直线上运动,其速度—时间图像如图所示,则(

)A.A、B两物体运动方向相反B.A、B两物体运动方向相同C.4s时A、B两物体的速度相同D.A物体的速度始终小于B物体的速度答案:BC解析:由题图可知两物体均沿正方向运动,故速度方向相同,故A错误,B正确;4

s时两物体的图像相交,说明两物体速度相同,故C正确;

4

s后A物体的速度大于B物体的速度,故D错误。课堂小结随堂练习1.(平均速度与瞬时速度)下面有关平均速度、瞬时速度的说法正确的是(

)A.火车以80km/h的速度从萧山开往嘉兴,这里的80km/h是指瞬时速度B.子弹以700m/s的速度从枪口射出,这里的700m/s是指平均速度C.小球在4s末的速度是6m/s,这里的6m/s是指平均速度D.汽车通过站牌时的速度是36km/h,这里的36km/h是指瞬时速度答案:D解析:火车以80

km/h的速度从萧山开往嘉兴,此速度对应一段过程,故为平均速率,故A错误;子弹以700

m/s的速度从枪口射出,枪口是一个位置,所以此速度为瞬时速度,故B错误;小球在第4

s末的速度是6

m/s,这里的4

s末对应一个瞬间,故为瞬时速度,故C错误;汽车通过站牌时的速度是36

km/h,站牌是一个位置,所以此速度表示瞬时速度,故D正确。2.(平均速度、瞬时速度、平均速率的比较)(多选)三名同学A、B、C从所住地M出发,到终点N。他们选择了三种不同的路径同时出发,最后同时到达N点,如图所示。则下列说法正确的是(

)A.三人从M点到N点的平均速度相同B.三