物理必修1 1.3《动快慢与方向的描述速度》课件

欢迎进入物理课堂 3 运动快慢与方向的描述 速度 1 如右图所示是某轿车行驶在高速公路上的速度表 由表可知该轿车行驶速度是 km h 以此速度匀速行驶180km的路程 需要的时间是 h 答案 9022 一列长100m的列车 穿过长500m的山洞 若火车运行速度是108km h 火车穿过山洞所用时间是 s 答案 20 一 运动快慢的描述 速度1 定义 位移与发生这段位移所用的比值 2 定义式 v 3 物理意义 描述物体运动的及运动 4 单位 国际单位制中是 符号 另外在实用中还有 等 1m s km h 5 方向 速度是矢量 其方向就是物体的方向 6 速度的大小在数值上等于物体在内发生的位移 时间 快慢 方向 米每秒 km h cm s 3 6 运动 单位时间 cm s 发生位移越大的物体一定运动的越快吗 提示 不一定 由于描述物体运动的快慢用速度 速度等于物体发生的位移与发生这段位移所用时间的比值 由于不知道时间长短 所以无法确定物体运动的快慢 二 平均速度1 定义 在某段时间内物体的位移 x与发生这段位移所用的时间 t的 叫做这段时间 或位移 内的平均速度 公式表示为 2 意义 平均速度反映做变速运动的物体在某段时间内运动的 它是对变速直线运动的描述 3 矢量性 平均速度的方向与 t时间内发生的位移 x的方向 比值 平均快慢 粗略 相同 三 学生实验 用打点计时器测平均速度1 认识打点计时器 1 构造 2 作用打点计时器记录做直线运动物体的和 位置 时间 2 数据处理及结论 挑选点迹清晰 并且所有点都在一条直线上的纸带 以0 1s为周期标注计数点 如下图所示 a 观察纸带上的点迹 说明如何通过点迹判断小车运动的快慢 b 说明小车的速度是如何变化的 c 测定小车在计数点O A O B O C O D O E O F区间的平均速度 d 通过数据分析 你能推断出哪一区间的平均速度能比较准确地反映小车经过D点时运动的快慢 四 瞬时速度1 定义 运动物体在某一 或经过某一位置 时的速度叫做瞬时速度 2 意义 瞬时速度反映的是物体在某一时刻 或经过某一位置 时运动的快慢 它能地描述物体做变速运动的快慢 瞬时速度的大小通常叫速率 时刻 精确 五 速度 时间图象1 定义以速度v为 时间t为 建立平面直角坐标系 根据计算出的不同时刻对应的瞬时速度值 在坐标系中描出一系列点 再用平滑曲线把这些点连接起来 就得到了一条能够描述速度v与时间t变化关系的图象 v t图象 简称速度图象 纵轴 横轴 2 意义图象上的一点表示某时刻的瞬时速度 3 匀速直线运动v t图象匀速直线运动的速度图象是一条与时间轴平行的直线 如右图所示 4 变速直线运动的v t图象 一 电火花计时器与电磁打点计时器的比较1 工作原理 1 电磁打点计时器 它是利用电磁感应原理打点计时的一种仪器 当接在10V以下 一般保证在4V以上 的低压交流电源上时 线圈的磁场方向周期性改变 在线圈和永久磁铁的作用下 振片便上下振动起来 位于振片一端的振针就跟着上下振动而打点 这时如果纸带运动 振针就在纸带上打出一系列点迹 振片的振动周期与电源的电流变化周期一致 当电源频率为50Hz时 它每隔0 02s打一次点 即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔为0 02s 2 电火花打点计时器 它是利用火花放电在纸带上打出点迹的计时仪器 当接通220V交流电源 按下脉冲输出开关时 计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针 墨粉纸盘到接负极的纸盘轴 产生火花放电 于是在运动纸带上就打出一系列点迹 当电源频率为50Hz时 它也是每隔0 02s打一次点 即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也是0 02s 2 两种打点计时器的比较 1 对电磁打点计时器和电火花计时器的有关说法中 正确的是 A 电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流电B 两种打点计时器的打点频率与交流电源的频率一样C 电火花计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸D 电磁打点计时器在纸带上打点是靠电火花和墨粉 解析 电磁打点计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸 电火花计时器在纸带上打点是靠电火花和墨粉 所以C D错误 答案 AB 二 对平均速度和瞬时速度的理解1 平均速度 1 反映一段时间内物体运动的平均快慢程度 它与一段位移或一段时间相对应 2 在变速直线运动中 平均速度的大小跟选定的时间或位移有关 不同时间段内或不同位移上的平均速度一般不同 必须指明求出的平均速度是对应哪段时间内或哪段位移的平均速度 不指明对应的过程的平均速度是没有意义的 3 平均速度是矢量 其大小可由公式求出 其方向与一段时间 t内发生的位移的方向相同 与运动方向不一定相同 2 瞬时速度 1 瞬时速度精确地描述了物体运动的快慢及方向 是矢量 一般情况下所提到的速度都是指瞬时速度 2 瞬时速度与某一时刻或某一位置相对应 即对应于某一状态 3 瞬时速度的方向就是该状态物体运动的方向 3 两者的关系 1 当位移足够小或时间足够短时 可以认为瞬时速度就等于平均速度 2 在匀速直线运动中 平均速度和瞬时速度相等 1 平均速度的大小与瞬时速度的大小没有必然的关系 即瞬时速度大的物体 其平均速度不一定大 2 平均速度与速度的平均值是不同的 速度的平均值并不一定等于平均速度 2 小华和小明两位同学进行冲刺比赛 小华8s奔跑出了70m 小明奔跑80m用了9s 则小华冲刺得比小明 填 快 或 慢 答案 慢 3 如图所示 两路灯灯杆A B相距40m 一辆汽车用3 2s时间通过这两根路灯灯杆 据此可以计算出汽车在这段位移中的 速度为 m s 若灯杆A的近旁相距0 42m处有一块路牌 汽车驶过路牌和灯杆的这一小段距离只用了0 03s 在这段时间里的平均速度为 m s 可以认为汽车驶过灯杆时的 速度为 m s 答案 平均12 514瞬时14 三 瞬时速率和平均速率1 瞬时速率瞬时速度的大小称为瞬时速率 它是标量 只有大小 没有方向 2 平均速率 1 定义 运动物体通过的路程与通过这段路程所用时间的比值 是标量 2 说明 平均速率与平均速度是两个完全不同的概念 由于在一般情况下质点的路程要大于位移的大小 所以平均速率一般也要大于平均速度的大小 只有在单向的直线运动中 两者的大小才能相等 3 举例 如右图所示 一质点沿直线AB运动 先以速度v从A运动到B 接着以速度2v沿原路返回到A 则此过程的位移是零 所以平均速度是零 但平均速率不等于零 设AB相距l 则其平均速率为 由此可以看出 平均速率与平均速度不同 4 有一辆汽车沿笔直公路行驶 第1s内通过5m的距离 第2s内和第3s内各通过20m的距离 第4s内通过15m的距离 第5s内反向通过10m的距离 求这5s内的平均速度和平均速率及后2s内的平均速度和平均速率 答案 10m s14m s2 5m s12 5m s 四 用打点计时器测量瞬时速度测量原理 1 用打点计时器测量瞬时速度的方法 如图所示 测量出包含E点在内的DF两点间的位移 x和时间 t 算出纸带在这两点间的平均速度 用这个平均速度代表纸带经过E点时的瞬时速度 2 可以大致表示E点的瞬时速度 D F两点离E点越近 算出的平均速度就越接近E点的瞬时速度 然而D F两点距离过小则测量误差增大 应根据实际情况选取这两个点 3 科学方法 由可知 用平均速度代表瞬时速度的条件是 t 0 即 t很小 这样做体现了一种极限思想 这是一种科学的近似方法 5 打点计时器所用电源的频率为50Hz 某次实验中得到一条纸带 用厘米刻度尺测量情况如图所示 纸带在A C间的平均速度为 m s A D间的平均速度是 m s B点的瞬时速度更接近于 m s 答案 0 350 430 35 五 速度 时间图象1 物理意义速度 时间图象 即v t图象 反映的是速度随时间的变化关系 它并不是物体的运动轨迹 速度不同的匀速直线运动的v t图象 都是平行于时间轴的直线 但它们在纵轴上的截距不同 纵轴的截距表示的是速度的大小 如右图所示 a b c的速度分别为va vb和vc 且va vb vc是负值 说明速度的矢量性 其方向和正方向相反 2 图象与坐标轴包围的面积v t图象不但可以直观地反映速度随时间变化的规律 而且可以反映某段时间t内发生的位移 这段时间内对应的位移就等于v t图象与坐标轴及t的末时刻线所围面积的数值 如上图所示 在时间t0内b所发生的位移等于b与时间轴所夹的 面积 即图中的阴影部分 t轴上方的面积表示沿正方向发生的位移 t轴下方的面积表示沿负方向发生的位移 它们的代数和表示总位移 6 如下图所示的4个图象中 表示物体做加速直线运动的图象是 答案 AD 甲 乙两质点在同一直线上匀速运动 设向右为正方向 甲质点的速度为2m s 乙质点的速度为 4m s 则可知 A 乙质点的速率大于甲质点的速率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质点运动的方向D 若甲 乙两质点同时由同一地点出发 则10s后甲 乙两质点相距60m 解析 因为速度是矢量 其正 负号表示质点的运动方向 速率是标量 在匀速直线运动中 速度的大小等于速率 故A C正确 B错 甲 乙两质点在同一直线上沿相反方向运动 故D正确 答案 ACD 1 1 甲 乙两车从A地出发经过不同的时间后都到达B地 甲运动的时间较长则 A 甲的平均速度一定比乙大B 甲的平均速度一定比乙小C 甲的瞬时速度一定比乙小D 甲 乙两车通过的位移一定相等 解析 甲 乙两车的位移相等 因甲车运动时间较长 由 知 甲的平均速度一定比乙小 但其路程不一定相同 即甲的平均速率不一定比乙小 某一时刻的瞬时速度也不一定比乙小 答案 BD 一辆汽车以20m s的速度沿平直公路从甲地运动到乙地 又以30m s的速度从乙地运动到丙地 如右图所示 已知甲 乙两地间的距离与乙 丙两地间的距离相等 求汽车从甲地开往丙地的过程中的平均速度 答案 24m s 2 1 某物体以半径r做圆周运动 在时间t内运动了5 5周 求时间t内物体的平均速率和平均速度的大小 解析 由于路程为11 r 而位移的大小为2r 所以平均速率为11 r t 平均速度的大小为2r t 如右图所示的四条纸带 是某同学练习使用打点计时器得到的纸带 纸带的左端先通过打点计时器 从点迹的分布情况可以断定 纸带 是匀速通过打点计时器的 纸带 是越走越快的 纸带 是开始越走越快 后来又越走越慢的 若所用电源的频率是50Hz 图中D纸带 从A点通过计时器到B点通过计时器 历时 s 位移为 m 这段时间内纸带运动的平均速度是 m s BC段的平均速度是 m s AD段的平均速度是 m s 解析 速度是单位时间内物体所通过的位移 纸带上每相邻两点间的时间间隔相等 因此物体匀速运动时 相邻两点间的距离相等 所以A C纸带是匀速通过打点计时器的 B纸带相邻两点间距离越来越大 则速度越来越大 因此B纸带是越来越快地通过打点计时器的 D纸带相邻两点间的距离先变大 后变小 说明速度先变大后变小 因此D纸带是开始越来越快 后来又越来越慢 所用电源的频率是50Hz 则相邻两点间的时间间隔为0 02s 从A点到B点有两段时间间隔 所以时间为0 04s 位移为0 27m 这段时间的平均速度为 代入数值得平均速度为6 75m s BC段的位移为22cm 即0 22m 所用时间为0 02s 代入上式得平均速度为11m s 而AD段的位移为63cm 即0 63m 所用时间为0 08s 代入上式得平均速度为7 88m s 答案 A CBD0 040 276 75117 88 3 1 如下图所示 是某同学练习使用打点计时器得到的纸带 纸带的左端先通过打点计时器 从点迹的分布情况可以断定纸带的速度变化情况是 若所用电源频率为50Hz 从打下A点到打下B点 共16个点迹 历时 s 位移为 m 这段时间内纸带运动的平均速度为 m s 答案 先变大后变小0 35 49 10 20 183 如右图所示是一个物体运动的v t图象 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 解析 从v t图象上看 判断初速度主要看t 0时刻的速度是否为零 即看图线的纵轴截距 判断运动方向要看速度的正负 即图线在t轴上方还是t轴下方 判断速度大小的变化要看图线的走向 即图线离t轴的距离变化 答案 1 有初速度 2 运动方向变化 0 t3之间运动方向不变 与正方向相同为同一方向 t3之后方向改变 为负方向 3 速度先变大后不变再变小而后又反向变大 4 1 如下图所示是某物体在0 10s内的v t图象 下列说法中正确的是 A 物体在第1s内的位移为4mB 物体在第5s内的位移为8mC 物体在前6s内的位移为8mD 物体在后6s内的位移为40m 答案 BD 求平均速度时常见的错误本节中易出错的地方在于认为平均速度就等于速度的平均值 即认为 这个式子对特定的运动是适用的 但对一般的直线运动和曲线运动是不适用的 在计算平均速度时 必须用位移与时间的比去求解 并且必须强调针对的是哪段位移 或哪段时间 运动员在百米赛跑中 测得70m处的速度是9m s 10s末恰好到达终点时的速度为10 2m s 则运动员在全程内的平均速度是 A 9m sB 9 6m sC 10m sD 5 1m s 答案 C 错因分析 选B选项是因为未从根本上理解平均速度的含义 也未弄清是要求哪一段时间或位移上的平均速度 乱套公式 以任意两个速度的算术平均值取代平均速度而造成错解 第二种错解中 主要是没有弄清初 末速度的算术平均值不一定等于全程的平均速度 因为百米赛跑的运动员 其运动过程是变速直线运动 解答时要注意物理公式的适用范围和成立条件 1 使用打点计时器时 A 应先接通电源 再使纸带运动B 应先使纸带运动 再接通电源C 在使纸带运动的同时接通电源D 先使纸带运动或先接通电源都可以 解析 先接通电源 再使纸带运动 可使纸带上打出的点更多 纸带利用率更高 答案 A 2 2008年5月12日14时28分 四川省汶川县发生了8 0级强烈地震 道路 桥梁全部毁坏 车辆无法通行 为迅速赶往汶川县城实施救援 武警战士徒步越过重重障碍 沿着崎岖的山路行军60km 用了5小时到达汶川县城 随即展开紧急救援 以下关于武警战士行军的速度和速率说法正确的是 A 平均速度是3 3m sB 各时刻的速度均为3 3m sC 平均速率是3 3m sD 各时刻的速率均为3 3m s 答案 C 3 日常生活中 对平均速度和瞬时速度我们都称为 速度 下列所说的速度中 指平均速度的是 指瞬时速度的是 选填字母序号 A 百米赛跑运动员冲过终点线时的速度达到9 5m sB 经提速后列车的运行速度达到150km hC 由于堵车 在隧道内的车速仅为1 2m sD 返回地面的太空舱以8m s的速度落入太平洋中E 子弹以800m s的速度撞击到墙上 解析 答案 BCADE 4 假期小明外出旅行 汽车行驶在沪宁高速公路上 小明两次看到路牌和手表如图a b所示 则小明乘坐汽车行驶的平均速率是多少 答案 100km h 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全