2021届全国新高考物理备考复习：极限思想课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021,届全国新高考物理备考复习,极限思想,2021届全国新高考物理备考复习极限思想,1,一、极限思想的意义和主要应用方向,极限的思想是近代数学的一种重要思想，是指用极限概念分析问题和解决问题的一种数学思想,极限思想是微积分的基本思想,一、极限思想的意义和主要应用方向极限的思想是近代数学的一种重,2,先秦：“周三径一“，周长与直径的比例为三比一,圆周分割的越细，内接多边形的边长越接近这两间的弧长，其内接正多边形的周长就越接近圆,的,周,长,，误差就越小,A,B,圆周率：,3.14,和,3.1416,刘徽“割圆术”,先秦：“周三径一“，周长与直径的比例为三比一圆周分割的越细，,3,将圆分割为多个圆弧，弧长弦长,分割的弧长数量越来越多，弧长减小，接近弦长,把弦长累加求和，近似代表圆周长,主要步骤：,刘徽,刘徽“割圆术”,将圆分割为多个圆弧，弧长弦长分割的弧长数量越来越多，弧长减,4,一、极限思想的意义和主要应用方向,牛顿,莱布尼茨,平均速度：,瞬时速度：,牛顿、莱布尼茨和微积分,一、极限思想的意义和主要应用方向牛顿莱布尼茨平均速度：瞬时速,5,1,2,将研究过程进行无限分割,必要时再将分割后的变量进行累加求和,无限分割,无限分割再累加求和,12将研究过程进行无限分割必要时再将分割后的变量进行累加求和,6,二、无限分割,（一）瞬时速度,【思考】如何定义瞬时速度？,平均速度：,瞬时速度：,对时间进行无限分割,速度就等于位移对时间的变化率,二、无限分割（一）瞬时速度【思考】如何定义瞬时速度？平均速度,7,二、无限分割,（一）瞬时速度,x,t,O,t,1,t,2,t,x,瞬时速度用,x-t,图中切线的斜率表示,二、无限分割（一）瞬时速度xtOt1t2tx瞬时速度用x,8,二、无限分割,（一）瞬时速度,打点计时器,气垫导轨,二、无限分割（一）瞬时速度打点计时器气垫导轨,9,二、无限分割,【,思考,】,还有哪些物理概念在建立的过程中也采用了类似的思想方法呢？,加速度,：,瞬时加速度：,v,t,t,v,瞬时加速度用,v-t,图中切线的斜率表示,O,方法迁移,二、无限分割【思考】还有哪些物理概念在建立的过程中也采用了类,10,二、无限分割,电流：,瞬时电流：,q,t,t,q,瞬时电流用,q-t,图中切线的斜率表示,O,方法迁移,二、无限分割电流：瞬时电流：qttq瞬时电流用q-t图中,11,二、无限分割,例：,A,、,B,是某电场中一条电场线上的两点，一点电荷仅在电场力作用下，沿电场线从,A,点运动到,B,点，过此两点的速度大小分别为,v,A,和,v,B,，其速度随时间变化的图象如图所示。,A,、,B,两点电场强度分别为,E,A,和,E,B,，该点电荷在这两点的电势能分别为,E,pA,和,E,pB,，则下列判断正确的是,A,E,A,E,B,，,E,pA,E,B,，,E,pA,E,pB,C,E,A,E,B,，,E,pA,E,pB,D,E,A,E,pB,二、无限分割例：A、B是某电场中一条电场线上的两点，一点电荷,12,二、无限分割,E,F,电,a,瞬时加速度用,v-t,图中的斜率表示,例：,A,、,B,是某电场中一条电场线上的两点，一点电荷仅在电场力作用下，沿电场线从,A,点运动到,B,点，过此两点的速度大小分别为,v,A,和,v,B,，其速度随时间变化的图象如图所示。,A,、,B,两点电场强度分别为,E,A,和,E,B,，该点电荷在这两点的电势能分别为,E,pA,和,E,pB,，则下列判断正确的是,二、无限分割EF电a瞬时加速度用v-t图中的斜率表示例：A、,13,二、无限分割,A,B,，减速,电场力做负功,电势能增大,例：,A,、,B,是某电场中一条电场线上的两点，一点电荷仅在电场力作用下，沿电场线从,A,点运动到,B,点，过此两点的速度大小分别为,v,A,和,v,B,，其速度随时间变化的图象如图所示。,A,、,B,两点电场强度分别为,E,A,和,E,B,，该点电荷在这两点的电势能分别为,E,pA,和,E,pB,，则下列判断正确的是,A,A,E,A,E,B,，,E,pA,E,B,，,E,pA,E,pB,C,E,A,E,B,，,E,pA,E,pB,D,E,A,E,pB,二、无限分割AB，减速电场力做负功电势能增大例：A、B是某,14,【思考】,匀速圆周运动是变加速运动，如何推导瞬时加速度的表达式？,t,A,B,二、无限分割,（二）向心加速度的推导,【思考】匀速圆周运动是变加速运动，如何推导瞬时加速度的表达式,15,速度的矢量三角形与矢量式三角形,ABO,相似,二、无限分割,（二）向心加速度的推导,速度的矢量三角形与矢量式三角形ABO相似二、无限分割（二）向,16,二、无限分割,（三）非匀强电场中电场强度与电势差的关系,在匀强电场中，,x,二、无限分割（三）非匀强电场中电场强度与电势差的关系在匀强电,17,x,x,二、无限分割,（二）非匀强电场中电场强度与电势差的关系,A,x,E,A,x,E,xx二、无限分割（二）非匀强电场中电场强度与电势差的关系A,18,二、无限分割,（二）非匀强电场中电场强度与电势差的关系,对空间进行无限分割,x,0,x,（无穷远处，,=0,）,场强等于电势对空间的变化率,某点处的场强用,-x,图中切线的斜率表示,二、无限分割（二）非匀强电场中电场强度与电势差的关系对空间进,19,二、无限分割,例：如图所示，左图为匀强电场，右图为正点电荷产生的电场。请同学们分别定性地画出匀强电场和点电荷电场中沿着,x,轴的电势随位置的变化图像。,注意：,将,负极板,接地,作为电势,0,点；点电荷取无穷远处为电势,0,点。,x,x,二、无限分割例：如图所示，左图为匀强电场，右图为正点电荷产生,20,二、无限分割,x,0,匀强电场中场强大小和方向处处相同,沿场线方向，电势降低,斜率是定值,负极板电势为,0,x,二、无限分割x0匀强电场中场强大小和方向处处相同沿场线方向,21,二、无限分割,沿场线方向，电势降低,离场源电荷越远，场强越小,无穷远处,电势为,0,x,x,0,斜率逐渐减小,二、无限分割沿场线方向，电势降低离场源电荷越远，场强越小无穷,22,二、无限分割,（四）极短时间内流体柱的建模,例,：在,实际生活中经常看到这种现象：适当调整开关，可以看到从水龙头中流出的水柱越来越细，如图,2,所示，垂直于水柱的横截面可视为圆。在水柱上取两个横截面,A,、,B,，经过,A,、,B,的水流速度,大小分别为,v,1,、,v,2,；,A,、,B,直径分别为,d,1,、,d,2,，且,d,1,:,d,2,=2:1,。,求：水流的速度大小之比,v,1,:,v,2,。,二、无限分割（四）极短时间内流体柱的建模例：在实际生活中经常,23,二、无限分割,质量守恒,m,A,=,m,B,V,A,=,V,B,A,B,t,0,水柱是一个圆柱形,水流速度不变,V,A,=,V,B,二、无限分割质量守恒mA=mBVA=VBABt0水柱是一,24,三、无限分割再累加求和,（一）推导匀变速直线运动的位移时间关系,【,思考,】,如何推导匀变速直线运动中，位移与时间的关系？,v-t,图线与坐标轴围成的矩形面积，代表物体从,0,到,t,这段时间间隔的位移。,三、无限分割再累加求和（一）推导匀变速直线运动的位移时间关系,25,三、无限分割再累加求和,（一）推导匀变速直线运动的位移时间关系,【,思考,】,如何推导匀变速直线运动中，位移与时间的关系？,v-t,图线与坐标轴围成的梯形面积，代表物体从,0,到,t,这段时间间隔的位移。,三、无限分割再累加求和（一）推导匀变速直线运动的位移时间关系,26,三、无限分割再累加求和,（一）推导匀变速直线运动的位移时间关系,梯形的面积：,对时间进行累加求和,位移：,三、无限分割再累加求和（一）推导匀变速直线运动的位移时间关系,27,三、无限分割再累加求和,方法迁移,a-t,图中图线与横轴围成的面积，代表物体从,0,到,t,这段时间间隔的速度变化量。,【,思考,】,在哪些问题中，我们还可以采用对时间积累的,方法推导某一个物理量的大小及其表达式呢？,三、无限分割再累加求和方法迁移a-t图中图线与横轴围成的面积,28,三、无限分割再累加求和,F-t,图中图线与横轴围成的面积，代表力,F,从,0,到,t,这段时间间隔的冲量。,方法迁移,三、无限分割再累加求和F-t图中图线与横轴围成的面积，代表力,29,三、无限分割再累加求和,I-t,图中图线与横轴围成的面积，代表电容器从,0,到,t,这段时间间隔充电的电荷量。,方法迁移,三、无限分割再累加求和I-t图中图线与横轴围成的面积，代表电,30,三、无限分割再累加求和,例：质点所受的力,F,随时间变化的规律如图所示，力的方向始终在一直线上。已知,t,0,时质点的速度为零。在图示,t,1,、,t,2,、,t,3,和,t,4,各时刻中，哪一时刻质点的动量最大,A,t,1,B,t,2,C,t,3,D,t,4,方法迁移,三、无限分割再累加求和例：质点所受的力F随时间变化的规律如图,31,三、无限分割再累加求和,动量定理,I=p p=p,v,0,=0,0,t,2,，,I,0,t,2,t,4,，,I,0,冲量是矢量,I,4,=,0,I,2,最大,方法迁移,三、无限分割再累加求和动量定理I=p p=pv,32,三、无限分割再累加求和,例：质点所受的力,F,随时间变化的规律如图所示，力的方向始终在一直线上。已知,t,0,时质点的速度为零。在图示,t,1,、,t,2,、,t,3,和,t,4,各时刻中，哪一时刻质点的动量最大,A,t,1,B,t,2,C,t,3,D,t,4,B,方法迁移,三、无限分割再累加求和例：质点所受的力F随时间变化的规律如图,33,三、无限分割再累加求和,（二）根据,F-x,图像求功,胡克定律,：,弹簧发生弹性形变时，弹力的大小,F,跟弹簧伸长（或缩短）的长度,x,成正比，即,F=kx,。,变力做功,【思考】如何计算弹簧从形变量为,x,1,伸长到,x,2,位置过程中，弹力做功的大小呢？,三、无限分割再累加求和（二）根据F-x图像求功胡克定律：弹簧,34,三、无限分割再累加求和,F,x,O,x,F,恒力做功：,（二）根据,F-x,图像求功,F-x,图中图线与横轴围成的面积，代表力,F,沿力的方向通过位移,x,所做的功,三、无限分割再累加求和FxOxF恒力做功：（二）根据F-x图,35,三、无限分割再累加求和,（二）根据,F-x,图像求功,F,x,O,F,x,O,F,x,O,A,B,D,C,三、无限分割再累加求和（二）根据F-x图像求功FxOFxOF,36,三、无限分割再累加求和,（二）根据,F-x,图像求功,F,x,O,x,1,x,2,F,2,F,1,梯形的面积：,功：,弹力做负功,A,B,C,D,三、无限分割再累加求和（二）根据F-x图像求功FxOx1x2,37,三、无限分割再累加求和,方法迁移,【思考】在这样一个非匀强电场中有任意三个点,A,、,B,、,C,，其中,AB=BC,，请根据图中所给的已知条件判断,AB,、,BC,之间的电势差的关系？,匀强电场：,x,x,E,三、无限分割再累加求和方法迁移【思考】在这样一个非匀强电场中,38,三、无限分割再累加求和,【,思考,】,类比推导弹簧弹力做功表达式的过程，可否利用,E-x,图像来比较,AB,、,BC,之间的电势差的大小？在图像中，电势差又可以怎样表示呢？,E,x,O,x,E,x,O,x,A,B,C,对空间进行累加求和,方法迁移,E-x,图中图线与横轴围成的面积，代表这段距离之内的电势差。,三、无限分割再累加求和【思考】类比推导弹簧弹力做功表达式的过,39,三、无限分割再累加求和,（三）计算电容器储存的电能,例,：电容器,充电后就储存了能量，某同学研究电容器储存的能量,E,与电容器的电容,C,、电荷量,Q,及电容器两极间电压,U,之间的关系。他从等效的思想出发，认为电容器储存的能量等于把电荷从,一个极板搬运到另一个极板过程中克服电场力,所做的功。为此他做出电容器两极间的电压,u,随电荷量,q,变化的图像。按照他的想法，下列,说法正确的是,三、无限分割再累加求和（三）计算电容器储存的电能例：电容器充,40,三、无限分割再累加求和,例,：,A,u-q,图线的斜率越大，电容,C,越大,B,搬运,q,的电量，克服电场力所做的功近似等于,q,上方小矩形的面积,C,对同一电容器，电容器储存的能量,E,与两极间电压,U,成正比,D,若电容器电荷量为,Q,时储存的能量为,E,，则,电容器电荷量为,Q/,2,时储存的能量为,E/,2,C=q/u,u=q/C,斜率越大，电容越小,电容器所储存的能量,E=,电荷克服电场力所做的功,W,三、无限分割再累加求和例：C=q/uu=q/C斜率越大，电容,41,三、无限分割再累加求和,u,q,O,q,u,电势差不变：,u-q,图中图线与横轴围成的面积，代表把电荷从一个极板搬运到另一个极板这段时间内克服电场力做的功。,三、无限分割再累加求和uqOqu电势差不变：u-q图中图线与,42,三、无限分割再累加求和,电势差变化：,将充电过程无限分割,A,B,三、无限分割再累加求和电势差变化：将充电过程无限分割AB,43,三、无限分割再累加求和,例,：,A,u-q,图线的斜率越大，电容,C,越大,B,搬运,q,的电量，克服电场力所做的功近似等于,q,上方小矩形的面积,C,对同一电容器，电容器储存的能量,E,与两极间电压,U,成正比,D,若电容器电荷量为,Q,时储存的能量为,E,，则,电容器电荷量为,Q/,2,时储存的能量为,E/,2,B,对能量积累的过程,三、无限分割再累加求和例：B对能量积累的过程,44,三、无限分割再累加求和,例：一般来说，正常人从距地面,1.5m,高处跳下，落地时速度较小，经过腿部的缓冲，这个速度对人是安全的，称为安全着地速度。如果人从高空跳下，必须使用降落伞才能安全着陆，其原因是，张开的降落伞受到空气对伞向上的阻力作用。,某跳伞运动员和降落伞的总质量,m,=80kg,，从,h,=65m,高的跳伞塔上跳下，在下落过程中，经历了张开降落伞前自由下落、张开降落伞后减速下,落和匀速下落直至落地三个阶段。右图是通过固定在,跳伞运动员身上的速度传感器绘制出的从张开降落伞,开始做减速运动至达到匀速运动时的,v-t,图像。根据图,像估算运动员做减速运动的过程中，空气阻力对降落,伞做的功。,动能定理,三、无限分割再累加求和例：一般来说，正常人从距地面1.5m高,45,三、无限分割再累加求和,动能定理,由图可知,代入动能定理表达式,三、无限分割再累加求和动能定理由图可知代入动能定理表达式,46,三、无限分割再累加求和,（四）,论证电场力做功与路径无关,沿斜线,A,B,沿折线,A,M B,三、无限分割再累加求和（四）论证电场力做功与路径无关沿斜线A,47,三、无限分割再累加求和,（四）,论证电场力做功与路径无关,无论从,A,到,B,沿怎样的路径移动电荷，静电力做功大小都是相同的，所以,静电力做功与路径无关。,M,三、无限分割再累加求和（四）论证电场力做功与路径无关无论从A,48,三、无限分割再累加求和,方法迁移,【,思考,】,请同学们课下尝试证明重力做功与路径无关,三、无限分割再累加求和方法迁移【思考】请同学们课下尝试证明重,49,四、总结,1.,主要应用：,无限分割,无限分割再累加求和,变量,恒量,曲线,直线,四、总结1.主要应用：无限分割无限分割再累加求和变量恒量,50,四、总结,2.,经典案例,：,利用极限思想描述物理量的变化率,对时间取极限（速度）,对空间取极限（电场强度）,利用极限思想解决了变速流体问题,A,B,四、总结2.经典案例：利用极限思想描述物理量的变化率对时,51,四、总结,2.,经典案例,：,对时间进行累加,对空间进行累加,对能量积累过程的研究,利用无限分割化变为恒，实现了物理量对时间、空间的累加，对能量的积累,四、总结2.经典案例：对时间进行累加对空间进行累加对能量积,52,四、总结,2.,经典案例,：,利用无限分割化曲为直，分段研究再累加求和的方法论证物理规律,论证电场力做功与路径无关,四、总结2.经典案例：利用无限分割化曲为直，分段研究再累加,53,四、总结,3.,方法策略,：,A,是,y,关于,x,的变化率,例如：,A,的平均值：,A,的瞬时值：,y,x,O,在,y-x,图中,用,切线斜率表示,A,（,1,）,y,x,四、总结3.方法策略：A是y关于x的变化率例如：A的平均值,54,四,、总结,3.,方法策略,：,（,2,）,y,是,A,对,x,的,积累,例如：,W=Fx,I=Ft,Q=It,U=Ed,A,x,0,画出,A,随,x,变化的图像,将,x,进行无限分割，使,x,0,S,图线与横轴所围,可以代表,y,表示,y,的大小，或者比较,y,的大小,在,A-x,图中图线与横轴围成的面积可以表示,y,四、总结3.方法策略：（2）y是A对x的积累例如：W=F,55,