学年新教材高中物理第1章第3节位置变化快慢的描述速度教案新人教版必修第一册.docx
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学年新教材高中物理第1章第3节位置变化快慢的描述速度教案新人教版必修第一册
第3节 位置变化快慢的描述——速度
学习目标
核心素养形成脉络
1.理解速度的概念,领会其矢量性,知道速度的方向. (重点)
2.知道平均速度和瞬时速度的区别与联系,并能进行相应的计算.(难点)
3.知道速度与速率的区别与联系.
4.会利用打点计时器测量纸带的平均速度和瞬时速度.
一、速度
1.意义:
描述物体运动快慢和运动方向的物理量.
2.定义:
位移与发生这个位移所用时间的比值.
3.公式:
v=.
4.单位:
在国际单位制中是米每秒,符号m/s或m·s-1;常用的单位还有千米每时,符号km/h;1m/s=3.6km/h.
5.方向:
速度是矢量.速度的方向就是物体运动的方向.
二、平均速度和瞬时速度
1.平均速度:
公式v=,表示的只是物体在时间间隔Δt内运动的平均快慢程度,称为平均速度.平均速度只能粗略地描述运动的快慢.
2.瞬时速度:
运动物体在某时刻或某一位置的速度.它可以精确地描述物体运动的快慢.
3.速率:
瞬时速度的大小.
三、实验:
测量纸带的平均速度和瞬时速度
1.测量平均速度:
如图所示是打点计时器打出的一条纸带示意图,测出D、G间的位移和所用时间,利用v=计算平均速度.
2.测量瞬时速度:
纸带上某一位置的瞬时速度,可以粗略地由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v=,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DF段的平均速度代表,即vE=.
四.速度-时间图象
1.物理意义:
直观表示物体运动的速度随时间变化的情况.它不是物体运动的轨迹.
2.v-t图象的画法:
用横轴表示时间t,纵轴表示速度v,建立直角坐标系.根据测量的数据在坐标系中描点,然后用平滑的曲线把这些点连接起来,即得到如图所示的v-t图象.
思维辨析
(1)通过相同的路程,所用时间少的物体速度大.( )
(2)时间变化量一定为正值.( )
(3)速度在数值上等于单位时间内通过的路程.( )
(4)两物体的速度分别是v1=2m/s,v2=-3m/s,则它们的大小关系为v1>v2.( )
(5)物体的瞬时速度总为零,则平均速度一定为零.( )
(6)物体的平均速度为零,则物体一定处于静止状态.( )
提示:
(1)×
(2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)×
基础理解
(1)为测定某轿车在平直路面上行驶的速度,小明同学利用数码相机拍摄了一张在同一张底片上多次曝光的照片,如图所示.已知拍摄时间间隔设定为1s,轿车车身长为3.6m.
①轿车在AC段做________运动.这段时间内的速度大小为________m/s.
②轿车在CE段做________运动.CD、DE两段相比较,轿车通过________段的平均速度大,此段的平均速度等于________.
提示:
①AB=BC,说明轿车在AC段做匀速运动.每格的长度为m=0.9m,则车速v1==m/s=9m/s.
②轿车在CE段做减速运动,且在CD段的平均速度大.其平均速度v2=m/s=6.3m/s.
答案:
①匀速 9 ②减速 CD 6.3m/s
(2)“今天下午5点钟‘巴蓬’中心附近最大风力11级(30m/s),将以每小时20千米左右的速度向西偏北方向移动,向琉球群岛东南部一带海域靠近,强度逐渐加强……”这段报道中提到的“30m/s”“每小时20千米”是平均速度还是瞬时速度?
提示:
30m/s是瞬时最大风速,是瞬时速度;“每小时20千米”描述的是台风移动的平均快慢,是平均速度.
对速度的理解
问题导引
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?
要点提示
(1)汽车运动得快,相同时间内位移大的运动得快.
(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:
==≈27.8m/s
运动员甲:
==10m/s,
所以汽车运动得快.
【核心深化】
概念
速度是矢量,是指运动物体的位移与所用时间的比值,而不再是初中所学的路程与时间的比值
定义式
v=
(1)公式v=中的Δx是物体运动的位移,也就是位置的变化,不是路程.速度也可以说是物体位置的变化率;速度越大,表示物体运动得越快,其位置也就变化得越快
(2)v=是采用比值法定义的,不能认为v与位移成正比、与时间成反比
矢量性
(1)速度既有大小,又有方向,是矢量.分析物体的速度时,既要计算速度的大小,又要确定速度的方向,不可只关注速度的大小
(2)比较两个速度是否相同时,既要比较其大小是否相等,又要比较其方向是否相同
(多选)(2019·南昌高一月考)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.速度描述了物体的位置变化快慢,速度大表示物体位置变化快
C.速度越大,位置变化越快,位移也就越大
D.以上说法都不正确
[思路点拨]位移是由速度与时间共同决定的,速度大位移不一定大.
[解析] 引入速度概念就是为了描述物体的运动快慢,速度大表示物体运动得快,而运动快慢实质就是物体的位置变化快慢,速度大也可以理解为物体的位置变化快,所以A、B正确,D错误;根据v=,得到Δx=vΔt,可见速度越大,物体位置的变化也就越快;如果时间很短,位移有可能较小,即位移由速度和时间共同决定,故C错误.
[答案] AB
(多选)关于速度的定义式v=,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和运动的时间Δt都无关
C.此速度定义式适用于任何运动
D.物体做匀速直线运动时,位移Δx与运动时间Δt成正比
解析:
选BCD.v=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来计算,并不是说v与Δx成正比,与Δt成反比,A错,B对;在匀速直线运动中,v不变,由v=得,Δx=vΔt,即Δx与Δt成正比,D对.
(1)速度采用比值定义法,不能说v与Δx成正比,Δx大,物体的位置变化量就大.位移大,v不一定大;当物体位置变化快时,v才大.
(2)式中Δx是位移不是路程,Δx与Δt具有对应性.
(3)如果t时间内物体发生的位移为x,公式可表示成v=.
平均速度和平均速率
问题导引
小华同学从家出发步行到学校,要先向东走400m,然后再向北走600m,最后再向东走400m才能到达学校,所用时间为16min,如图所示.则他从家到学校的平均速度的大小与平均速率是否一样?
要点提示 平均速度应为位移与所用时间的比值;而平均速率是路程与所用时间的比值,显然小华的平均速度的大小与平均速率不一样.
【核心深化】
1.平均速度与平均速率的比较
平均速度
平均速率
定义
平均速度=
平均速率=
标矢性
矢量
标量
联系
都粗略地表示物体运动的快慢
单位相同
平均速度的大小一般小于平均速率,只有在单向直线运动中,平均速度的大小才等于平均速率
2.速率与平均速率
(1)速率为瞬时速度的大小,是瞬时速率的简称,而平均速率为路程与时间的比值,不是速率的平均值,也不是平均速度的大小.两者均是标量,前者是状态量,后者是过程量.
(2)速率与平均速率没有确定的必然关系,某一运动过程中,速率可能大于平均速率,也有可能小于或者等于平均速率.
关键能力1 对平均速度和平均速率的理解
(2019·长沙一中高一月考)
某班同学去部队参加代号为“猎狐”的军事演习,甲、乙两个小分队同时从同一处O出发,并同时捕“狐”于A点,指挥部在荧光屏上描出两个小分队的行军路径如图所示.则下述说法中正确的是( )
①两个小分队运动的平均速度相等
②甲队的平均速度大于乙队的平均速度
③两个小分队运动的平均速率相等
④甲队的平均速率大于乙队的平均速率
A.①④ B.①③
C.②④D.②③
[思路点拨]计算平均速度必须用位移与时间相比.
[解析] 根据荧光屏上显示的路径,可知甲、乙两队通过的路程不同,s甲>s乙.但两者的始、末位置都相同,因此其位移大小、方向都相同,即x甲=x乙.根据平均速度的定义,它等于位移与时间之比,所以甲、乙两队运动的平均速度相同.用运动物体通过的路程与时间之比表示物体运动的快慢,称为平均速率,可见,甲队的平均速率大于乙队的平均速率.
[答案] A
关键能力2 对平均速度和平均速率的计算
2018年4月12日,我国三大舰队齐赴南海举行了大规模军事演习.各种先进设备相继亮相,其中“飞豹”战机作战半径可达1500km.假设一架歼-15战机于4月12日8点整从“辽宁”号航母起飞,在8点18分正好抵达距航母680km的指定位置,战机仪表显示此段行程正好为800km.试求:
(1)战机此段过程的平均速率和飞行100m约需的时间分别是多少?
(2)此段过程中战机的平均速度又是多少?
[解题探究]求解平均速度和平均速率时要从定义式着手分析.它们应分别选择哪个公式,是v=,还是v=?
[解析]
(1)战机的平均速率为
vs==m/s≈740.74m/s
每飞行100m约需时间为
t′==s≈0.135s.
(2)战机的平均速度为
v==m/s≈629.63m/s.
[答案]
(1)740.74m/s 0.135s
(2)629.63m/s
1.求平均速度时常见的两种错误
(1)误认为平均速度就等于速度的平均值,即v=(v1、v2分别是物体的初、末速度).
(2)误认为平均速度大小等于平均速率,用路程与时间的比值去求解.而实际上平均速度必须依据其定义用位移与时间的比值去求解,并且必须强调针对的是哪段位移(或哪段时间),不同过程的平均速度一般不相同.
2.求平均速度的三步骤
【达标练习】
1.2019年伯明翰室内田径巡回赛男子60米比赛,中国飞人苏炳添以6秒47的成绩再展飞人本色,勇夺冠军.假定他在起跑后10m处的速度是8m/s,到达终点时的速度是9.6m/s,则他在全程中的平均速度约为( )
A.9.27m/sB.9.6m/s
C.8.8m/sD.4.8m/s
解析:
选A.根据平均速度的定义==m/s≈9.27m/s.
2.(多选)如图所示,在1000m体能测试中,小明沿某圆形400m跑道从A点出发,其成绩为3分40秒,下列说法正确的是 ( )
A.小明的平均速率为4.55m/s
B.小明的平均速率为0.91m/s
C.小明的平均速度大小为0.91m/s
D.小明的平均速度大小为0.58m/s
解析:
选AD.小明沿圆形跑道跑2.5圈完成测试,通过的路程为1000m,位移为2×63.7m=127.4m,平均速率为m/s≈4.55m/s,平均速度大小为m/s≈0.58m/s,故A、D正确.
3.如图所示,小明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/s
B.他第2s内的平均速度
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