新教材高中物理 13 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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新教材高中物理13位置变化快慢的描述速度教案新人教版必修第一册
3.位置变化快慢的描述——速度
知识纲要导引
核心素养目标
物理观念
理解速度的概念和矢量性,理解速率、平均速度和瞬时速度
科学思维
掌握比值定义法,会用速度公式解决实际问题,理解位移—时间图像描述直线运动的方法
科学探究
(1)探究平均速度与瞬时速度的区别与联系.
(2)会正确使用打点计时器.
(3)会根据纸带上的点迹计算平均速度和瞬时速度
科学态度
与责任
(1)从生活情景中认识速度与速率.
(2)体会速度的矢量性,体会图像在物理中的应用.
(3)注意培养学生养成良好的实验习惯和实验态度
基础导学
一、速度(自学教材第23页“速度”部分)
1.定义
物理学中用位移与发生这段位移所用时间之比表示物体运动的快慢,这就是速度(velocity).用字母v表示.
2.公式:
v=
3.单位
在国际单位制中,速度的单位是米每秒,符号是m/s或m·s-1.常用的单位还有千米每时(km/h或km·h-1)、厘米每秒(cm/s或cm·s-1)等.
4.矢标性
速度是矢量,它既有大小,又有方向.速度的方向(物体运动的方向)和位移的方向相同.
5.物理意义
速度是描述物体运动快慢的物理量.
二、平均速度和瞬时速度
(自学教材第23、24页“平均速度和瞬时速度”部分)
1.平均速度
(1)概念:
由
求得的速度v,表示的只是物体在时间Δt内运动的平均快慢程度,叫作平均速度(averagevelocity).
(2)公式v=
.
(3)矢标性:
是矢量,方向与Δt时间内发生的位移的方向相同.
2.瞬时速度
(1)概念:
用由时刻t到t+Δt一小段时间内的平均速度来代替时刻t物体的速度,当Δt非常非常小时,运动快慢的差异可以忽略不计,此时,我们就把
叫作物体在时刻t的瞬时速度(instantaneousvelocity).
(2)匀速直线运动是瞬时速度保持不变的运动.在匀速直线运动中,平均速度与瞬时速度相等.
3.速率
瞬时速度的大小通常叫作速率(speed).速率是标量.
三、速度—时间图像(自学教材第26页“速度—时间图像”部分)
1.概念
以时间t为横轴,速度v为纵轴,坐标中的图像即为速度—时间图像或vt图像.
2.vt图像的建立
(1)用横轴表示时间t,纵轴表示速度v,建立直角坐标系.
(2)根据测量的速度v、时间t数据在坐标系中描点.
(3)用平滑的曲线把这些点连接起来,即得到如图所示的vt图像.
3.物理意义
vt图像非常直观地反映了物体运动的速度随时间变化的规律,它并不表示物体运动的轨迹.
【思考】
(1)通过相同的路程,所用时间少的物体速度大.( )
(2)速度大的物体通过的位移一定大,速度小的物体通过的位移一定小.( )
(3)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.( )
(4)物体的瞬时速度总为零,则平均速度一定为零.( )
(5)物体的平均速度为零,则物体一定处于静止状态.( )
(6)物体运动的速率越大,一定时间内位移一定越大.( )
答案:
(1)×
(2)× (3)× (4)√ (5)× (6)×
【教材解疑】(第24页)
[思考与讨论]
平均速度描述物体在一段时间内运动的平均快慢程度及方向.那么,怎样描述物体在某一时刻运动的快慢和方向呢?
问题解答:
为了使描述精确些,可以把Δt取得小一些,物体在从t到t+Δt这样一个较小的时间间隔内,运动快慢的差异也就小一些.Δt越小,运动的描述就越精确.当Δt非常非常小时,运动快慢的差异可以忽略不计,此时,我们就把
叫作物体在时刻t的瞬时速度,速度方向就是该时刻的运动方向.
课堂探究
主题一 速度
比较物体运动快慢的方法:
①相同的时间比较位移.②相同位移比较所用的时间.
【问题探究】
探究点 速度
(1)甲图中30min内自行车行驶了8km、汽车行驶了50km,应该如何比较它们运动的快慢呢?
(2)乙图中百米赛跑,优秀运动员跑10s,而某同学跑13.5s,应该如何比较他们运动的快慢呢?
提示:
(1)甲图中汽车运动得快,相同时间内位移大.
(2)乙图中优秀运动员运动的快,相同位移内时间短.
(1)v不仅表示运动的快慢,同时也表示运动的方向;
(2)单位换算关系:
1m/s=3.6km/h
【探究总结】
1.速度是矢量,既有大小又有方向,速度的大小在数值上等于单位时间内物体位移的大小,方向即物体的运动方向.
2.速度是描述物体运动快慢的物理量,也叫物体位置的变化率,速度越大,表示物体运动得越快,其位置变化得也就越快.
3.定义式v=
的理解:
公式v=
中的Δx是物体运动的位移,不是路程.v=
是速度的定义式,不是决定式,不能认为v与位移成正比、与时间成反比.
【典例示范】
例1 通过测量可得到摩托车、动车、小轿车的位置变化情况如表所示.
初位置/m
经过时间/s
末位置/m
A.摩托车沿平直道路行驶
0
5
100
B.动车沿平直道路行驶
0
8
240
C.小轿车沿平直道路行驶
500
30
1250
比较摩托车、动车、小轿车,谁的位移最大?
谁的位置变化最快?
谁的速度最大?
解析:
摩托车、动车、小轿车的位移分别为:
100m、240m、750m.
摩托车、动车、小轿车的速度分别为:
20m/s、30m/s、25m/s.
答案:
小轿车的位移最大,动车的位置变化最快,即动车的速度最大.
训练1 一物体沿直线从A匀速运动到B,用时2.5s,则:
(1)求物体从A运动到B的位移.
(2)求物体匀速运动的速度.
解析:
(1)物体从A运动到B时,x=(-2)m-3m=-5m,位移方向沿x轴负方向.
(2)由速度定义式:
v=
=
m/s=-2m/s,方向沿x轴负方向.
答案:
(1)5m,沿x轴负方向
(2)2m/s,沿x轴负方向
主题二 平均速度和瞬时速度
【问题探究】
探究点1 平均速度
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.
(1)请计算上述6个时间间隔内的平均速度,并说明哪段时间运动得最快.
(2)我们能用平均速度精确描述物体的运动情况吗?
为什么?
(3)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“任意时刻的速度”吗?
提示:
(1)第1个2s内
=
=6m/s,第2个2s内
=
=7m/s,第3个2s内
=
=8m/s,第4个2s内
=
=9.5m/s,第5个2s内
=
=10m/s,第6个2s内
=
=9.5m/s.
第5个2s内运动得最快.
(2)不能,平均速度仅能反映一段时间或一段位移内的大体运动情况,不能描述每个时刻如何运动.
(3)不能.
探究点2 瞬时速度
在国外,一位女士由于驾车超速而被警察拦住,警察走过来对她说:
“太太,您刚才的车速是100km/h,超过限速80km/h的规定!
”这位女士反驳说:
“不可能!
我才开了7分钟,还不到一个小时,怎么可能走了100km呢?
”“太太,我的意思是,如果您继续像刚才那样开车,在下一个小时内,您将驶过100km.”女士笑了,“这不会,因为再走20km,我就到家了,根本不需要开100km.”
(1)从物理学角度看,这位女士没有认清哪个物理概念?
(2)平均速度和瞬时速度有什么不同?
提示:
(1)由题意可知,超速应是任意时刻超过100km/h,故该女士没有认清瞬时速度的概念.
(2)平均速度是物体在单位时间内通过的路程.而瞬时速度是指物体在某一时刻或某一位置上的速度.
【探究总结】
1.平均速度与瞬时速度的区别和联系
平均速度
瞬时速度
区
别
定义
运动物体的位移与所用时间的比值
运动物体在某一时刻或某一位置的速度
物理意义
粗略描述物体运动的快慢
精确描述物体运动的快慢
方向
与Δx方向一致
与某时刻或某位置运动方向一致
联系
(1)瞬时速度可看做当Δt很小很小时,Δt内的平均速度;
(2)在匀速直线运动中,瞬时速度和平均速度始终相同
2.平均速度与平均速率的比较
(1)定义:
平均速度=
;平均速率=
.
(2)标矢性:
平均速度是矢量,有方向;平均速率是标量,无方向.
(3)联系:
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.
(1)平常我们所说的速度既可能是平均速度,也可能是瞬时速度,要根据上、下文来判断.
(2)瞬时速度大的物体,其平均速度不一定大.
【典例示范】
例2 下面几个速度中属于平均速度的是( )
A.子弹射出枪口的速度是800m/s
B.子弹以790m/s的速度击中目标
C.汽车通过站牌时的速度是72km/h
D.小球第3秒内的速度是5m/s
解析:
子弹射出枪口的速度和击中目标的速度对应的都是某一位置,是时刻,A、B错误;汽车通过站牌时的速度对应的是站牌所在位置,为瞬时速度,C错误;小球第3秒内的速度对应的是一段时间间隔,为平均速度,D正确.
答案:
D
判断瞬时速度和平均速度的方法
(1)从时间上看,与时刻对应的是瞬时速度,与时间对应的是平均速度.
(2)从空间上看,与位置对应的是瞬时速度,与位移对应的是平均速度.
例3 在伦敦奥运会上,“世界飞人”博尔特分别以9秒63和19秒32的成绩夺得男子100m和200m的冠军,继北京奥运会后再次蝉联双冠王,下列说法不正确的是( )
A.博尔特在百米比赛中的平均速度是10.38m/s
B.博尔特在百米比赛中的平均速率是10.38m/s
C.博尔特在200米比赛中的平均速度是10.35m/s
D.博尔特在200米比赛中的平均速率是10.35m/s
解题指导:
第一步:
抓关键点
关键点
获取信息
100m比赛
跑道是直线,位移大小=路程=100m
200m比赛
跑道一部分为弯道,位移大小<路程=200m
第二步:
找突破口
平均速度=
,平均速率=
解析:
100m比赛中,位移大小和路程都等于100m,平均速度的大小和平均速率相等,即v1=
m/s=10.38m/s,故A、B对;在200m比赛中,路程是200m,位移小于200m,故平均速率v2=
m/s=10.35m/s且大于平均速度的大小,故C错、D对.
答案:
C
方法技巧
平均速度的计算方法
平均速度对应一段时间或一段位移,对于一般的变速运动,根据定义式
=
求解是基本方法.
训练2
2018年3月16日~18日,以“绿色出行 安全交通”为主题的第12届山东国际电动车新能源汽车展览会在济南国际会展中心隆重举行.某新能源汽车在平直的公路上启动后在第10s末速度表的指针指在如图所示的位置,前10s内汽车运动的距离为150m.下列说法中正确的是( )
A.第10s末汽车的瞬时速度大小是70m/s
B.第10s末汽车的瞬时速度大小是70km/h
C.第10s内汽车的平均速度大小是70m/s
D.前10s内汽车的平均速度大小是35m/s
解析:
汽车的速度表每时每刻都在变化,故速度表显示的是瞬时速度;汽车在10s内通过的位移与所用时间10
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