2019-2020年高中物理第一章運動的描述第3節(jié)運動快慢與方向的描述——速度教學(xué)案教科版必修1.doc

《2019-2020年高中物理第一章運動的描述第3節(jié)運動快慢與方向的描述——速度教學(xué)案教科版必修1.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020年高中物理第一章運動的描述第3節(jié)運動快慢與方向的描述——速度教學(xué)案教科版必修1.doc（13頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

2019-2020年高中物理第一章運動的描述第3節(jié)運動快慢與方向的描述——速度教學(xué)案教科版必修1 1．速度是用來描述物體運動的快慢和運動方向的 物理量，是矢量。 2．平均速度描述物體在某個過程(或某段時間) 的平均快慢，其大小為＝。 3．瞬時速度是物體經(jīng)過某位置(或某時刻)的速度， 能準(zhǔn)確描述物體運動的快慢。 4．速度—時間圖像描述物體的速度隨時間變化的 規(guī)律，其圖像與t軸所圍面積表示物體在這段時 間內(nèi)的位移大小。 一、速度　平均速度 1．速度 (1)定義：位移與發(fā)生這段位移所用時間的比值。 (2)公式：v＝＝。 (3)單位：國際單位：m/s；常用單位：km/h、cm/s。 (4)方向：速度是矢量，不但有大小，還有方向，其方向就是物體的運動方向。 (5)物理意義：表示物體位置變化快慢(即運動快慢)和方向的物理量。 2．平均速度 (1)變速運動：物體在相等時間內(nèi)的位移不相等的運動。 (2)平均速度 ①定義：做變速運動的物體的位移與發(fā)生這段位移所用時間的比值。 ②公式：＝。 ③意義：粗略地描述物體運動的快慢。 二、實驗：用打點計時器測量平均速度 1．打點計時器 (1)打點計時器是記錄做直線運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，于是在運動的紙帶上就打出一行點跡。 (3)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．用電火花打點計時器測量平均速度 (1)實驗?zāi)康? ①練習(xí)使用電火花打點計時器。 ②利用打上點的紙帶研究物體的運動情況。 (2)實驗步驟 ①如圖131所示，將木板固定在鐵架臺上，把電火花打點計時器安裝在傾斜的木板上，把小車與紙帶裝好，接好電源。 圖131 ②接通電源，將小車從斜面上由靜止開始釋放，紙帶上就會打出一系列點跡。 ③關(guān)閉電源，取下紙帶，以0.1 s為周期標(biāo)注計數(shù)點，如圖132所示。 圖132 (3)分析與處理實驗數(shù)據(jù) ①觀察紙帶上的點跡，說明如何通過點跡判斷小車運動的快慢。 ②說明小車的速度是如何變化的。 ③測定小車在計數(shù)點O—A、O—B、O—C、O—D、O—E、O—F區(qū)間的平均速度。 ④通過數(shù)據(jù)分析，你能推斷出哪一區(qū)間的平均速度能比較準(zhǔn)確地反映小車經(jīng)過D點時運動的快慢？ 三、瞬時速度 1．定義 物體在某一時刻或某一位置的速度。 2．方向 物體在某一時刻或某一位置的運動方向。 3．速率 瞬時速度的大小稱為瞬時速率，簡稱速率。 四、速度—時間圖像 1．定義 描述速度v與時間t關(guān)系的圖像，簡稱速度圖像。 2．勻速直線運動的vt圖像是與橫軸平行的直線。運動物體在時間t內(nèi)的位移x＝vt，在vt圖像中就對應(yīng)著邊長分別為v和t的一塊矩形面積。 1．自主思考——判一判 (1)速度既有大小，又有方向，是矢量。(√) (2)平均速度可以精確描述物體運動的快慢。() (3)電火花打點計時器使用的是低壓交流電源。() (4)當(dāng)接通50 Hz的交流電源時，電火花計時器的打點周期是0.02 s。(√) (5)物體的瞬時速度總為零，則平均速度為零。(√) (6)平均速度是速度的算術(shù)平均值。() 2．合作探究——議一議 (1)發(fā)生位移越大的物體一定運動得越快嗎？ [提示]　發(fā)生位移越大的物體不一定運動得越快。首先，從v＝看，若在相同的Δt情況下，Δx越大，v才越大。如果沒有明確Δt的情況，Δx不能唯一確定v的大小。再者，v＝只是速度的定義式，而一個物體運動的快慢與位移大小無關(guān)，是因為物體運動才有了位移，不是因為有了位移才有速度。 (2)平均速度和瞬時速度都可以描述運動的快慢，平均速度越大的運動是否瞬時速度也一定越大？ [提示]　平均速度大不表示每一時刻的速度都大，所以平均速度越大的運動其瞬時速度不一定越大。 (3)如圖133所示為甲、乙兩個物體的速度—時間圖像，請思考甲、乙兩個物體，分別做什么運動？哪個物體運動得快些？ 圖133 [提示]　甲、乙兩個物體，均做勻速直線運動，其速度的大小和方向均不隨時間而改變，且甲物體的速度大，甲物體運動得快。 對平均速度和瞬時速度的理解 平均速度與瞬時速度的區(qū)別與聯(lián)系 平均速度 瞬時速度 區(qū)　別 定義 運動質(zhì)點的位移與所用時間的比值 運動質(zhì)點在某一時刻或某一位置的速度 物理意義 粗略描述物體運動，和時間、位移對應(yīng) 精確描述物體運動，和時刻、位置對應(yīng) 方向 與位移方向一致 與某時刻或某位置運動方向一致 聯(lián)系 ①瞬時速度可看做當(dāng)Δt→0時，Δt內(nèi)的平均速度 ②勻速直線運動中，瞬時速度和平均速度相同 ③兩者的求解公式都為v＝ 1．(多選)下列關(guān)于瞬時速度和平均速度的說法中正確的是(　　) A．若物體在某段時間內(nèi)每時刻的瞬時速度都等于零，則它在這段時間內(nèi)的平均速度一定等于零 B．若物體在某段時間內(nèi)的平均速度等于零，則它在這段時間內(nèi)任一時刻的瞬時速度一定等于零 C．勻速直線運動中任意一段時間內(nèi)的平均速度都等于它任一時刻的瞬時速度 D．變速直線運動中任意一段時間內(nèi)的平均速度一定不等于它某一時刻的瞬時速度 解析：選AC　由于各時刻的瞬時速度都等于零，即物體靜止，因此平均速度也一定等于零，故A正確；物體從某點沿一曲線運動又回到原出發(fā)點，則平均速度為零，但各個時刻的瞬時速度不為零，故B錯誤；勻速直線運動中速度不變，平均速度與瞬時速度相等，故C正確；由于運動情況不確定，一段時間的平均速度可能等于某時刻的瞬時速度，故D錯誤。 2．下列速度中，指平均速度的是(　　) A．汽車通過長江大橋全程的速度 B．子彈射出槍口時的速度 C．雨滴落地時的速度 D．運動員沖過終點時的速度 解析：選A　平均速度是指物體在某段距離或某段時間內(nèi)通過的位移與所用時間的比值。而瞬時速度是物體在某一時刻或某一位置時的速度。平均速度對應(yīng)段(包括時間段和位移段)，瞬時速度對應(yīng)點(包括時間點和位置點)。汽車通過長江大橋在時間上是段，故其速度為平均速度，故A正確。子彈射出槍口中的槍口是一個點，故該速度是瞬時速度，故B錯誤。雨滴落到地面，地面是一個位置，對應(yīng)一個點，故該速度是瞬時速度，故C錯誤。運動員沖過終點，終點是一個點，故該速度是瞬時速度，故D錯誤。 3．小蒙騎自行車由靜止沿直線運動，他在第1 s內(nèi)、第2 s內(nèi)、第3 s內(nèi)、第4 s內(nèi)通過的位移分別為1 m、2 m、3 m、4 m，則(　　) A．他4 s末的瞬時速度為4 m/s B．他第2 s內(nèi)的平均速度為1.5 m/s C．他4 s內(nèi)的平均速度為2.5 m/s D．他1 s末的速度為1 m/s 解析：選C　自行車速度是逐漸增大的，無法確定它的瞬時速度，只能求出平均速度，第2 s內(nèi)平均速度為 m/s＝2 m/s；4 s內(nèi)的平均速度＝m/s＝2.5 m/s。選項C正確。 平均速度與平均速率的理解 平均速度和平均速率的區(qū)別與聯(lián)系 平均速度 平均速率 區(qū)別 定義 平均速度＝ 平均速率＝ 方向性 有方向，矢量 無方向，標(biāo)量 意義 粗略描述物體運動的快慢(包括方向的改變) 粗略描述物體運動的快慢(不包括方向的改變) 聯(lián)系 (1)都與一段時間對應(yīng)，都是過程量 (2)兩者大小一般不等，但當(dāng)位移大小等于路程時，即物體做單向直線運動時，平均速率等于平均速度的大小 [典例]　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的速度運動了3 h越過甲地到達(dá)丙地。求全程的平均速度和平均速率。 [思路點撥]　物體的運動過程如圖134所示： 圖134 [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，故平均速度大小＝＝ km/h＝10 km/h，方向是由甲地指向丙地；汽車全程的路程：s＝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 物體做變速運動時，在不同階段上的平均速度一般不同，因此在求平均速度時一定要明確所求的是哪一個時間段內(nèi)的平均速度，要緊扣平均速度的定義?！　　　? 1．(多選)北京成為“世界飛人”博爾特的福地，xx年世錦賽上又分別以9秒79和19秒55的成績奪得男子100 m和200 m的冠軍。下列說法正確的是(　　) A．博爾特在百米比賽中的平均速度是10.21 m/s B．博爾特在百米比賽中的平均速率是10.21 m/s C．博爾特在200米比賽中的平均速度是10.23 m/s D．博爾特在200米比賽中的平均速率是10.23 m/s 解析：選ABD　100 m比賽中，位移大小和路程都等于100 m，平均速度大小和平均速率相等，即v1＝ m/s＝10.21 m/s，故A、B對；在200 m比賽中，路程是200 m，位移小于200 m，故平均速率v2＝ m/s＝10.23 m/s，且大于平均速度的大小，故C錯D對。 2．xx年5月，我國三大艦隊齊赴南海舉行了大規(guī)模軍事演習(xí)。各種先進(jìn)設(shè)備相繼亮相，其中“飛豹”戰(zhàn)機作戰(zhàn)半徑可達(dá)1 500 km，完全沖破了“第一島鏈”的“束縛”。假設(shè)一架“飛豹”戰(zhàn)機于5月20日8點整從“遼寧”號航母起飛，在8點18分正好抵達(dá)距航母680 km的指定位置，戰(zhàn)機儀表顯示此段行程正好為800 km。試求： (1)戰(zhàn)機此段過程的平均速率和飛行100 m約需的時間分別是多少？ (2)此段過程中戰(zhàn)機的平均速度大小又是多少？ 解析：題干中時間信息為： 該戰(zhàn)機飛行時間t＝18 min＝1 080 s 隱含信息為路程s＝800 km＝8105 m 位移x＝680 km＝6.8105 m (1)“飛豹”戰(zhàn)機的平均速率為 vs＝＝ m/s≈740.74 m/s 每飛行100 m約需時間為t′＝＝0.135 s。 (2)戰(zhàn)機的平均速度為＝＝ m/s≈629.63 m/s。 答案：(1)740.74 m/s　0.135 s　(2)629.63 m/s 對vt圖像的理解 [典例]　某物體的運動規(guī)律如圖135所示，下列說法中正確的是(　　) 圖135 A. 物體在第1 s末運動方向發(fā)生變化 B．第2 s內(nèi)、第3 s內(nèi)的速度方向是相同的 C．物體在第2 s內(nèi)返回出發(fā)點，向反方向運動 D．在這7 s內(nèi)物體做往復(fù)運動 [解析]　物體在第1 s末運動方向沒有發(fā)生變化，A錯；第2 s內(nèi)、第3 s內(nèi)的速度方向是相反的，B錯；物體在第2 s內(nèi)位移變大，向正方向運動，C錯；整個過程中物體做的是往復(fù)運動，D正確。 [答案]　D (1)由v t圖像可以確定物體各時刻速度的大小和方向，正值說明速度沿正方向，負(fù)值則相反。 (2)由v t圖像可以確定物體在各段時間內(nèi)速度大小的變化趨勢，即是加速運動還是減速運動。 (3)圖像的拐點處速度方向一般沒有變化，只是大小變化情況不一樣了，比如由加速運動變?yōu)闇p速運動，或者變?yōu)閯蛩龠\動，或者變?yōu)楦斓募铀龠\動。 (4)圖像與t軸相交，說明速度減小到0后又反向增大，即交點對應(yīng)的時刻為速度方向變化的時刻?！　　　? 1．(多選)物體做直線運動，其vt圖像如圖136所示。下列說法中正確的是(　　) 圖136 A．0～2 s內(nèi)汽車的速度方向沿正向，且速度逐漸增大 B．2～4 s內(nèi)的位移為4 m C．第1 s末與第3 s末的速度方向不同 D．5 s時物體又回到了初始位置 解析：選AB　0～2 s內(nèi)汽車的速度為正，說明方向沿正向，由圖知速度逐漸增大，A正確。2～4 s內(nèi)汽車做勻速運動，位移x＝vt＝4 m，B正確。全過程的速度都為正值，說明速度的方向一直沿著正方向，C錯誤。5 s時物體的速度為零，在此之前物體一直沿同一個方向運動，故全過程的位移一定不為零，D錯誤。 2.圖137是一個物體運動的vt圖像，從以下三個方面說明它的速度是怎樣變化的。 圖137 (1)物體是從靜止開始運動還是具有一定的初速度？ (2)運動的方向是否變化？ (3)速度的大小是否變化？怎樣變化？ 解析：(1)由圖像可知，在t＝0時刻v≠0，所以物體具有一定的初速度。 (2)在0～t3這段時間內(nèi)，速度為正值，說明物體沿正方向運動，t3時刻以后，速度為負(fù)值，說明物體沿與正方向相反的方向運動，所以物體運動的方向發(fā)生了變化。 (3)速度的大小發(fā)生變化，在0～t1時間內(nèi)速度逐漸增大，t1～t2時間內(nèi)速度大小不變，t2～t3時間內(nèi)速度逐漸減小，t3時刻速度為零，在t3時刻以后，速度反向增大。 答案：(1)具有初速度　(2)方向變化　(3)見解析 1．(多選)下列說法中的“快”，哪些不是指速度較大(　　) A．從高速公路走，行駛比較快 B．劉翔的起跑是比賽選手中最快的 C．運用ABS技術(shù)，汽車能很快停下來 D．某客機能在20 000 m高空中飛行得很快 解析：選BC　B、C選項指時間短，而不表示運動的快慢。 2．如圖1所示是高速公路旁的交通標(biāo)志，圖中的“100”表示小汽車必須限制在100 km/h內(nèi)行駛，“杭州 88 km”表示到杭州還有88 km。“100 km/h”和“88 km”分別指(　　) 圖1 A．瞬時速度，位移　　　 　B．瞬時速度，路程 C．平均速度，位移 D．平均速度，路程 解析：選B　交通標(biāo)志里的限速標(biāo)志是每一時刻的速度均不能超過該速度；故為瞬時速度；里程88 km指的是行駛路程，B項正確。 3．(多選)關(guān)于速度的定義式v＝，以下敘述正確的是(　　) A．物體做勻速直線運動時，速度v與運動的位移Δx成正比，與運動時間Δt成反比 B．速度v的大小與運動的位移Δx和時間Δt都無關(guān) C．此速度定義式適用于任何運動 D．速度是表示物體運動快慢及方向的物理量 解析：選BCD　v＝是計算速度的公式，適用于任何運動，C對；此式只說明速度可用位移Δx除以時間Δt來獲得，并不是說v與Δx成正比，與Δt成反比，A錯，B對；速度的大小表示物體運動的快慢，方向表示物體的運動方向，D對。 4.用同一張底片對著小球運動的路徑每隔 s拍一次照，得到的照片如圖2所示，則小球運動過程的平均速度是(　　) 圖2 A．0.25 m/s B．0.2 m/s C．0.17 m/s D．無法確定 解析：選C　平均速度v＝＝m/s＝0.17 m/s，C正確。 5．某同學(xué)以一定的速度去同學(xué)家送一本書，停留一會兒后，又以相同的速率沿原路返回家。則下列選項所示的哪個圖像能粗略地表示他的運動狀態(tài)(　　) 解析：選C　因該同學(xué)運動時的速率不變，故A、B、D錯誤。又由于返回的過程中速度方向不同，所以選項C正確。 6.如圖3所示，兩個人以相同大小的速度同時從圓形軌道的A點出發(fā)，分別沿ABC和ADE方向行走，經(jīng)過一段時間后在F點相遇(圖中未畫出)。從出發(fā)到相遇的過程中，描述兩個人運動情況的物理量可能不相同的是(　　) 圖3 A．瞬時速度 B．位移 C．路程 D．平均速度 解析：選A　兩個人所走的路徑不同，所以瞬時速度方向可能不相同，A正確。由于兩人速度大小相同，故相同時間內(nèi)走過的路程相同，兩人相遇在與A對稱的位置，故位移大小等于直徑，且方向相同，故平均速度也相等，B、C、D錯誤。 7．(多選)甲、乙兩質(zhì)點在同一直線上勻速運動，設(shè)向右為正，甲質(zhì)點的速度為2 m/s，乙質(zhì)點的速度為－4 m/s，則可知(　　) A．乙質(zhì)點的速率大于甲質(zhì)點的速率 B．因為＋2＞－4，所以甲質(zhì)點的速度大于乙質(zhì)點的速度 C．這里的正、負(fù)號的物理意義是表示運動的方向 D．若甲、乙兩質(zhì)點同時由同一點出發(fā)，則10 s后甲、乙兩質(zhì)點相距60 m 解析：選ACD　因為速度是矢量，所以其正、負(fù)號表示物體的運動方向，C正確。速率是標(biāo)量，等于速度的大小，甲、乙的速率分別為2 m/s、4 m/s，故A正確。速度是矢量，比較大小時看絕對值，B錯。甲、乙兩質(zhì)點在同一直線上沿相反方向運動，10 s后的距離等于兩者位移之和，計算可得D正確。 8. (多選)三個質(zhì)點A、B、C的運動軌跡如圖4所示，三個質(zhì)點同時從N點出發(fā)，同時到達(dá)M點，其間都不停也不返回，則下列說法中正確的是(　　) 圖4 A．三個質(zhì)點從N到M的平均速度相同 B．B質(zhì)點從N到M的平均速度方向與任意時刻的瞬時速度方向相同 C．到達(dá)M點時的瞬時速率一定是質(zhì)點A的大 D．三個質(zhì)點從N到M的平均速率相同 解析：選AB　三個質(zhì)點的位移相同，時間相同，所以平均速度相同，A正確；由于B質(zhì)點做單向直線運動，其平均速度方向與瞬時速度方向相同，B正確；三個質(zhì)點運動的路程不同，運動時間相同，平均速率不相同，D錯誤；無法判斷到達(dá)M點時哪個質(zhì)點的瞬時速率大，故C錯誤。 9．某人爬山，從山腳爬上山頂，然后又沿原路返回到山腳，上山的平均速度為v1，下山的平均速度為v2，則往返的平均速度的大小和平均速率分別是(　　) A.， B.， C．0， D．0， 解析：選D　平均速度是位移與時間的比值，由于此人爬山往返一次，位移x＝0，平均速度＝＝＝0；平均速率是路程與時間的比值，由于此人往返一次，路程為x1＋x2，又因x1＝x2，則平均速率＝＝＝，所以D項正確。 10. (多選)圖5是甲、乙兩物體運動的速度—時間圖像，下列說法正確的是(　　) 圖5 A．甲處于靜止?fàn)顟B(tài) B．乙剛開始時以5 m/s的速度與甲同向運動 C．乙在最初3 s內(nèi)的位移是10 m D．乙在最初3 s內(nèi)的路程是10 m 解析：選BD　甲圖線是平行于t軸的直線，因此甲做勻速直線運動，A錯誤；乙在第1 s內(nèi)向正方向做速度為5 m/s的勻速直線運動，第2 s內(nèi)靜止，第3 s內(nèi)沿負(fù)方向做速度為5 m/s的勻速直線運動，故B正確；乙在第1 s內(nèi)的位移為x1＝v1t1＝5 m，在第2 s內(nèi)的位移為x2＝0，在第3 s內(nèi)的位移為x3＝v3t3＝－5 m，所以乙在最初3 s內(nèi)的位移為x＝x1＋x2＋x3＝0，故C錯誤；乙在最初3 s內(nèi)的路程為s＝|x1|＋|x2|＋|x3|＝10 m，故D正確。 11．如圖6所示，是一條利用打點計時器打出的紙帶，0、1、2、3、4、5、6是七個計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出，各計數(shù)點到0的距離如圖所示。求出各計數(shù)點的瞬時速度并畫出速度－時間圖像。 圖6 解析：1點對應(yīng)時刻是0、2之間的中間時刻，求出0、2間的平均速度即可認(rèn)為是1點的瞬時速度，同理2、3、4、5點的瞬時速度也可求出。而相鄰計數(shù)點間的時間間隔T＝0.1 s。故v1＝＝ m/s＝0.195 m/s， v2＝＝ m/s＝0.40 m/s， 同理v3＝0.61 m/s，v4＝0.69 m/s，v5＝0.70 m/s。以0點為坐標(biāo)原點，橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表示速度建立直角坐標(biāo)系。根據(jù)前面計算出的結(jié)果在直角坐標(biāo)系中描點，然后連線得到速度－時間圖像如圖所示。 答案：見解析 12．一架飛機水平勻速地在某同學(xué)頭頂上方飛過，當(dāng)他聽到飛機的發(fā)動機聲從頭頂正上方傳來時，發(fā)現(xiàn)飛機在他前上方約與地面成60角的方向上，據(jù)此可估算出此飛機的速度約為聲速的多少倍？ 解析：由題意知聲波是在該同學(xué)正上方發(fā)出的，在該聲波由上到下傳播的過程中，飛機沿水平直線勻速飛行，畫出運動示意圖如圖所示。 設(shè)飛機離地高度為h，則有h＝v聲Δt 在Δt時間內(nèi)，飛機的水平位移Δx＝v飛Δt 由幾何知識得＝cot 60 解得v飛＝v聲cot 60 ＝v聲≈0.58v聲 即飛機的速度約為 答案：0.58倍