2019-2020年高中物理1.4運(yùn)動快慢與方向的描述教學(xué)案教科版必修1.doc

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2019-2020年高中物理1.4運(yùn)動快慢與方向的描述教學(xué)案教科版必修1 [目標(biāo)定位]　1.理解速度的概念，領(lǐng)會其矢量性.2.能區(qū)分平均速度和瞬時速度，會用平均速度公式進(jìn)行相關(guān)的計算.3.掌握測瞬時速度的方法，會用打出的紙帶求瞬時速度.4.會用圖象表示速度隨時間變化的規(guī)律． 一、速度 1．定義：物體運(yùn)動的位移跟發(fā)生這段位移所用時間的比值． 2．公式：v＝＝. 3．單位：米每秒，符號是m/s或ms－1.常用單位還有千米每小時(km/h或kmh－1)、厘米每秒(cm/s或cms－1)等．. 4．矢量性：速度是矢量，速度的方向就是物體運(yùn)動的方向． 　想一想： 運(yùn)動的物體位移越大，速度越大嗎？ 答案　速度等于物體發(fā)生的位移與發(fā)生這段位移所用時間的比值，由于不知道時間長短，所以無法確定物體運(yùn)動的快慢． 二、平均速度 1．勻速直線運(yùn)動和變速直線運(yùn)動 (1)勻速直線運(yùn)動：物體在任何相等時間內(nèi)的位移都相等． (2)變速運(yùn)動：物體在相等時間內(nèi)的位移不相等． 2．平均速度 (1)定義：做變速運(yùn)動的物體其發(fā)生的位移跟發(fā)生這段位移所用時間的比值，叫做平均速度． (2)公式：＝. (3)物理意義：粗略(填“粗略”或“精確“)地描述物體在Δt時間內(nèi)運(yùn)動的快慢和方向． (4)矢量性：平均速度是矢量，方向與Δt時間內(nèi)位移的方向相同． 三、學(xué)生實驗：用打點計時器測量平均速度 1．(閱讀課本并查找相關(guān)資料)了解打點計時器 (1)打點計時器是記錄做直線運(yùn)動物體的位置和時間的儀器． (2)電火花打點計時器：①工作電壓：220 V交流電源；②原理：當(dāng)接通電源、按下脈沖輸出開關(guān)時，計時器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)放電針、墨粉紙盤到紙盤軸，產(chǎn)生火花放電，于是在運(yùn)動的紙帶上就打出一行點跡． (3)電磁打點計時器：①工作電壓：6_V以下的交流電源；②原理：接通交流電源后，在線圈和永久磁鐵的作用下，振片便振動起來，帶動其上的振針上下振動．這時，如果紙帶運(yùn)動，振針就通過復(fù)寫紙在紙帶上留下一行點跡． (4)打點周期 打點計時器一般接我國市用交流電，交流電頻率為50 Hz，計時器每隔0.02_s打一次點． 2．打點計時器測平均速度 用刻度尺測出n個點之間的間距Δx，n個點之間的時間Δt＝(n－1)0.02 s，則平均速度v＝. 四、瞬時速度 瞬時速度：運(yùn)動物體在某一時刻或某一位置的速度．它可以精確(填“粗略”或“精確”)地描述物體運(yùn)動的快慢．瞬時速度的大小稱為瞬時速率，簡稱速率． 五、速度—時間(vt)圖象 1．vt圖象 以速度為縱軸，以時間為橫軸，建立一個平面直角坐標(biāo)系，在該坐標(biāo)系中畫出物體的速度隨時間的變化關(guān)系，該圖象就是速度—時間圖象(vt圖象)，簡稱速度圖象． 2．勻速直線運(yùn)動的vt圖象是與橫軸平行的直線．運(yùn)動物體在時間t內(nèi)的位移x＝vt，在vt圖象中就對應(yīng)著邊長分別為v和t的一塊矩形面積. 一、對速度的準(zhǔn)確認(rèn)識 1．對概念的理解 (1)速度是表示物體運(yùn)動快慢的物理量，是物體的位移與所用時間的比值；而不再是初中所學(xué)的路程與時間的比值． (2)速度越大，表示物體運(yùn)動的越快，其位置變化也越快． 2．對表達(dá)式的理解： (1)公式v＝中，Δx是物體運(yùn)動的位移，不是指路程． (2)公式v＝是速度的定義式，用比值定義法定義的，不能認(rèn)為v與位移成正比、與時間成反比． 3．矢量性：速度有大小、方向．比較兩個速度是否相同時，既要比較其大小是否相等，又要比較其方向是否相同． 例1　下列關(guān)于速度的說法正確的是(　　) A．速度是描述物體位置變化的物理量 B．速度大小不變的運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動 C．因為2＞－3，所以2 m/s＞－3 m/s D．速度的方向與物體運(yùn)動的方向一致 解析　位移是描述物體位置變化的物理量，速度是描述物體運(yùn)動快慢的物理量，A錯誤；勻速直線運(yùn)動是速度的大小和方向都不變的運(yùn)動，B錯誤；速度是矢量，正、負(fù)號表示方向，絕對值表示大小，C錯誤；速度的方向與物體運(yùn)動的方向一致，D正確． 答案　D 二、平均速度和瞬時速度的區(qū)別和聯(lián)系 1．平均速度 (1)物理意義：反映一段時間內(nèi)物體運(yùn)動的平均快慢程度，與一段位移或一段時間間隔相對應(yīng)． (2)大小：由公式＝計算得出；計算時一定要指明是哪一段時間或哪一段位移內(nèi)的平均速度． (3)方向：與該段過程的位移方向相同，與運(yùn)動方向不一定相同． 2．瞬時速度 (1)物理意義：精確描述物體運(yùn)動的快慢和方向，與某一時刻、某一位置相對應(yīng)． (2)大小：當(dāng)Δt非常非常小時v＝為瞬時速度．汽車速度計顯示的速度是瞬時速度． (3)方向：該時刻物體運(yùn)動的方向． 3．平均速度與瞬時速度的聯(lián)系 (1)在勻速直線運(yùn)動中，平均速度和瞬時速度相等． (2)當(dāng)位移足夠小或時間足夠短時，可以認(rèn)為平均速度就等于瞬時速度． (3)瞬時速度總為零時，平均速度一定為零；平均速度為零時，瞬時速度不一定為零． 例2　下列關(guān)于平均速度和瞬時速度的說法正確的是(　　) A．平均速度＝，當(dāng)Δt充分小時，該式可表示t時刻的瞬時速度 B．勻速直線運(yùn)動的平均速度等于瞬時速度 C．瞬時速度和平均速度都可以精確描述運(yùn)動的快慢 D．只有瞬時速度可以精確描述運(yùn)動的快慢 解析　由平均速度定義式＝可知，當(dāng)Δt足夠小，甚至趨近于零時，該式可表示t時刻的瞬時速度，A正確；勻速直線運(yùn)動的速度不變，各段時間內(nèi)的平均速度均等于瞬時速度，B正確；平均速度只能粗略反映一段時間內(nèi)物體運(yùn)動的快慢程度，而瞬時速度能精確地描述物體在某一時刻或某一位置運(yùn)動的快慢及方向，C錯誤，D正確． 答案　ABD 借題發(fā)揮　(1)平均速度與瞬時速度的大小無必然關(guān)系，平均速度大的物體，其瞬時速度不一定大；平均速度為零的物體，其瞬時速度也可能很大． (2)在勻速直線運(yùn)動中，物體的平均速度等于瞬時速度，而在其他運(yùn)動中，物體的平均速度一般不等于其瞬時速度． 針對訓(xùn)練　xx年9月底臺風(fēng)“玉兔”來襲，氣象臺對“玉兔”臺風(fēng)預(yù)報是：風(fēng)暴中心以18 km/h左右的速度向西北方向移動，在登陸時，近中心最大風(fēng)速達(dá)到33 m/s…報道中的兩個速度數(shù)值分別是指(　　) A．平均速度，瞬時速度　　 B．瞬時速度，平均速度 C．平均速度，平均速度　　 D．瞬時速度，瞬時速度 解析　平均速度對應(yīng)的是一段時間或一段位移，而瞬時速度對應(yīng)的是某時刻或某位置，18 km/h指的是臺風(fēng)向西北方向移動一段時間或一段位移的平均速度，33 m/s指的是臺風(fēng)登陸時刻的瞬時速度．故A正確． 答案　A 三、平均速度、平均速率和速率的比較 1．平均速度：在某段時間內(nèi)的位移與發(fā)生這段位移所用時間的比值；其表達(dá)式為：平均速度＝.(注意平均速度的大小就叫平均速度的大小，沒有其他名稱．) 2．平均速率：路程與時間的比值，即：平均速率＝. 3．速率：瞬時速度的大?。? 4．區(qū)別與聯(lián)系：(1)因為位移不大于路程，所以平均速度小于等于平均速率，只有在單方向直線運(yùn)動中，平均速度的大小才等于平均速率． (2)瞬時速度的大小叫做瞬時速率，但是平均速度的大小不是平均速率． 例3　一輛汽車從甲地沿平直的公路以v1＝36 km/h的速度經(jīng)過2 h到達(dá)乙地，休息了4 h后，又沿原路返回，以v2＝54 km/h的速度運(yùn)動了3 h越過乙地到達(dá)丙地．求全程的平均速度和平均速率． 解析　汽車全程的位移大小為x＝v2t2－v1t1＝543 km－362 km＝90 km，全程所用時間為t＝2 h＋4 h＋3 h＝9 h，故平均速度大?。剑?km/h＝10 km/h，方向是由甲地指向丙地；汽車全程的路程：x＝v2t2＋v1t1＝543 km＋362 km＝234 km，所以平均速率為v′＝＝ km/h＝26 km/h. 答案　平均速度大小為10 km/h，方向是由甲地指向丙地　平均速率為26 km/h 四、實驗原理、實驗操作及紙帶的應(yīng)用 例4　(xx～xx桂林高一期中)用打點計時器可測紙帶運(yùn)動的時間和位移．下面是沒有按操作順序?qū)懙牟煌暾膶嶒灢襟E，按照你對實驗的理解，在各步驟空白處填上適當(dāng)?shù)膬?nèi)容，然后按實際操作的合理步驟，將各步驟的字母代號順序?qū)懺诳瞻滋帲? A．在電磁打點計時器的兩接線柱上分別接上導(dǎo)線，導(dǎo)線的另一端分別接在低壓________(填“交流”或“直流”)電源的兩個接線柱上． B．把電磁打點計時器固定在桌子上，讓紙帶穿過______(填“插孔”或“限位孔”)，并壓在________(填“白紙”或“復(fù)寫紙”)下面． C．用刻度尺測量從計時開始點到最后一個點間的距離Δx. D．切斷電源，取下紙帶，如果共有6清晰的點，則這段紙帶記錄的時間Δt＝________. E．打開電源開關(guān)，再用手水平地拉動紙帶，紙帶上打下一系列小點． F．利用公式＝計算紙帶運(yùn)動的平均速度． 實驗步驟的合理順序是__________________． 解析　打點計時器使用交流電；把電磁打點計時器固定在桌子上，讓紙帶穿過限位孔，并壓在復(fù)寫紙下面；若打6個點，則有(6－1)個時間間隔，故這段紙帶記錄的時間Δt＝0.02(6－1)s＝0.1 s；實驗步驟的排列一般要先安裝器材然后進(jìn)行實驗的思路進(jìn)行，故實驗步驟的合理順序是BAEDCF. 答案　交流　限位孔　復(fù)寫紙　0.1 s　BAEDCF 例5　(xx～xx海南文昌高一段考)某同學(xué)在“用打點計時器測速度”的實驗中，用打點計時器記錄了被小車拖動的紙帶的運(yùn)動情況，在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個計數(shù)點．其相鄰點間的距離如圖131所示，每兩個相鄰的測量點之間的時間間隔為0.10 s．(本題計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字) 圖131 (1)在實驗中，使用打點計時器操作步驟應(yīng)先__________再____________(選填“釋放紙帶”或“接通電源”)． (2)每兩個計數(shù)點間還有________個點沒有標(biāo)出． (3)試根據(jù)紙帶上各個計數(shù)點間的距離，每隔0.10 s測一次速度，計算出打下B、C、D三個點時小車的瞬時速度，并將各個速度值填入下表 vB vC vD vE vF 數(shù)值(m/s) 0.640 0.721 (4)將B、C、D、E、F各個時刻的瞬時速度標(biāo)在如圖132所示的直角坐標(biāo)系中，并畫出小車的瞬時速度隨時間變化的關(guān)系圖線． 圖132 解析　(1)在實驗中，使用打點計時器操作步驟應(yīng)先接通電源，再釋放紙帶； (2)每兩個計數(shù)點間還有n＝－1＝－1＝4個點沒有標(biāo)出． (3)vB＝ m/s＝0.400 m/s； vC＝ m/s＝0.479 m/s； vD＝ m/s＝0.599 m/s. (4)圖線如下： 答案　(1)接通電源　釋放紙帶　(2)4　(3)0.400　0.479　0.559　(4)見解析 五、圖象法表示物體的速度 例6　如圖133所示，是某質(zhì)點做直線運(yùn)動的vt圖象，試回答： 圖133 (1)AB、BC、CD段質(zhì)點分別做什么運(yùn)動？ (2)質(zhì)點在4 s末的速度多大？ 解析　(1)根據(jù)題中vt圖象可知在AB段速度隨時間不斷增加，所以AB段表示質(zhì)點做加速運(yùn)動；在BC段速度不隨時間而變化，所以BC段表示質(zhì)點做勻速運(yùn)動；在CD段速度隨時間不斷減少，所以CD段表示質(zhì)點做減速運(yùn)動． (2)質(zhì)點在4 s末的速度由題中vt圖象可知是15 m/s. 答案　(1)AB段表示質(zhì)點做加速運(yùn)動；BC段表示質(zhì)點做勻速運(yùn)動；CD段表示質(zhì)點做減速運(yùn)動　(2)15 m/s 對速度的理解 1．下列關(guān)于速度的說法正確是(　　) A．速度是描述物體位置變化快慢的物理量 B．速度是標(biāo)量 C．公式v＝適合于任何形式的運(yùn)動 D．物體做勻速直線運(yùn)動時，速度與運(yùn)動的位移成正比，與運(yùn)動的時間成反比 解析　速度是描述物體位置變化快慢(運(yùn)動快慢)的物理量，速度的定義式v＝對任何運(yùn)動都成立，A、C正確；速度是矢量，既有大小又有方向，B錯誤；勻速直線運(yùn)動的速度與物體的位移和時間均無關(guān)，D錯誤． 答案　AC 瞬時速度、平均速度、瞬時速率的比較 2．(xx四川宜賓期中)直線運(yùn)動中，下列關(guān)于瞬時速度、平均速度、瞬時速率的說法中正確的是(　　) A．瞬時速度是物體在某一時刻或某一位置時的速度 B．平均速度是物體在某一段時間內(nèi)速度的平均值 C．運(yùn)動方向不變時，瞬時速率就是平均速度的大小 D．平均速度是指物體通過的路程與對應(yīng)時間的比值 解析　平均速度不是物體在某一段時間內(nèi)速度的平均值，而是物體通過的位移與對應(yīng)時間的比值，只有勻速直線運(yùn)動中瞬時速率才等于平均速度的大小，故只有A對． 答案　A 3．2013年10月11日，天津舉行了第六屆東亞運(yùn)動會，在女子4200米自由泳接力比賽中，中國隊以8分06秒06的成績奪得冠軍，如圖134所示，中國隊之所以能夠取得這個項目的冠軍，取決于她們在800米中(　　) 圖134 A．平均速率大 B．平均速度大 C．沖刺時的瞬時速度大 D．某一時刻的瞬時速度大 解析　4200米自由泳接力比賽的總路程一定，哪隊游完總路程所用的時間短，哪隊獲勝，也就是路程與時間的比值大，即平均速率大． 答案　A 4．汽車以36 km/h的速度從甲地勻速行駛了30 km到達(dá)了乙地，如果汽車從乙地返回仍做勻速直線運(yùn)動以72 km/h的速度行駛了20 km到達(dá)了丙地，那么汽車全程的平均速度和平均速率分別為多少？ 解析　汽車全程的位移大小為 x＝x2－x1＝30 km－20 km＝10 km， 全程所用時間為：t＝t2＋t1＝h＋h＝h， 故平均速度大?。剑?km/h＝9 km/h， 方向是由甲地指向丙地；汽車全程的路程： x＝x2＋x1＝30 km＋20 km＝50 km， 所以平均速率為v′＝＝ km/h＝50 km/h. 答案　9 km/h，方向是由甲地指向丙地　50 km/h 紙帶的應(yīng)用 5．打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，某次實驗中得到一條紙帶，用毫米刻度尺測量情況如圖135所示，紙帶上A、C兩點對應(yīng)的時間為______s，紙帶在A、C間的平均速度為________ m/s.在A、D間的平均速度為________m/s.二者之間B點的瞬時速度更接近于________m/s. 圖135 解析　由題意知，相鄰兩點間的時間間隔為0.02 s. A、C間對應(yīng)的時間為0.022 s＝0.04 s. A、D間的距離為25.5 mm＝0.025 5 m. A、C間的距離為14.0 mm＝0.014 0 m. 由公式v＝得． vAC＝ m/s＝0.35 m/s， vAD＝ m/s≈0.43 m/s. B點的瞬時速度更接近于A、C間的平均速度， 即vB≈0.35 m/s. 答案　0.04　0.35　0.43　0.35 對vt圖象的理解 6．如圖136所示是甲、乙兩個物體運(yùn)動的vt圖象，至少從以下三個方面分別說明它們的速度是怎樣變化的． 圖136 (1)物體是從靜止開始運(yùn)動還是具有一定的初速度？ (2)速度的大小是否變化？是加速還是減速？ (3)運(yùn)動的方向是否變化？ 解析　(1)vt圖線與v軸的交點坐標(biāo)值表示初速度，可知甲物體有一定初速度，乙的初速度為零． (2)vt圖線反映了速度v隨時間t的變化關(guān)系，由vt圖線知甲物體速度大小不變，做勻速直線運(yùn)動；乙物體先做加速運(yùn)動，再做勻速運(yùn)動，最后做減速運(yùn)動． (3)在t軸上方速度均為正值，即速度方向均與規(guī)定的正方向相同． 答案　(1)甲物體有一定的初速度；乙物體初速度為零． (2)甲物體速度大小不變；乙物體先加速，再勻速，最后減速運(yùn)動．　(3)甲、乙物體運(yùn)動方向都不改變.