2019-2020版新教材高中物理 第一章 第3节 位置变化快慢的描述——速度课件 新人教版必修第一

第3节位置变化快慢的描述——速度核心素养物理观念科学思维科学探究1.理解速度的概念，领会其矢量性。2.理解速度定义式的含义。3.知道平均速度、瞬时速度和速率的意义。4.理解速度—时间图像，能通过v－t图像描述物体的运动。通过实验体会由极限思想求瞬时速度的方法。由打点计时器打出的纸带上的点，探究物体运动的变化规律。知识点一速度[观图助学]1.定义：位移与发生这段位移所用时间，表示物体运动的。2.定义式：v＝ΔxΔt之比怎样描述男女跑步者运动的快慢？3.单位：国际单位制单位：，符号：m/s或m·s－1。常用单位：（km/h或km·h－1）、厘米每秒（cm/s或cm·s－1）等。4.矢量性：速度既有大小，又有方向，是。速度的方向和的方向相同。快慢米每秒千米每时矢量位移[思考判断]（1）由v＝ΔxΔt可知，v与Δx成正比，与Δt成反比。（）（2）速度v1＝2m/s，v2＝－3m/s，因为2－3，所以v1v2。（）（3）速度的方向与物体运动的方向一致。（）××√知识点二平均速度和瞬时速度[观图助学]汽车速度表上的数字表示的是平均速度，还是瞬时速度？1.平均速度：描述物体在运动的平均快慢程度，只能描述物体运动的快慢。2.瞬时速度：描述物体在运动的快慢，可以描述物体运动的快慢。3.速率：的大小。[思考判断]（1）物体的位移越大，则平均速度越大。（）（2）物体的瞬时速度越大，则平均速度越大。（）（3）平均速度的大小一定等于平均速率。（）一段时间内粗略某一时刻精确瞬时速度×××知识点三速度—时间图像1.以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系。2.根据计算出的不同时刻的瞬时速度值，在坐标系中描点。3.用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关系的图线，即v－t图像。如图所示。平滑对速度的理解[情景探究]（1）在百米赛跑中，中国飞人苏炳添的成绩是9秒92，谢震业的成绩是9秒93，两人谁跑得更快？你是怎样判断的？（2）在1h时间内中国的动车沿平直铁路行驶了350km，小轿车行驶了100km，动车和小轿车谁行驶得更快？你是怎样判断的？核心要点（3）雨燕是长距离飞行最快的鸟类，3h可以飞行500km；北京到伦敦的航行距离是8130km，乘飞机大概要飞行10h。飞机和雨燕哪一个运动得更快？你是怎样判断的？答案（1）苏炳添经过的位移相同，苏炳添的时间短，苏炳添跑得快（2）动车经过相同的时间，动车运动的位移大，动车跑得快（3）飞机二者的位移和时间均不相同，通过位移和时间之比来确定[探究归纳]1.物体的位移Δx相同，时间Δt越短，v越大。2.相同时间内，物体的位移Δx越大，v越大。3.单位时间内，物体的位移Δx越大，v越大。4.v＝ΔxΔt是速度的定义式，不是决定式，Δx是物体运动的位移，不是路程。5.v不仅表示运动的快慢，同时也表示运动的方向。控制变量法[试题案例][例1]（多选）对速度的定义式v＝ΔxΔt，以下叙述正确的是（）A.物体做匀速直线运动时，速度v与运动的位移Δx成正比，与运动时间Δt成反比B.速度v的大小与运动的位移Δx和时间Δt都无关C.此速度定义式适用于任何运动D.速度是表示物体运动快慢及方向的物理量答案BCD解析速度是表示物体运动快慢及方向的物理量，v＝ΔxΔt是计算速度的公式，适用于任何运动，此式只能说明速度可由位移Δx与时间Δt的比值来计算，并不是说v与Δx成正比，与Δt成反比，故A错误，B、C、D正确。[针对训练1]（多选）甲、乙两质点在同一直线上做匀速运动，取向右为正方向，甲的速度为2m/s，乙的速度为－4m/s，则可知（）A.乙的速度大于甲的速度B.因为＋2＞－4，所以甲的速度大于乙的速度C.这里正、负号的物理意义是表示质点的运动方向D.若甲、乙两质点同时由同一点出发，则10s后甲、乙相距60m解析速度是矢量，其正、负号表示质点的运动方向，故A、C正确，B错误；甲、乙两质点在同一直线上向相反方向运动，10s内甲运动了20m，乙运动了40m，故10s后甲、乙相距60m，D正确。答案ACD平均速度和瞬时速度[情景探究]小明、小红和小兵由家到学校选择了3条不同的路径，所用时间如图所示。三人同时出发。核心要点（1）小明、小红和小兵在运动过程中哪个物理量是相同的？谁更“快”到达学校？这个“快”是怎么比较的？可以用哪个物理量来表示？（2）能说小红在任何时刻的速度都大于小明和小兵的速度吗？答案（1）位移小红通过相同的位移，小红所用的时间少平均速度（2）不能[探究归纳]平均速度和瞬时速度的区别与联系物理量比较项目平均速度瞬时速度区别对应关系与一段时间或一段位移对应与某一时刻或某一位置对应物理意义粗略地描述做变速直线运动的物体在某段时间内或某段位移上的运动快慢程度精确地描述做变速直线运动的物体在某时刻或某位置时的运动快慢程度方向与所对应时间内位移方向相同物体在该时刻的运动方向联系（1）在公式v＝ΔxΔt中，Δt→0时，平均速度即为瞬时速度（2）匀速直线运动中，任意一段时间内的平均速度等于任意时刻的瞬时速度温馨提示（1）平均速度必须指明哪段时间或某段位移内的平均速度。（2）平均速度≠速度的平均值，速度的平均值v－＝v1＋v2＋…＋vnn。（3）平均速率≠平均速度的大小，平均速率＝路程时间，是标量。[试题案例][例2]如图所示为某同学下课后到食堂吃饭的路线图，他从教室先到水房打了一壶水，然后再到食堂吃饭。他从教室到水房的时间为100s，打水的时间为60s，从水房到食堂的时间为40s。若教室到水房的距离为100m，水房到食堂的距离为40m，求（1）整个过程该同学从教室到食堂的平均速度；（2）整个过程该同学从教室到食堂的平均速率。答案（1）0.3m/s方向由教室指向食堂（2）0.7m/s解析（1）从教室到食堂的位移大小为x＝x1－x2＝100m－40m＝60m，时间为t＝100s＋60s＋40s＝200s，所以平均速度大小是v＝xt＝0.3m/s，方向由教室指向食堂。（2）整个过程该同学从教室到食堂的路程为s＝x1＋x2＝100m＋40m＝140m，时间为t′＝100s＋60s＋40s＝200s，平均速率v′＝st′＝0.7m/s。[针对训练2]（多选）下列说法正确的是（）A.小球第3s末的速度为6m/s，这里是指平均速度B.汽车从甲站行驶到乙站的速度是20m/s，这里是指瞬时速度C.“复兴号”动车组列车在京沪高铁线按时速350km运行，这里的时速是指平均速度D.为了解决偏远地区的配送问题，某快递公司采取“无人机快递”，无人机从某一投递站带着快件到达指定位置送达后又返回该投递站，这一过程中无人机的平均速度为零解析第3s末的速度是指瞬时速度，故A错误；只有瞬时速度可以精确描述变速运动，平均速度只是粗略描述物体在某一段时间或位移内的快慢，不能表示物体在某时刻运动的快慢，故B错误，C正确；无人机回到了原位置，位移为零，故平均速度为零，故D正确。答案CD关键点拨判断瞬时速度和平均速度时，主要看题目中给出的速度的对应关系，对应某一时刻（或某一位置）的为瞬时速度，对应一段时间（或一段位移）的为平均速度。[要点归纳]1.测量平均速度根据v＝ΔxΔt，求任意两点间的平均速度。两点间的位移Δx可以用刻度尺测量出，Δt为两点间的间隔数与相邻点时间间隔0.02s的乘积。如图所示为打好点的纸带，从能够看清的某个点开始，往后数出若干个点，比如共数出n个点，用刻度尺测出第一个点到第n个点的距离Δx，并算出这n个点的时间间隔Δt＝（n－1）T，则平均速度v－＝Δx（n－1）T（T＝0.02s）。利用纸带求平均速度和瞬时速度核心要点2.测量瞬时速度当一段位移Δx对应的时间Δt很小时，我们可用这段时间内的平均速度来表示Δt中某一时刻的瞬时速度。如图所示，ΔxΔt可以大致表示C点的瞬时速度，即vC＝ΔxΔt，A、B两点离C点越近，算出的平均速度越接近于C点的瞬时速度。然而A、B两点距离过小时，测量误差会增大，所以应根据实际情况选取这两个点。[试题案例][例3]如图是实验中得到的一条纸带，从0点开始每5个点取一个计数点（打点计时器的电源频率是50Hz），依照打点的先后依次编为1、2、3、4、5、6，量得x1＝1.22cm，x2＝2.00cm，x3＝2.78cm，x4＝3.62cm，x5＝4.40cm，x6＝5.18cm。（1）相邻两计数点间的时间间隔为T＝s。（2）计数点2、4之间的平均速度v24＝m/s。（3）打点计时器打计数点3时，小车的速度大小v3＝m/s。思路点拨解答本题应注意以下两点：（1）因为相邻两计数点间还有4个计时点，所以相邻计数点之间的时间间隔为T＝5×0.02s＝0.1s。（2）计数点3的瞬时速度近似等于计数点2、4之间的平均速度。v－24＝x3＋x4t24＝（2.78＋3.62）×10－22×0.1m/s＝0.32m/s。解析（1）两相邻计数点之间的时间间隔为T＝5×0.02s＝0.1s。（2）根据平均速度的计算公式得（3）由于计数点2、4之间的时间间隔比较小，所以打点计时器打计数点3时，小车的速度大小v3近似等于计数点2、4之间平均速度，即v3＝v－24＝0.32m/s。答案（1）0.1（2）0.32（3）0.32解题通法（1）确定时间。确定时间时注意相邻计数点间计时点个数及打点周期。（2）确定位移。确定位移时注意起始点和终止点。（3）计算瞬时速度都是用一段时间内的平均速度来代替瞬时速度。[针对训练3]用电火花计时器（或电磁打点计时器）打出了一条纸带，已知计时器打点的时间间隔为0.02s，按打点先后顺序每5个点取1个计数点，得到了O、A、B、C、D几个计数点，如图所示，则相邻两个计数点之间的时间间隔为s。用刻度尺量得OA＝1.50cm，AB＝1.90cm，BC＝2.30cm，CD＝2.70cm。由此可知，纸带运动速度（选填“增加”“减小”或“不变”），打C点时纸带的速度大小为m/s。解析相邻计数点间时间间隔为T＝0.02×5s＝0.1s；由给出的数据知，相同时间内纸带运动的距离变大，则纸带做加速运动；打C点时的速度v＝xBD2T＝（2.30＋2.70）×10－20.2m/s＝0.25m/s答案0.1增加0.251.由图像的纵、横坐标可知任一时刻速度的大小和方向或物体的某一速度所对应的时刻。2.v－t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。3.v－t图像只能描述直线运动的情况，在v－t图像中速度只有正负两个方向。4.图线上的“点”表示物体所处的状态，“图线”表示速度随时间的变化规律。v－t图像[要点归纳]核心要点[试题案例][例4]如图所示是一条打点计时器打出的纸带，0、1、2、3、4、5、6是七个计数点，每相邻两个计数点之间还有四个点未画出，各计数点到0的距离如图所示。求出1、2、3、4、5等计数点的瞬时速度并画出速度—时间图像。解析1点在0和2两点之间，求出0、2间的平均速度即可认为是1点的瞬时速度，同理2、3、4、5点的瞬时速度也可求出。0和6两个点的瞬时速度不便求出，但不影响画出速度—时间图像。注意相邻计数点的时间间隔Δt＝0.1s。v3＝x242Δt＝（16.1－3.9）×10－20.1×2m/s＝0.61m/s，v1＝x022Δt＝3.9×10－20.1×2m/s＝0.20m/s，v2＝x132Δt＝（9.0－1.0）×10－20.1×2m/s＝0.40m/s，答案见解析v5＝x462Δt＝（30.1－16.1）×10－20.1×2m/s＝0.70m/s。以O点为坐标原点建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度。根据前面计算出的结果在直角坐标系中描点，然后连线得到图像如图所示。v4＝x352Δt＝（22.8－9.0）×10－20.1×2m/s＝0.69m/s，关键提醒作图像的规范要求（1）明确坐标轴的意义并选取合理标度，既要把数据标注在图像上，又要匀称直观。（2）图像中的点要用平行于坐标轴的虚线形象直观地表示出其位置。（3）如果图像是直线，要求尽可能多的点落在直线上，不在直线上的