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在上一节的学习中,我们学习了位移这一较为重要的矢量.大伙回忆一下,位移的定义是什么?
学生积极思索并回答出位移的定义:
从初位置指向末位置的有向线段.〔复习此知识点,旨在为速度的引入奠定知识基础,让学生明白位移大小的关键在于初末位置.由位置到位置坐标再到坐标的变化量,使学生的认知呈阶梯状上升〕
教师引导:
既然位移是描述物体位置变化的物理量,因此物体的位移能够通过位置坐标的变化量来表示.
问题展示:
在训练场上,一辆实习车沿规定好的场地行驶,教练员想在车旁记录汽车在各个时刻的位置情况,他该如何做?
假设在每一秒汽车都在做单向直线运动.
问题启发:
关于物体位置的描述,我们往往需要建立坐标系.该教练员如何建立坐标系,才能方便地确定该车的位置?
点评:
通过设问,发挥教师的引导作用,“变教为诱”“变教为导”,实现学生的“变学为思”“变学为悟”,达到“以诱达思”的目标.
教师指导学生分组合作讨论并总结.
小结:
直线运动是最简单的运动,其表示方式也最简单.如以动身点为起点,车行驶20m,我们就特别容易地确定车的位置.因此,应该建立直线坐标系来描述汽车的位置.
【二】速度
以下有四个运动物体,请同学们来比较一下它们运动的快慢程度.
运动物体初始位置〔m〕通过时间〔s〕末位置〔m〕
A.自行车沿平直道路行驶020100
B.公共汽车沿平直道路行驶010100
C.火车沿平直轨道行驶500301250
D.飞机在天空直线飞行500102500
如何比较A、B、C、D四个物体的运动快慢呢?
比较1:
对A和B,它们通过的位移相同〔基本上100m〕,A用的时间长〔20s〕,B用的时间短〔10s〕.在位移相等的情况下,时间短的运动得快,即汽车比自行车快.
比较2:
对B和D,它们所用的时间相等〔10s〕,B行驶了100m,D飞行了200m,B行驶的距离比D短,在时间相等的情况下,位移大的运动得快,即飞机比汽车快.
提出问题
以上两种比较基本上可行的.位移相等比较时间,时间相等比较位移.如何比较B和C的快慢程度呢?
它们的位移不相等,时间也不相等.
教师指导学生分小组讨论,5分钟后提出比较意见.
方法1:
B和C的位移和时间都不相等,但能够计算它们每发生1m的位移所用的时间,即用各自的时间t去除以位移Δx,数值大的运动得慢.
方法2:
B和C的位移和时间都不相等,但能够计算它们平均每秒钟位移的大小量,单位时间内位移大的运动得快.
师生讨论:
两种方法都能够用来比较物体运动的快慢,但方法2更能够符合人们的思维适应.
问题由教师提出,明确猜想和探究的方向,教师引导学生利用已有的知识和现象,鼓舞大胆猜想讨论.通过那个开放性的问题,创设一种情境,把学生带进一个主动探究学习的空间.
引子:
大自然中,物体的运动有快有慢.天空,日出日落;
草原,骏马奔驰;
树丛,蜗牛爬行.认真观看物体的运动,我们发明,在许多情况下,物体运动快慢各不相等且发生变化,在长期对运动的思索、探究过程中,为了比较准确地描述运动,人们逐步建立起速度的概念.
如何对速度进行定义?
学生阅读课本并回答.
1.速度的定义:
位移与发生那个位移所用时间的比值.
2.速度的定义式:
v=
3.速度的单位:
m/s常用单位:
km/h,cm/s.
提示:
速度是矢量,其大小在数值上等于单位时间内物体位移的大小,其方向确实是物体运动的方向.
【三】电磁打点计时器
教师布置学生对比仪器看说明书,引导学生注意其重点:
观看打点计时器并阅读其使用说明书,明确电磁打点计时器的结构、各部分的名称、工作原理及使用方法.〔如图1-4-1〕
图1-4-1
提出要求:
课件展示电磁打点计时器的大幅实物照片,方便教师的讲解和学生的讨论交流.
请同学们观看一下,阅读其使用说明书,说说它的工作原理.
归纳总结:
电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,如图1-4-1所示.工作电压为4V——6V.当电源的频率是50Hz时,它每隔0.02s打一次点.通电往常,把纸带穿过限位孔,再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面.当接通电源时,线圈产生的交变磁场使振动片〔由弹簧钢制成〕磁化,振动片的一端位于永久磁铁的磁场中.由于振动片的磁极随着电流方向的改变面不断变化,在永久磁铁的磁场作用下,振动片将上下振动,其振动周期与线圈中的电流变化周期一致,即为0.02s.位于振片一端的振针就跟着上下振动起来,这时,假如纸带运动,振针就在纸带上打出一系列小点.
交流与讨论:
电磁打点计时器使用低压交流电源工作,大伙想一想能不能使用直流电源,什么原因?
学生通过阅读学习电磁打点计时器的工作原理,能够总结归纳:
工作原理中是靠电流方向的改变来改变磁铁的磁场方向,从而促使振动片上下振动,同时振动片的振动周期与电源的电流变化周期一致.假设使用50Hz的交流电,打点的时间间隔为0.02s.那个值正好是电源频率的倒数.
【四】电火花计时器
观看打点计时器并阅读说明书,明确电火花计时器的结构、各部分的名称、工作原理及使用方法.如图1-4-2.
图1-4-2
课件展示:
课件投影电火花计时器的实物照片,让学生对比实验桌上的实物说出各部分的名称.
师生归纳总结:
使用时电源插头直截了当插在交流220V插座内,将裁成圆片〔直径约38mm〕的墨粉纸盘的中心孔套在纸盘轴上,将剪切整齐的两条一般有光白纸带〔20mm×
700mm〕从弹性卡和纸盘轴之间的限位槽中穿过,同时要让墨粉纸盘夹在两条纸带之间.如此当两条纸带运动时,也能带动墨粉纸盘运动,当按下脉冲输出开关时,放电火花不至于始终在墨粉纸盘的同一位置而妨碍到点迹的清晰度.也能够用上述尺寸的白纸带和墨粉纸带〔位于下面〕做实验,还能够用两条白纸带夹着一条墨粉纸带做实验;
墨粉纸能够使用比较长的时间,一条白纸带也能够重复使用,应注意降低实验成本.
学习了两种打点计时器,应留给学生充足的时间对它们进行比较,思考并交流讨论得出结论,体验打点计时器的用途,感受实验的乐趣.
交流与讨论
从原理上考虑,电火花计时器与电磁打点计时器相比,哪个更好些,误差可能会更小?
学生猜想:
电火花计时器可能会更好些,因为电磁打点计时器中振针和纸带间的摩擦会更大些.
教师总结:
电火花计时器使用中运动阻力极小,这种极小阻力来自于纸带运动的本身,而不是打点产生的,因而系统误差小,计时精度与交流电源频率的稳定程度一致〔脉冲周期不大于50μs,这一方面也远优于电磁打点计时器〕,同时它的操作简易,使用安全可靠〔脉冲放电电流平均值不大于5μA〕.
【五】练习使用打点计时器
教师指导学生自主阅读教材中的实验步骤提示.学习打点计时器的使用方法,对学生讲清考前须知及安全问题.
指导学生动手练习使用打点计时器,并引导学生思考:
纸带上的点与小车的位移和时间是如何对应的,怎么样将纸带上的点变成相关的数据?
依照学生的实际操作,让学生体会操作过程的乐趣.指导学生解决实验过程中遇到的问题.
交流与实践
1.电磁打点计时器中怎么样安放复写纸和纸带的位置?
将复写纸套在复写纸定位销上,推动调节片,可调节复写纸位置.将纸带从复写纸圆片下穿过.
2.振针打的点不清晰或打不出点可能是哪些缘故?
怎么样调整?
可检查压纸框的位置是否升高,而阻碍了振动片,振针打不到纸带上,可将压纸框向下压恢复其原来位置.
补充1.可能是复写纸该换新的了.
补充2.可能是振动片的振幅太小,可调整振动片的位置.
补充3.可能是振针的位置太高,调整振针的位置,直到打出点为止.
补充4.所选的电压在4V和6V的情况下,打点的清晰度有点差别,电压高的时候稍清晰,因此可调高一点电压.
3.开启电源打点完毕后要及时关闭电源,如此做有什么好处?
因打点计时器是按间歇工作设计的,故长期工作可能会因线圈发热而损坏.
电火花计时器的纸带安装方法〔让学生阅读〕:
使用电火花计时器在纸带上打点,安装纸带的方法有两种,一种是用一条纸带从墨粉盘下穿过,打点时墨粉盘不随纸带转动,电火花只将墨粉盘上某一位置的墨粉蒸发到纸带上,打出的点迹颜色较淡,打过一条纸带后要将墨粉盘转一角度再打另一条纸带.学生实验时可采纳这一方法.另一种是用两条纸带,将墨粉盘夹在中间,拖动纸带时由于两条纸带的摩擦作用,墨粉盘会随纸带转动,电火花将墨粉盘上不同位置的墨粉蒸发到纸带上,因此打出的点迹颜色较重.墨粉盘上面的一条纸带没有点迹,可重复使用.用一条纸带打点时,纸带与打点计时器之间的摩擦阻力较小,用两条纸带打点时摩擦阻力较大.不管用哪种方法,打完纸带后应马上切断电源.
教师设疑:
处理纸带时,从能够看清的某个点开始,往后数出假设干个点.假如数出n个点,这些点划分出来的时间间隔数是多少?
学生答疑:
共〔n-1〕个.
展示某同学打出的一条点迹清晰的纸带,并提出问题:
怎么样依照纸带上的点迹计算纸带的平均速度?
学习归纳总结:
测出两个点间的距离,数一下这两个点间共有多少个时间间隔,即有多少个0.02s,用那个总距离去除以所需用的时间.
【学法导引】
1.比较运动快慢的方法:
〔1〕时间相同,比较位移。
位移越大,运动越快;
〔2〕位移相同,比较时间。
时间越短,运动越快;
〔3〕位移不同,时间也不同,比较位移与时间的比值。
比值越大,运动越快。
2.平均速度和瞬时速度的区别和联系:
〔1〕平均速度:
描述物体在某段时间内或某段位移内运动的快慢。
对应的是一段位移或一段时间。
〔2〕瞬时速度:
描述物体在某时刻或通过某位置时的运动快慢。
对应的是某时刻或某位置。
〔3〕瞬时速度与平均速度间的关系:
当平均速度中,△t特别特别小,△x/△t可看作某时刻〔某位置〕的瞬时速度。
3.速度和速率的区别:
速率:
瞬时速度的大小,是标量。
常说的“速度”,可能指:
“平均速度”、“瞬时速度”或“速率”。
4.瞬时速率和平均速率的区别:
〔1〕瞬时速率确实是瞬时速度的大小。
〔2〕平均速率是物体运动的路程与所用时间的比值。
平均速度是位移和发生这段位移所用时间的比。
平均速率是路程和通过这段路程所用时间的比。
是两个不同的物理量。
例1、一物体沿直线运动,先以3m/s的速度运动60m,又以2m/s的速度接着向前运动60m,物体在整个运动过程中平均速度是多少?
【解析】依照平均速度的定义公式
,s为总位移,t为总时间,等于前一段位移与后一段位移所用时间之和。
全过程的位移s=120m
物体在前一段位移用的时间为
后段位移用的时间为
整个过程的用的总时间为t=t1+t2=50s
整个过程的平均速度
m/s=2、4m/s
*注意:
全过程的平均速度只能由全过程的总位移与通过全路程所用的总时间的比值得出。
假如用求速度的平均值去做
=2、5m/s,如此得出的结果是错误的。
可见,平均速度概念与速度的平均值概念是不完全相同的。
例2、一架飞机水平匀速的在某位同学头顶飞过,当他听到飞机的发动机声从头顶正上方传来时,发明飞机在他前上方约与地面成60°
角的方向上,据此可估算出此飞机的速度约为声速的多少倍?
解析:
如下图,设飞机在人头顶正上方时到地面的高度为h,发动机声传到地面所用时间为t,声速是v0,有h=v0t,
在那个时间t内,设飞机又飞出x,飞机速度是v,有x=vt,
两式相比得v∶v0=x∶h=cot60°
=0.58,即飞机的速度约为声速的0.58倍
【模拟练习】
1、以下关于速度的说法中正确的选项是〔AC〕
A、速度是表示物体运动快慢的物理量,它既有大小,又有方向,是矢量
B、平均速度确实是速度的平均值,它只有大小没有方向,是标量
C、瞬时速率有时简称速率,它表示瞬时速度的大小,是标量
D、假设物体在某段时间内的平均速度等于零,那么它在这段时间内任一时刻的瞬时速度一定等于零
2.关于瞬时速度,以下正确的选项是〔BCD〕
A、瞬时速度是物体在某一段时间内或在某一段位移内的速度的平均值
B、瞬时速度能够看成是时间趋于无穷小时的平均速度
C、瞬时速度是物体在某一位置或某一时刻的速度
D、物体做匀速直线运动时,瞬时速度等于平均速度
3、下面的几个速度中表示平均速度的是〔B〕
A、子弹射出枪口的速度是800m/s,以790m/s的速度击中目标。
B、汽车从甲站行驶到乙站的速度是40km/h
C、汽车通过站牌时的速度是72km/h
D、小球第3s末的速度是6m/s、
4.电磁打点计时器的打点周期取决于〔B〕
A.交流电压的高低
B.交流电的频率
C.永久磁铁的磁性强弱
D.振针与复写纸间的距离
5、足球守门员在发门球时,将一个静止的质量为0.4kg的足球,以10m/s的速度踢出,假设守门员踢球的时间为0.1s,那么足球的平均加速度为___________m/s2;
足球沿草地作直线运动,速度不断减小,设加速度大小恒为2m/s2,3s后足球运动到距发球点20m的后卫队员处,那么此过程中,足球运动的平均速度为____________m/s,后卫队员接到球时,足球的速度为______m/s。
答案:
100;
6.7;
4;
【真题再现】
1.〔2018上海〕质点做直线运动,其s-t关系如下图,质点在0-20s内的平均速度大小为_________m/s质点在_________时的瞬时速度等于它在6-20s内的平均速度。
【解析】由s-t图像可知,质点在0-20s内,位移大小为16m,故平均速度为0.8m/s。
6-20s内的位移大小为14m,故这一段时间平均速度大小为1m/s,由图可知10s和14s的瞬时速度也等于1m/s。
【答案】0.810s和14s
2.〔2018海南卷〕一物体自t=0时开始做直线运动,其速度图线如下图。
以下选项正确的选项是()
A.在0~6s内,物体离动身点最远为30m
B.在0~6s内,物体通过的路程为40m
C.在0~4s内,物体的平均速率为7.5m/s
D.5~6s内,物体所受的合外力做负功
BC
A,0—5s,物体向正向运动,5—6s向负向运动,故5s末离动身点最远,A错;
B由面积法求出0—5s的位移s1=35m,5—6s的位移s2=-5m,总路程为:
40m,B对;
C由面积法求出0—4s的位移s=30m,平度速度为:
v=s/t=7.5m/sC对;
D由图像知5~6s过程物体加速,合力和位移同向,合力做正功,D错。
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