高中物理《运动快慢的描述——速度》教案46（人教版必修1）

111 111 高一物理第三节运动快慢的描述人教实验版 本讲教育信息 一 教学内容 第三节 运动快慢的描述 速度 第四节 实验 用打点计时器测速度 二 知识要点 1 理解速度的概念 知道速度是表示物体运动快慢的物理量 知道它的含义 公式 符 号和单位 知道它是矢量 记住匀速直线运动中速度的计算公式 能用公式解决有关问题 2 理解平均速度 知道瞬时速度的概念 会求某段时间内的平均速度 3 知道速度和速率以及它们的区别 4 学习使用打点计时器 5 学会使用打点计时器测平均速度 体会测瞬时速度的方法 在实验过程中 掌握正确 的方法 结果要符合实验事实 6 会用图象表示速度随时间变化的规律 三 重点 难点解析 第三节 运动快慢的描述 速度 一 坐标与坐标变化量 当质点沿一条直线运动时 我们可以以这条直线为 x 坐标轴 规定正方向 这样就可 以用坐标 x 表示质点的位置 用坐标的变化量表示质点的位移 用坐标变化量的正负表 示位移的方向 二 速度 1 定义 速度 velocity v 等于位移和发生这段位移所用时间的比值 2 公式 xt 3 单位 国际单位制中是米每秒 m s 或 m s 1 常用单位还有千米每小时 km h 厘米每秒 cm s 等 4 物理意义 速度是表示物体运动快慢的物理量 5 速度是矢量 不但有大小 而且有方向 三 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 average velocity 2 公式 xvt 3 物理意义 粗略地描述物体运动的快慢 2 瞬时速度 1 定义 物体在某一时刻或某一位置的速度叫做瞬时速度 instantaneous velocity 111 111 2 物理意义 精确地描述物体运动的快慢 四 速度和速率 瞬时速度的大小叫做速率 speed 注意 平均速度和瞬时速度的关系 1 平均速度反映一段时间内物体运动的平均快慢程度 平均速度与一段位移或时间相对 应 所取时间越短 描述物体的运动情况越精确 如果以某时刻 或位置 为中心选一小 段时间 或位移 计算平均速度 当所选的时间 或位移 小到趋近零时 这一平均速度 就等于该时刻 或位置 的瞬时速度 就能精确描述物体的运动快慢 2 瞬时速度与某一时刻或位置相对应 平均速度与一段位移 或时间 相对应 3 平均速度的大小与瞬时速度的大小无必然的联系 不能说某时刻的瞬时速度很大 则 对应时间段的平均速度也很大 瞬时速度能精确描述物体的运动快慢 它是在运动时间 0 时的平均速度 t 匀速运动的速度任何时刻都相等 所以 匀速运动的平均速度就是瞬时速度 不管物体运动形式如何 物体的瞬时速度大小等于其瞬时速率 例题解析 例 1 判断下列关于速度的说法 正确的是 A 速度是表示物体运动快慢的物理量 它既有大小 又有方向 B 平均速度就是速度的平均值 它只有大小没有方向 C 汽车以速度 经过某一路标 子弹以速度 从枪口射出 和 均指平均速度 1v2v1v2 D 运动物体经过某一时刻 或某一位置 的速度 叫瞬时速度 它是矢量 解析 速度的物理意义就是描写物体运动的快慢 它是矢量 有大小 也有方向 故 A 选项正确 平均速度指物体通过的位移和通过这段位移所用时间的比值 它描写变速直 线运动的平均快慢程度 不是速度的平均值 它也是矢量 故 B 选项不对 C 中 对1v2 应某一位置 为瞬时速度 故 C 不对 D 为瞬时速度的定义 D 正确 答案 A D 例 2 一个物体做直线运动 前一半时间的平均速度为 后一半时间的平均速度为 1v2v 则全程的平均速度为多少 如果前一半位移的平均速度为 后一半位移的平均速度为 全程的平均速度又为多少 解析 1 设总的时间为 2t 则211vtxvt 2 设总位移为 2x 12122 xtxvtv 111 111 第四节 实验 用打点计时器测速度 一 实验目的 用打点计时器测速度 二 实验器材 电磁打点计时器 或电火花计时器 木板 导线 三 实验原理 1 电磁打点计时器 电磁打点计时器的构造如图所示 包含底座 接线柱 线圈 振片 振针 永久磁铁 限位孔 定位轴等部件 电磁打点计时器是一种使用 的计时仪器 工作电压为 当接通电源 时 在线圈和永久磁铁的作用下 振片便振动起来 振针也就跟着上下振动 如果电源的 频率为 50Hz 振针就会通过复写纸每隔 在纸带上打出一个小点 2 电火花计时器 电火花计时器的构造如图甲所示 包含电源插头 脉冲输出插座 脉冲输出开关 压 纸条 纸盘轴 墨粉纸盘等部件 使用时 套在纸盘轴上 并夹在两条白纸带之间 接通 交流电源 按 下脉冲输出开关时 计时器发生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 当电源的频率是 50Hz 时 每隔 在纸带上打一个点 电火花计时器工作时 纸带运动时受到的阻力小 比电磁打点计时器实验误差小 打在纸带上的点 记录了纸带运动的时间 如果把纸带跟物体连在一起 纸带上的点 就相应地表示出运动物体在不同时刻的位置 3 练习使用打点计时器 把打点计时器固定在桌子上 然后把纸带装好 先启动 然后用手水平 纸带 纸带上打出一行小点 然后立即 电源 111 111 4 用打点计时器测瞬时速度 用打过点的纸带 如图 根据量出的 A D 间的距离 和时间间隔 算出 A Dx t 间的平均速度 用这个速度代表纸带经过 A 点时的 如果 再小xvt t 一些 如 A C 之间或 A B 之间 用平均速度代表某点的瞬时速度会 5 用图象表示速度 质点运动的速度可以用图象来表示 在平面直角坐标系中 用纵轴 表示速度 用横轴表示时间 将各个时刻的速度用 在坐标平面上表示出来 然后用 这就是速度一时间图象或 v t 图象 v 一 t graph 四 实验步骤 1 将打点计时器固定在桌子上 2 装好纸带 连接好电源 3 启动电源 用手水平拉纸带 打完点后立即关闭电源 4 重复 3 的步骤再打几条纸带 5 选一条点迹清晰的纸带 从某个点开始 标出几个 一般 6 8 个 点 6 计算所选各点对应的瞬时速度 读出所选各点到第一个点的时间间隔 将 v t 值填入 记录表格 点 A B C D E F G H 时刻 速度 7 建立速度一 时间图象 用一条平滑的曲线 拟合 所描各点 五 根据纸带分析物体的运动情况并能计算平均速度 1 在纸带上相邻两点间的时间间隔均为 0 02s 电源频率为 50Hz 所以点迹密集的地方 表示纸带运动的速度小 2 根据 求出在任意两点间的平均速度 这里 为用直尺量出的两点间的距离 xvt x 为两点间的时间间隔数与 0 02s 的乘积 这里必须明确所求的是哪两点之间的平均速度 t 六 粗略计算瞬时速度 某点的瞬时速度可以粗略地由包含该点在内的两点间的平均速度来表示 如图所示 或DGEv DFE 111 111 说明 在粗略计算 E 点的瞬时速度时 可利用 公式来求解 但须注意的是 txv 如果取离 E 点越近的两点来求平均速度 这个平均速度越接近 E 点的瞬时速度 但是距离 过小会使测量误差增大 应该根据实际情况选取这两个点 七 图象与其画法vt 为了更直观地反映物体的运动情况 我们可以用图象来表示速度随时间的变化规律 以速度 为纵轴 时间 为横轴建立直角坐标系 根据计算出的不同时刻对应的瞬时速t 度值 在坐标系中描点 最后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 与时间 关系的图象 vt 例题解析 例 1 打点计时器在纸带上的点迹 直接记录了 A 物体运动的时间 B 物体在不同时刻的位置 C 物体在不同时间内的位移 D 物体在不同时刻的速度 解析 电火花打点计时器和电磁打点计时器都是每隔 0 02s 在纸带上打一个点 因此 根据打在纸带上的点迹 可直接反映物体的运动时间 因为纸带跟运动物体连在一起 打 点计时器固定 所以纸带上的点迹就相应地记录了物体在不同时刻的位置 虽然用刻度尺 量出各点迹间的间隔 可知道物体在不同时间内的位移 再根据物体的运动性质可算出物 体在不同时刻的速度 但这些量不是纸带上的点迹直接记录的 综上所述 正确的选项为 AB 答案 A B 例 2 如图所示 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 毫米刻度尺测量的情况如图所示 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 解析 由题意知 相邻两点间的时间间隔为 0 02s AC 间的距离为 14mm 0 014m AD 间的距离为 25mm 0 025m 由公式 得txv 0 14 0 35 2ACmss 23 Dv 答案 0 35 0 42 0 35 模拟试题 1 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 111 111 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 2 下列关于瞬时速度和平均速度的说法正确的是 A 若物体在某段时间内每时刻的瞬时速度都等于零 则它在这段时间内任一段时间内 的平均速度一定等于零 B 若物体在某段时间内的平均速度等于零 则它在这段时间内任一时刻的瞬时速度一 定等于零 C 匀速直线运动中物体任意一段时间内的平均速度都等于它任一时刻的瞬时速度 D 变速直线运动中一段时间内的平均速度一定不等于它某一时刻的瞬时速度 3 做变速直线运动的质点经过 A 点时的速度为 3m s 这表示 A 质点在过 A 点后 1s 内的位移是 3m B 质点在过 A 点前 1s 内的位移是 3m C 质点在以过 A 点时刻为中间时刻的 1s 内的位移是 3m D 若质点从 A 点开始做匀速直线运动 则以后每 1s 内的位移是 3m 4 下列说法中正确的是 A 匀速运动就是匀速直线运动 B 对于匀速直线运动来说 路程就是位移 C 物体的位移越大 平均速度一定越大 D 物体在某段时间内平均速度越大 在其间任一时刻的瞬时速度也一定越大 5 物体通过两个连续相等位移的平均速度分别为 v1 l0m s v 2 15m s 则物体在整 个运动过程中的平均速度是 A 13 75m s B 12 5m s C 12m s D 11 75m s 6 短跑运动员在 l00m 比赛中 以 8m s 的速度迅速从起点冲出 到 50m 处的速度是 9m s l0s 末到达终点的速度是 10 2m s 则运动员在全程中的平均速度是 A 9m s B 10 2m s C 10m s D 9 1m s 7 一辆汽车沿笔直的公路行驶 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 内又通过 15m 的距离 求汽车在最初 2s 内的平均速度和这 4s 内的平均速度 各是多少 8 如图所示 一人沿一直坡 自坡底 A 以速率 跑到坡顶 随即又以速率 返回到1v2v A 已知 AB 间的距离为 S 那么人在这一往返过程中的平均速度是 9 下列关于电磁打点计时器的说法中正确的是 A 打点计时器使用低压直流电源 B 打点计时器使用低压交流电源 111 111 C 使用打点计时器打出的纸带相邻两个点的时间间隔为 0 02s D 使用打点计时器打出的纸带相邻两个点的时间间隔为 0 1s 10 使用打点计时器时应注意 A 无论使用电磁打点计时器还是电火花打点计时器 都应该把纸带穿过限位孔 再把 套在轴上的复写纸片压在纸带的上面 B 使用打点计时器时 应先接通电源 再拉动纸带 C 使用打点计时器时 拉动纸带的方向应与限位孔平行 D 使用打点计时器时 应将打点计时器先固定在桌子上 11 利用打点计时器打出的纸带 A 能准确地求出某点的瞬时速度 B 只能粗略地求出某点的瞬时速度 C 能准确地求出某段时间内的平均速度 D 可以任意地利用某段时间内的平均速度代表某点的瞬时速度 12 如图所示 根据打点计时器打出的纸带 判断哪条纸带表示物体做匀速运动 13 根据打点计时器打出的纸带 我们不利用公式计算就能得到的物理量是 A 时间间隔 B 位移 C 瞬时速度 D 平均速度 14 在测定速度的实验中 使用打点计时器测量小车速度 实验得到一条纸带如图所示 0 1 2 3 是选用的计数点 每相邻的计数点间还有 3 个打出点没有在图上标出 图 中还画出了某次实验将米尺靠在纸带上进行测量的情况 图中所给的测量点的读数分别是 和 15 在 用打点计时器测速度 的实验中 某次实验中的纸带如图所示 取 O 为起点位 置 每隔 5 个间隔为一个计数点 实验使用的电源是 50Hz 的低压交流电源 其中 OA 0 60cm OB 2 4cm OD 9 60cm 已知物体在相等时间内位移的增量相同 则 OC 距离是 cm 在 B 计数点处的瞬时速度 m s 图中单位为 cm Bv 111 111 16 用接在 50Hz 交流电源上的打点计时器 测定小车的运动情况 某次实验中得到一条 纸带 如图所示 从比较清晰的点起 每五个打印点取一个记数点 分别标明 0 1 2 3 量得 0 与 1 两点间距离 x1 30mm 2 与 3 两点间的距离 x2 48mm 则 小车在 0 与 1 两点间平均速度为 m s 在 2 与 3 两点间的平均速度 v 2v m s 据此可判定小车做 17 一质点运动的 图象如图所示 试分析物体的运动情况 vt 111 111 试题答案 1 ACD 2 AC 3 D 4 A 5 C 6 C 7 前 2s 内 4s 内1 5 vms 215 vs 8 0 9 BC 10 BCD 11 BC 12 B 13 AB 14 10 00cm 12 60cm 22 60cm 30 00cm 15 6 00 0 54 16 0 3 0 48 加速运动 17 由于速度均为负值 说明物体一直沿负方向运动 其速度大小先不变 后变小 111 111