2019-2020年沪科版必修一2.3《匀变速直线运动的规律》WORD教案04.doc

2019-2020年沪科版必修一2.3匀变速直线运动的规律WORD教案04内容概述本章内容从基础物理课程中的初速为零的匀加速直线运动拓展到一般初速不为零的匀变速直线运动。匀速直线运动，初速为零的匀加速直线运动，以及自由落体运动等都可看作本章所讨论的匀变速直线运动的特例。匀变速直线运动是力学中最简单且具有典型性的物理模型之一。对于高中学生来说，通过这个物理模型第一次较完整地经历和体验建立基本概念（速度，加速度），发现基本规律，导出基本公式（速度公式，位移公式），运用规律和公式解决实际问题的探究学习过程。匀变速直线运动也为今后进一步学习动力学知识准备了基础。牛顿第二定律的建立以及功和能等概念的引进，都要运用这个模型。二、教学三维目标1知识与技能知识点学习水平说明匀变速直线运动C掌握匀变速直线运动的规律以及初速不为零的匀变速直线的基本公式，学会用这些基本规律和公式解决实际问题 理解匀变速直线运动的速度-时间图象。学会用图象方法描述规律，解决实际问题。竖直上抛运动B理解竖直上抛运动。学会用匀变速运动的规律解决竖直上抛运动问题本章核心规律是匀变速直线运动的基本规律。在将初速为零的匀加速直线运动拓展到一般初速不为零的匀变速直线运动后，对加速度概念（例如它的矢量性）的理解和运用要比基础型物理课程中的要求高。2过程与方法在基础型物理课程中学过的初速为零的匀加速直线运动规律的基础上，进一步经历从基本概念（速度，加速度）出发，通过推理的演绎，建立更一般的匀变速直线运动规律的科学探究过程；通过用多种方法解决竖直上抛物体运动问题，认识解决运动学问题的思想方法。3情感，态度与价值观通过从初速为零的匀加速直线运动拓展到一般初速不为零的匀变速直线运动的学习，体验从特殊到一般，从简单到复杂的科学探究过程，感悟认识逐步深化，思路逐步拓宽，能力逐步提高的学习乐趣。三、 重点和难点本章重点是初速不为零的匀变速直线运动的基本规律。本章难点是，初速不为零的匀变速直线运动基本公式的应用，包括对竖直上抛运动问题的应用。四、示例解析例题1、一物体做匀变速直线运动，某时刻速度大小为4m/s，1s后速度的大小变为10m/s，在这1s内该物体的 A.位移的大小可能小于4mB.位移的大小可能大于10m C.加速度的大小可能小于4m/sD.加速度的大小可能大于10m/s解析：同向时 反向时 式中负号表示方向跟规定正方向相反答案：A、Dvv10tt1t2v2v1v2例题2 、在轻绳的两端各栓一个小球，一人用手拿者上端的小球站在3层楼阳台上，放手后让小球自由下落，两小球相继落地的时间差为T，如果站在4层楼的阳台上，同样放手让小球自由下落，则两小球相继落地时间差将 A 不变 B 变大 C 变小 D 无法判断解析：两小球都是自由落体运动，可在一v-t图象中作出速度随时间的关系曲线，如图所示，设人在3楼阳台上释放小球后，两球落地时间差为t1，图中阴影部分面积为h，若人在4楼阳台上释放小球后，两球落地时间差t2，要保证阴影部分面积也是h；从图中可以看出一定有t2t1答案： C 例题3、汽车甲沿着平直的公路以速度v0做匀速直线运动，当它路过某处的同时，该处有一辆汽车乙开始做初速度为零的匀加速运动去追赶甲车，根据上述的已知条件 A. 可求出乙车追上甲车时乙车的速度B. 可求出乙车追上甲车时乙车所走的路程C. 可求出乙车从开始起动到追上甲车时所用的时间D. 不能求出上述三者中任何一个解析：题中涉及到2个相关物体运动问题，分析出2个物体各作什么运动，并尽力找到两者相关的物理条件是解决这类问题的关键，通常可以从位移关系、速度关系或者时间关系等方面去分析。根据题意，从汽车乙开始追赶汽车甲直到追上，两者运动距离相等，即s甲=s乙=s，经历时间t甲=t乙=t.vvtv00t乙甲S甲S乙那么，根据匀速直线运动公式对甲应有：根据匀加速直线运动公式对乙有：，及由前2式相除可得at=2v0，代入后式得vt=2v0，这就说明根据已知条件可求出乙车追上甲车时乙车的速度应为2v0。因a不知，无法求出路程和时间，如果我们采取作vt图线的方法，则上述结论就比较容易通过图线看出。图中当乙车追上甲车时，路程应相等，即从图中图线上看面积s甲和s乙，显然三角形高vt等于长方形高v0的2倍，由于加速度a未知，乙图斜率不定，a越小，t越大，s也越大，也就是追赶时间和路程就越大。答案： A 例题4、天文观测表明，几乎所有远处的恒星（或星系）都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度（称为退行速度）越大；也就是说，宇宙在膨胀，不同星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比，即v=Hr。式中H为一常量，称为哈勃常数，已由天文观察测定，为解释上述现象，有人提供一种理论，认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的，假设大爆炸后各星体即以不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心，则速度越大的星体现在离我们越远，这一结果与上述天文观测一致。 由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄T，其计算式如何？根据近期观测，哈勃常数H=310-2m/（s 光年），其中光年是光在一年中行进的距离，由此估算宇宙的年龄约为多少年？解析：由题意可知，可以认为宇宙中的所有星系均从同一点同时向外做匀速直线运动，由于各自的速度不同，所以星系间的距离都在增大，以地球为参考系，所有星系以不同的速度均在匀速远离。则由s=vt可得r=vT，所以，宇宙年龄：T=若哈勃常数H=310-2m/（s 光年）则T=1010年例题5、摩托车在平直公路上从静止开始起动，a1=1.6m/s2，稍后匀速运动，然后减速，a2=6.4m/s2，直到停止，共历时130s，行程1600m。试求：（1）摩托车行驶的最大速度vm；（2）若摩托车从静止起动，a1、a2不变，直到停止，行程不变，所需最短时间为多少？解析：整个运动过程分三个阶段：匀加速运动；匀速运动；匀减速运动。可借助v-t图象表示。首先要回答摩托车以什么样的方式运动可使得时间最短。借助v-t图象可以证明：当摩托车以a1匀加速运动，当速度达到v/m时，紧接着以a2匀减速运动直到停止时，行程不变，而时间最短v/ms1vm0t/s130a1a2（1）如图所示，利用推论vt2-v02=2as有：+（130-）vm+=1600.其中a1=1.6m/s2,a2=6.4m/s2.解得：vm=12.8m/s（另一解舍去）.v/ms1vm0t/s130a1a2tmin(2)路程不变，则图象中面积不变，当v越大则t越小，如图所示.设最短时间为tmin，则tmin= =1600 其中a1=1.6m/s2,a2=6.4m/s2.由式解得vm=64m/s，故tmin=.既最短时间为50s.例题6、一跳水运动员从离水面10m高的平台上跃起，举双臂直立身体离开台面，此时中心位于从手到脚全长的中点，跃起后重心升高0.45m达到最高点，落水时身体竖直，手先入水（在此过程中运动员水平方向的运动忽略不计）从离开跳台到手触水面，他可用于完成空中动作的时间是多少？（g取10m/s2）解析：根据题意计算时，可以把运动员的全部质量集中在重心的一个质点，且忽略其水平方向的运动，因此运动员做的是竖直上抛运动，由可求出刚离开台面时的速度，由题意知整个过程运动员的位移为10m（以向上为正方向），由得：10=3t5t2解得：t1.7sBACD例题7、如图所示，有若干相同的小钢球，从斜面上的某一位置每隔0.1s释放一颗，在连续释放若干颗钢球后对斜面上正在滚动的若干小球摄下照片如图，测得AB=15cm，BC=20cm，试求：（1）拍照时B球的速度；（2）A球上面还有几颗正在滚动的钢球解析：拍摄得到的小球的照片中，A、B、C、D各小球的位置，正是首先释放的某球每隔0.1s所在的位置.这样就把本题转换成一个物体在斜面上做初速度为零的匀加速运动的问题了。求拍摄时B球的速度就是求首先释放的那个球运动到B处的速度；求A球上面还有几个正在滚动的小球变换为首先释放的那个小球运动到A处经过了几个时间间隔（0.1s）（1）A、B、C、D四个小球的运动时间相差T=0.1sVB=m/s=1.75m/s（2）由s=aT2得：a=m/s2=5m/s2五、一题多解例8、火车A以速度v1匀速行驶，司机发现正前方同一轨道上相距s处有另一火车B沿同方向以速度v2（对地，且v2v1做匀速运动，A车司机立即以加速度（绝对值）a紧急刹车，为使两车不相撞，a应满足什么条件？分析：后车刹车做匀减速运动，当后车运动到与前车车尾即将相遇时，如后车车速已降到等于甚至小于前车车速，则两车就不会相撞，故取s后=s+s前和v后v前求解解法一：取取上述分析过程的临界状态，则有v1ta0t2sv2tv1a0t = v2a0 =所以当a 时，两车便不会相撞。解法二：如果后车追上前车恰好发生相撞，则v1tat2 s v2t上式整理后可写成有关t的一元二次方程，即at2（v2v1）ts 0取判别式0，则t无实数解，即不存在发生两车相撞时间t。0，则有vv1v20tt0ACB（v2v1）24（a）s得a为避免两车相撞，故a解法三：运用v-t图象进行分析，设从某时刻起后车开始以绝对值为a的加速度开始刹车，取该时刻为t=0，则A、B两车的v-t图线如图所示。图中由v1 、v2、C三点组成的三角形面积值即为A、B两车位移之差（s后s前）=s，tan即为后车A减速的加速度绝对值a0。因此有（v1v2）=s所以 tan=a0=若两车不相撞需aa0=例9、一辆汽车在十字路口等候绿灯，当绿灯亮时汽车以3m/s2的加速度开始行驶，恰在这时一辆自行车以6m/s的速度匀速驶来，从后边赶过汽车。试求：（1）汽车从路口开动后，在追上自行车之前经过多长时间两车相距最远？此时距离是多少？（2）什么时候汽车追上自行车，此时汽车的速度是多少？解法一：汽车开动后速度由零逐渐增大，而自行车的速度是定值。当汽车的速度还小于自行车速度时，两者的距离将越来越大，而一旦汽车速度增加到超过自行车速度时，两车距离就将缩小。因此两者速度相等时两车相距最大，有，所以， 解法二：用数学求极值方法来求解（1） 设汽车在追上自行车之前经过t时间两车相距最远，因为所以，由二次函数求极值条件知，时，最大即（2）汽车追上自行车时，二车位移相等，则 , 解法三：用相对运动求解更简捷选匀速运动的自行车为参考系，则从运动开始到相距最远这段时间内，汽车相对此参考系的各个物理量为：初速度v0 = v汽初v自 =（06）m/s = 6m/s末速度vt = v汽末v自 =（66）m/s = 0加速度 a = a汽a自 =（30）m/s2 = 3m/s2所以相距最远 s= =6m（负号表示汽车落后）v/ms1v60t/sttv汽v自解法四：用图象求解（1）自行车和汽车的v-t图如图，由于图线与横坐标轴所包围的面积表示位移的大小，所以由图上可以看出：在相遇之前，在t时刻两车速度相等时，自行车的位移（矩形面积）与汽车的位移（三角形面积）之差（即斜线部分）达最大，所以t=v自/a=s=2ss= vtat2/2 =（62322/2）m= 6m11ams2t/s12340（2）由图可看出：在t时刻以后，由v自或与v汽线组成的三角形面积与标有斜线的三角形面积相等时，两车的位移相等（即相遇）。所以由图得相遇时，t= 2t = 4s，v= 2v自=12m/s答案 （1）2s 6m （2）12m/s六、巩固训练1、一物体在A、B两点的正中间由静止开始运动（设不会超越A、B），其加速度随时间变化如图所示。设向A的加速度为为正方向，若从出发开始计时，则物体的运动情况是（ ）A 先向A ，后向B，再向A，又向B，4秒末静止在原处B 先向A ，后向B，再向A，又向B，4秒末静止在偏向A的某点C 先向A ，后向B，再向A，又向B，4秒末静止在偏向B的某点D 一直向A运动，4秒末静止在偏向A的某点2、汽车A在红绿灯前停住，绿灯亮起时起动，以0.4 m/s2的加速度做匀加速运动，经过30 s后以该时刻的速度做匀速直线运动.设在绿灯亮的同时，汽车B以8 m/s的速度从A车旁边驶过，且一直以相同速度做匀速直线运动，运动方向与A车相同，则从绿灯亮时开始（ ）A.A车在加速过程中与B车相遇B.A、B相遇时速度相同C.相遇时A车做匀速运动D.两车不可能再次相遇3、汽车原来以速度v匀速行驶,刹车后加速度大小为a,做匀减速运动,则t秒后其位移为( )A B C D 无法确定4、两木块自左向右运动，现用高速摄影机在同一底片上多次曝光，记录下每次曝光时木块的位置，如图所示，连续两次曝光的时间间隔是相等的.由图可知（ ） A.在时刻t2以及时刻t3两木块速度相同B.在时刻t3两木块速度相同C.在时刻t3和时刻t4之间某瞬时两木块速度相同D.在时刻t4和时刻t5之间某瞬时两木块速度相同5、甲、乙两小分队进行军事演习，指挥部通过现代通信设备，在屏幕上观察到两小分队的具体行军路线如图所示，两小分队同时同地由O点出发，最后同时到达A点，下列说法中正确的是（ ）A.小分队行军路程s甲s乙B.小分队平均速度甲乙C.y-x图象表示的是速率v-t图象D.y-x图象表示的是位移s-t图象6、A球由塔顶自由落下，当落下a m时，B球自距离塔顶b m处开始自由落下，两球恰好同时落地，则塔的高度为 （ ）A.abB. C.D. 7、一个人在离地面10 m高处，以40m/s的初速度竖直上抛一个物体(g=10 m/s2)，下面正确的是 （ ）A.4 s末物体达到最高点，2 s末物体达到最大高度的一半B.4 s末物体瞬时速度为零，2 s末物体的速度为初速度的一半C.4 s末物体的加速度为零 D.5 s末物体的位移为5 m8、某同学身高1.8 m，在运动会上他参加跳高比赛，起跳后身体横着越过了1.8 m高度的横杆，据此可估算出他起跳时竖直向上的速度大约为（取g=10 m/s2）（ ）A.2 m/sB.4 m/sC.6 m/sD.8 m/s9、从地面竖直上抛一物体A，同时在离地面某一高度处有另一物体B自由落下，两物体在空中同时到达同一高度时速率都为v，则下列说法中正确的是 （ ）A.物体A向上抛出的初速度和物体B落地时速度的大小相等B.物体A、B在空中运动的时间相等C.物体A能上升的最大高度和B开始下落的高度相同D.相遇时，A上升的距离和B下落的距离之比为316.某人在高层楼房的阳台外侧以20 m/s的速度竖直向上抛出一个石块，石块运动到离抛出点15 m处所经历的时间可以是（不计空气阻力，g取10 m/s2） （ ）A.1 sB.2 sC.3 sD.(2+)s7.一个从地面上竖直上抛的物体，它两次经过一个较低点A的时间间隔是5 s，两次经过一个较高点B的时间间隔是3 s，则AB之间的距离是（g=10 m/s2） （ ）A.80 mB.40 mC.20 mD.初速未知，无法确定8.滴水法侧重力加速度的过程是这样的，让水龙头的水一滴一滴地滴在其正下方的盘子里，调整水龙头，让前一滴水滴到盘子里面听到声音时后一滴恰离开水龙头.测出n次听到水击盘声的总时间为t，用刻度尺量出龙头到盘子的高度差为h，即可算出重力加速度.设人耳能区别两个声音的时间间隔为0.1 s，声速为340 m/s，则 （ ）A.水龙头距人耳的距离至少为34 m B.水龙头距盘子的距离至少为34 mC.重力加速度的计算式为 D.重力加速度的计算式为9、一平直的传送以速率v=2m/s匀速行驶，传送带把A处的工件送到B处，A、B两处相距L=10m，从A处把工件无初速度地放到传送带上，经时间t=6s能传送到B处，欲使工件用最短时间从A处传送到B处，求传送带的运行速度至少为_ m/s。10、某测量员是这样利用回声测距离的；他站在两平行峭壁间某一位置鸣枪，经过1.00 s第一次听到回声，又经过0.50 s再次听到回声.已知声速为340 m/s,则两峭壁间的距离为_ m。11、从同一地点以30 m/s的速度竖直向上抛出两个物体，相隔时间为2 s，不计空气阻力，第二个物体抛出后经过_s时间跟第一个物体在空中相遇，相遇处离抛出点的高度为_m。12、一跳水运动员从离水面10 m高的平台上向上跃起，举双臂直体离开平台，此时其重心位于从手到脚全长的中点，跃起后重心升高0.45 m达到最高点，落水时身体竖直，手先入水.(在此过程中运动员水平方向的运动忽略不计）从离开跳台到手触水面，他可用于完成空中动作的时间是_ s。(计算时，可以把运动员看作全部质量集中在重心的一个质点.g取10 m/s2）13、杂技演员把3个球依次竖直向上抛出，形成连续的循环.在循环中，他每抛出一球后，再过一段与刚抛出的球与刚才在手中停留时间相等的时间，又接到下一个球，这样，在总的循环过程中，便形成有时空中有3个球，有时空中有2个球，而演员手中则有一半时间内有1个球，有一半时间内没有球.设每个球上升的高度为1.25 m，取g=10 m/s2，则每个球每次在手中停留的时间是_。14、跳伞运动员做低空跳伞表演，他离开飞机后先做自由落体运动，当距离地面 125 m时打开降落伞，伞张开后运动员就以14.3 m/s2的加速度做匀减速运动，到达地面时速度为5 m/s，问：(1)运动员离开飞机时距地面的高度为多少?(2)离开飞机后，经过多少时间才能到达地面?(g=10 m/s2)15、屋檐上每隔相同的时间间隔滴下一滴水，当第5滴正欲滴下时，第1滴已刚好到达地面，而第3滴与第2滴分别位于高为1 m的窗户的上、下沿，如图所示，问：（1）此屋檐离地面多高？（2）滴水的时间间隔是多少？（g取10 m/s2）16、为了安全，在高速公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离，已知某高速公路的最高限速为v=120 km/h.假设前方车辆突然停止，后车司机发现这一情况，经操纵刹车，到汽车开始减速所经历的时间（即反应时间）t=0.50 s，刹车时汽车受到的阻力的大小为汽车重力的0.4倍，该高速公路上汽车间的距离s至少应为多少？（取g=10 m/s2）17、某大型商场的自动扶梯正在匀速向上运送顾客，现甲、乙两人先后沿着扶梯向上奔跑，甲、乙在扶梯上向上奔跑的速度分别为1.5 m/s和1.8 m/s，甲、乙登阶梯数分别为42级和45级，则自动扶梯匀速运动的速度为多少？若平均每级阶梯上都站有一名顾客，则站在此扶梯上的顾客为多少人？18、一物体做匀加速直线运动，初速度为0.5 m/s，第7 s内的位移比第5 s内的位移多4 m，求：（1）物体的加速度.（2）物体在5 s内的位移.19、某航空公司的一架客机，在正常航线上做水平飞行时，突然受到强大的垂直气流的作用，使飞机在10 s内下降高度为1800 m，造成众多乘客和机组人员的伤害事故，如果只研究在竖直方向上的运动，且假设这一运动是匀变速直线运动.（1）求飞机在竖直方向上产生的加速度多大？（2）试估算成年乘客所系安全带必须提供多大拉力才能使乘客不脱离座椅.(g取10 m/s2)20、如图，一长为l的长方形木块可在倾角为a的斜面上无摩擦地滑下，连续经过1、2两点，1、2之间有一距离，物块通过1、2两点所用时间分别为t1和t2,那么物块前端P在1、2之间运动所需时间为多少？