高中物理教科版必修一13《运动快慢与方向的描述速度》教案.docx
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高中物理教科版必修一13《运动快慢与方向的描述速度》教案
1.3运动快慢与方向的描述——速度
教学目标
1.理解速度的概念。
知道速度是描述物体运动快慢的物理量,知道它的定义、公式、符号和单位,知道它是矢量。
2.理解平均速度、瞬时速度的概念。
3.知道速度和速率关系。
教学重难点
1.理解速度的概念,领会其矢量性,知道速度的方向.
2.理解平均速度和瞬时速度的概念,知道速度与速率的区别与联系,并能进行相应计算.(重点)
3.理解速度—时间图像.(难点)
4.掌握打点计时器的工作原理,并能测平均速度.(难点)
教学内容
1、速度
1.物理意义
表示物体运动的.
2.定义
位移与发生这段位移所用的比值.
3.定义式
v==.若物体沿直线运动,X1、X2分别为物体在t1、t2两时刻的位置,若X2>X1,说明物体的速度方向与Ox轴正方向,若X2<X1,说明物体的速度方向与Ox轴正方向.
4.单位
国际单位制单位:
米每秒,m/s或m·s-1.常用单位:
千米每小时(km/h或km·h-1)、厘米每秒(cm/s或cm·s-1)等.
5.矢量性
速度是矢量,既有大小又有方向.速度的方向就是的方向.
练习
1.速度在数值上等于单位时间内通过的路程.()
2.两物体的速度分别是v1=2m/s,v2=-3m/s,则它们的大小关系为v1>v2.()
3.A物体的位移大于B物体的位移,则A物体的速度一定大于B物体的速度.()
4.蜗牛要横向爬过一本教科书,至少得用2min的时间.乌龟爬行1m需要50s,猎豹平均每秒可跑32m.如何比较哪种动物运动得快呢?
有几种比较方法?
讨论:
以下有三个物体的运动,请比较它们运动的快慢.
初始位置(m)
经过时间(s)
末位置(m)
A.自行车沿平直道路行驶
0
20
100
B.公共汽车沿平直道路行驶
0
10
100
C.火车沿平直轨道行驶
500
30
1250
讨论1:
如何比较A和B的运动快慢?
讨论2:
如何比较B和C的运动快慢?
1.对速度概念的理解
(1)这里的速度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.
(2)两种速度的定义并不矛盾,因为初中只研究匀速直线运动,不关注运动方向,路程即位移大小.
2.对速度定义式v=
的理解
(1)公式v=
中的Δx是物体运动的位移,不是路程.
(2)v=
是速度的定义式,不是决定式,不能认为v与位移Δx成正比、与时间Δt成反比.
3.对速度矢量性的理解
(1)速度既有大小,又有方向,是矢量.速度的方向就是物体的运动方向.
(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.
4.路程与速度的关系
(1)物体在某一阶段的路程为零时,物体的速度一定为零.
(2)物体在某一阶段的路程不为零时,由于位移可能为零,也可能不为零,所以物体的速度可能为零,也可能不为零.
例题1(多选)甲、乙两质点在同一直线上匀速运动,设向右为正,甲质点的速度为2m/s,乙质点的速度为-4m/s,则可知( )
A.乙质点比甲质点运动的快
B.因为+2>-4,所以甲质点的速度大于乙质点的速度
C.这里的正、负号的物理意义是表示运动的方向
D.若甲、乙两质点同时由同一点出发,则10s后甲、乙两质点相距60m
练习1 下列关于速度的说法正确的是( )
A.由v=
知,v与Δx成正比,与Δt成反比
B.速度大小不变的运动是匀速直线运动
C.因为2>-3,所以2m/s>-3m/s
D.速度的方向与物体运动的方向一致
练习2 (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和时间Δt都无关
C.此速度定义式适用于任何运动
D.速度是表示物体运动快慢及方向的物理量
2、
速度矢量性的应用
1.速度是矢量,做直线运动的物体的速度可用正、负号表示其运动的方向,速度的方向与正方向相同时取正值,相反时取负值.
2.物体做直线运动时,一般规定速度的正方向与位移的正方向相同,即在同一坐标系中同时分析速度和位移的问题.
平均速度和瞬时速度
1.平均速度
(1)定义:
在变速直线运动中,位移
跟发生这段位移所用时间
的比值叫做变速直线运动的平均速度.
(2)公式:
(3)物理意义:
粗略地描述物体运动的.
(4)矢量性:
平均速度既有大小又有方向,是矢量,其方向与一段时间
内发生的位移的方向相同.
2.瞬时速度
(1)定义:
物体在(或某一位置)的速度叫做瞬时速度.
(2)物理意义:
描述物体在某一时刻(或某一位置)运动的和。
3.速率和速度的区别
(1)速率:
瞬时速度的叫做瞬时速率,简称速率.
(2)速度与速率的区别:
速度是矢量,速率是标量;速率只反映物体运动的快慢,而速度却同时反映运动的和运动的.
练习
1.物体的瞬时速度总为零,则平均速度一定为零.()
2.瞬时速率是瞬时速度的大小.()
3.物体的平均速度为零,则物体可能处于静止状态.()
4.平均速度是速度的算术平均值.()
5.某运动员沿半径为R的圆形跑道运动了一圈,经历的时间为t,则该过程中运动员的平均速度、平均速率怎样表示?
6.瞬时速率是瞬时速度的大小,平均速率是平均速度的大小,这句话对吗?
讨论:
某同学百米比赛用时12s,前2s内的位移为12m,第2个2s内位移为14m,第3个2s内位移为16m,第4个2s内位移为19m,第5个2s内位移为20m,第6个2s内位移为19m.
问题1:
计算上述6个时间间隔内的平均速度,并说明哪段时间运动得最快?
8s末的速度一定等于12s末的速度吗?
问题2:
通过以上数据,你能知道这个同学的“起跑速度”、“冲刺速度”以及“最大速度”吗?
1.平均速度与瞬时速度的比较
平均速度
瞬时速度
区别
对应关系
与某一过程中的一段位移、一段时间对应
与运动过程中的某一时刻、某一位置对应
物理意义
粗略描述质点在一段位移或时间上的运动快慢和方向
精确描述质点在某一位置或某一时刻运动的快慢和方向
矢量性
与对应时间内物体的位移方向相同
与质点所在位置的运动方向相同
联系
(1)在公式v=
中,Δt→0,平均速度即为瞬时速度
(2)在匀速直线运动中,各点的瞬时速度都相等,所以任意一段时间内的平均速度等于任一时刻的瞬时速度
2.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,有方向
标量,无方向
联系
都粗略地描述物体运动的快慢
单位相同,在国际单位制中,单位是米每秒,符号是m/s
平均速度的大小一般小于平均速率,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.但此时也不能说平均速度就是平均速率
例题2下列语句的描述中,有关速度的含义是指平均速度的是( )
A.子弹射出枪口的速度是800m/s,以790m/s的速度击中目标
B.小球在光滑路面上滑行,第3s末的速度是6m/s
C.汽车从甲站行驶到乙站的速度是40km/h
D.2013年4月27日,“新飞人”张培萌在全国田径大奖赛百米比赛中以10秒04的成绩夺冠,并以10.34m/s的速度冲过终点
练习3 物体沿一直线运动,先以5m/s的速度运动一段时间,接着以2m/s的速度运动相等的时间,其整个过程的平均速度为v1;若该物体以5m/s的速度运动一段位移,接着以2m/s的速度运动相等的位移,其平均速度为v2.则v1、v2的大小关系是( )
A.v1>v2 B.v1<v2
C.v1=v2D.不确定
练习4 某人沿着平直公路由A出发到达D点,前t1=5s内向东运动了Δx1=30m经过B点,又运动了t2=5s前进了Δx2=60m到达C点,在C点停了t3=4s后又向西行,经历了t4=6s运动Δx4=120m到达A点西侧的D点,其运动过程如图所示,求:
(1)全过程的平均速度;
(2)全过程的平均速率.
3、
求平均速度时常见的错误
1.认为平均速度就等于速度的平均值,即=(v1、v2分别是物体的初、末速度).实际上这个式子对于极个别的运动适用,但对于一般的直线运动和曲线运动是不适用的.
2.认为平均速度大小等于平均速率.在计算平均速度时,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).
打点计时器
1.两种打点计时器
①电火花计时器:
结构如图所示,使用电压为220V交流电源,电源频率是50Hz时,打点周期为0.02_s.
②电磁打点计时器:
结构如图所示,使用低压交流电源,电源频率是50Hz时,打点周期为0.02_s.
(2)实验器材:
电火花计时器、纸带、墨粉纸盘、交流电源、小车、铁架台、木板、刻度尺.
(3)利用纸带求平均速度
①利用刻度尺测量两计数点间的距离Δx.
②根据打点周期求出两计数点间的时间间隔Δt.
③根据公式v=
求出计数点间的平均速度.
练习
1.打点计时器是记录做直线运动的物体的位置和时间的仪器.()
2.两种打点计时器的打点周期都是0.02s.()
3.两种打点计时器使用的都是220V的交变电源.()
4.打点计时器是计时仪器,还是测量长度的仪器?
讨论:
下图是用频闪照相的形式拍摄的“鸽子飞翔时”的照片,在这里连续的运动被分离成了离散的“景”,这就为研究鸽子的飞翔提供了一种非常好的方法.
问题1:
在实验中我们如何记录很短的时间呢?
问题2:
利用记录的位移和时间可求鸽子的平均速度吗?
1.实验步骤
(1)了解打点计时器的结构,把打点计时器固定在桌面上.
(2)把纸带装好.
(3)启动电源,用手水平地拉动纸带,纸带就打出一行小点,随后立即关闭电源.
(4)取下纸带,从能够看清的某个点开始,往后数出n个点,n个点之间的间隔数为(n-1),纸带从打第1个点到打第n个点的运动时间
=0.02(n-1)s.
(5)用刻度尺测量出第1个点到第n个点间的距离
.
(6)把测量的结果填入自己事先设计的表格中.
2.瞬时速度的计算
测量方法:
用打点计时器测量某一位置瞬时速度时,可以取包含这一位置在内的一小段位移
,测出这一段位移的平均速度,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,测量出包含E点在内的D、F两点间的位移
和时间
,算出纸带在这两点间的平均速度
,这个平均速度可代表纸带经过E点时的瞬时速度.
3.注意事项
(1)使用打点计时器打点时,应先接通电源,待打点计时器打点稳定后,再拉动纸带.
(2)手拉动纸带时速度应快一些,以防点迹太密集.
(3)打点计时器不能连续工作太长时间,打点之后应立即关闭电源.
(4)对纸带进行测量时,不要分段测量各段的位移,正确的做法是一次测量完毕(可先统一测量出各个测量点到起始点O之间的距离),可减小相对误差.读数时应估读到毫米的下一位.
(5)为了减小实验误差,要每隔T=0.1s选一个计数点,即每隔四个点取一个计数点,而计算计数点的瞬时速度时,
、
应取此计数点前、后两个点之间的位移和时间.即
.
(6)使用电火花计时器时,应注意把纸带正确穿好,墨粉纸盘位于纸带上方,使用电磁打点计时器时,应让纸带穿过限位孔,压在复写纸下面.
例题3电火花计时器通常的工作电压为________V,实验室使用我国民用电时,每隔________s打一次点;如图所示纸带是某同学练习使用电火花计时器时得到的,纸带的左端先通过电火花计时器,从点迹的分布情况可以断定纸带的速度变化情况是________(选填“速度减小”或“速度增大”).若所用电源的频率为50Hz,从打下A点到打下B点共14个点迹,历时________s.
练习5 为完成“练习使用打点计时器”实验,在如图137所示的四种器材中,找出这两种打点计时器,并完成以下填空:
________图为电磁打点计时器,工作电压为交流________;________图为电火花打点计时器,工作电压为交流________V.
练习6 打点计时器所用电源的频率为50Hz,某次实验中得到的一条纸带,用毫米刻度尺测量情况如图138所示,纸带在A、C间的平均速度为______m/s,在A、D间的平均速度为________m/s,B点的瞬时速度更接近于________m/s.
4、速度——时间图像(v-t图)
1.定义:
以速度为纵轴,时间为横轴,建立一个平面直角坐标系,在该坐标系中画出物体的速度v随时间t变化关系的图像.
2.匀速直线运动的速度—时间图像
如图所示,是一条平行于时间轴的直线.
3.利用速度—时间图像求位移
匀速直线运动的速度—时间图像与t轴所围的矩形的“面积”表示物体对应时间内的位移.
练习:
1.匀速直线运动的vt图像是平行于t轴的一条直线.()
2.vt图像中的倾斜直线表示物体做变速运动.()
3.vt图像就是物体运动的轨迹.()
4.怎样由vt图像看物体的速度方向?
学业分层测评(三)
1.(多选)通过打点计时器得到的一条纸带上的点不均匀,下列判断正确的是( )
A.点密集的地方物体运动的速度比较大
B.点密集的地方物体运动的速度比较小
C.点不均匀说明物体在相等时间内发生的位移不相等
D.点不均匀说明打点计时器有故障
2.关于瞬时速度、平均速度,以下说法中正确的是( )
A.瞬时速度可以看成时间趋于无穷小时的平均速度
B.做变速运动的物体在某段时间内的平均速度,一定和物体在这段时间内各个时刻的瞬时速度的平均值大小相等
C.物体做变速直线运动,平均速度的大小等于这段时间内初末时刻瞬时速度的平均值的大小
D.物体做变速运动时,平均速度是指物体通过的路程与所用时间的比值
3.为了使公路交通有序、安全,道路两旁都竖立了许多交通标志.如图所示,甲图是广州市环市路高架桥上的限速标志(白底、红圈、黑字),表示允许行驶的最大速度是60km/h;乙图是路线指示标志,表示离下一出口还有25km.上述两个数据的物理意义是( )
甲 乙
A.60km/h是平均速度,25km是位移
B.60km/h是平均速度,25km是路程
C.60km/h是瞬时速度,25km是位移
D.60km/h是瞬时速度,25km是路程
4.瞬时速度是指( )
A.运动物体在某一段时间内的速度
B.运动物体在某一段位移内的速度
C.运动物体在某一段路程内的速度
D.运动物体在某一时刻(或某一位置)的速度
5.从甲地到乙地的高速公路全程是197km,一辆客车8点从甲地开上高速公路,10点到达乙地,途中曾在一高速公路服务区休息10min,这辆客车从甲地到乙地的平均车速是( )
A.98.5km/h B.27.4km/h
C.107km/hD.29.8km/h
6.如图所示是三个质点A、B、C的运动轨迹,三个质点同时从N点出发,又同时到达M点,下列说法正确的是( )
A.从N到M的过程中,A的平均速率最大
B.三个质点从N到M的平均速率相同
C.三个质点从N到M的平均速度不相同
D.到达M点时A的瞬时速率最大
7.一辆汽车在平直公路上行驶,若以速度v1匀速行驶全程的三分之二,接着以v2=20km/h走完剩下的路程,若它全程的平均速度v=28km/h,则v1应为( )
A.24km/h B.32km/h
C.35km/hD.36km/h
8.如图所示是一个物体运动的vt图像,从以下三个方面说明它的速度是怎样变化的.
(1)物体是从静止开始运动还是具有一定的初速度?
(2)运动的方向是否变化?
(3)速度的大小是否变化?
怎样变化?
9.某物体运动的vt图像如图所示,则物体( )
A.做往复运动B.速度时刻变化
C.朝某一方向做直线运动D.不能确定
10.如图所示,物体沿曲线轨迹的箭头方向运动,AB、ABC、ABCD、ABCDE四段曲线轨迹运动所用的时间分别是:
1s、2s、3s、4s.下列说法不正确的是( )
A.物体在AB段的平均速度为1m/s
B.物体在ABC段的平均速度为
m/s
C.AB段的平均速度比ABC段的平均速度更能反映物体处于A点时的瞬时速度
D.物体在B点的速度等于AC段的平均速度
11.使用电火花打点计时器分析物体运动情况的实验中:
(1)在如下基本步骤中,正确的排列顺序为________.
A.把电火花打点计时器固定在桌子上
B.安放纸带
C.松开纸带让物体带着纸带运动
D.接通220V交流电源
E.按下脉冲输出开关,进行打点
(2)在安放纸带时,要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在________上,还要检查________是否夹在纸带之间.
12.如图所示,一辆汽车在从上海到南京的高速公路上行驶.汽车上的速度计指针在图中左图所示位置附近左右摆动,请你根据生活经验和图中提供的信息,回答下列问题:
(1)图中A、B两处相距多远?
其值是指A、B两处的路程还是位移大小?
(2)图中速度计指针所指的速度表示汽车的平均速度还是瞬时速度?
其值为多大?
(3)假设汽车在A、B间按速度计指针所指的速度做匀速运动,汽车从A处行驶到B处,需要多长时间?
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