高一物理第一章[运动的描述]教案
第一章 运动的描述
一 质点 参考系和坐标系 (一) 物体和质点
1 质点:不考虑物体的大小和形状, 把物体简化为一个有质量的点 2 质点是一种科学的抽象, 是一种理想化的模型 讨论交流
1. 同一物体有时看做质点, 有时又不能看做质点, 要具体问题具体分析. 如研究火车从北京到上海时, 可把火车看做质点, 不考虑火车的长度, 而研究火车通过某一座桥时, 这时就不能把火车看做质点
2. 质点是用来代替物体的具有质量的点, 任何转动的物体, 在研究自转时, 都不可简化为质点. 所以在研究地球自转时, 不可以忽略地球的大小, 地球不能当做质点来处理.
质点不一定是很小的物体, 很大的物体也可简化为质点, 但在研究地球绕太阳公转运动时, 由于地球的直径比地球和太阳之间的距离小得多, 地球上各点相对于太阳的运动可以看做是相同的, 即地球的大小可忽略不计, 在这种情况下, 地球当做质点来处理 3 物体看成质点条件
a) 当物体上各部分运动情况都相同时, 物体上任何一点的运动情况都能反映物体的运动, 物体可看成质点
b) 物体的大小、形状对所研究的问题可以忽略不计的情况下可看成质点 c) 同一个物体在不同的问题中, 有时可以当做质点, 有时不能当做质的质点 实例分析
1 .在下列运动中, 研究对象可当做质点的有 A 远洋航行的巨轮
B 研究飞行中直升飞机上的螺旋浆的转动情况 C 绕地球运动的人造卫星 D 从斜面上滑下的物体
E 火车从车站开出通过站口的时间 F 只有体积很小或质量很小的物体 2.下列关于质点的说法中,正确的是D
A .质点是一个理想化模型,实际上并不存在,所以,引入这个概念没有多大意义 B .只有体积很小的物体才能看作质点 C .凡轻小的物体,皆可看作质点
D .如果物体的形状和大小对所研究的问题属于无关或次要因素时,即可把物体看作质点 (二) 参考系 1参考系
(1)参考系:描述一个物体运动时, 用来做参考的另一个物体 (2)几点提醒
a. 描述同一个物体运动时, 若以不同的物体为参考系观察的结果可能不同
在空中, “空姐”热情为旅客服务, 为了描述“空姐”的运动情况, 应选下列哪个物体为参考系 A 飞机场 B 飞机 C 沿航线的山, 树或云彩 D 都可以
b. 参考系的选取原则上是任意的, 在实际问题中应以研究问题方便为原则. c. 应认识到运动是绝对的, 静止是相对的唯物辨证思想.
例1.某校高一的新同学分别乘两辆汽车去市公园游玩。两辆汽车在平直公路上运动,甲车内一同学看见乙车没有运动,而乙车内一同学看见路旁的树木向西移动。如果以地面为参考系,那么,上述观察说明 D
A .甲车不动,乙车向东运动 B .乙车不动,甲车向东运动
C .甲车向西运动,乙车向东运动 D .甲、乙两车以相同的速度都向东运动 问题分析 “坐在火车里的人看到窗外相邻轨道上的另一辆火车开动了, 此时他感到自己坐的火车在后退实际上, 他坐的火车并没有动”这句话中, 所选则的参考系有多少? (三) 坐标系
1. 实例分析:一辆小轿车在平直的路面上行使, 怎样描述不同时刻车的位置及其位置变化? 2. 坐标系
(1)建立思想:a. 如何选则坐标轴和正方向 b. 如何选坐标原点 c. 如何确定坐标轴上的刻度值 (2)建立原则
a. 对直线运动的质点, 一般选质点运动轨迹为坐标轴, 质点运动方向为坐标轴正方向, 选取质点经过坐标轴原点的时刻为时间的起点.
b. 对于曲线运动的质点, 可建立二维、三维或多维坐标系. 二 时间和位移
(一) 时刻和时间间隔
1 时刻:指的是某一瞬间, 在时间坐标轴上用一点表示
2 时间间隔:指的是两个时刻的间隔. 在时间坐标轴上用一线段表示 3 平时所说的“时间’’. 有时指的是时刻, 有时指的是时间间隔
讨论交流 材料1:电台报时时一般是这样说:“现在是北京时间八点整”. 听评书连播等节目时, 最后播音员往往说“请明天这个时间继续收听”. 这里的两个“时间”是什么意思? 材料2:“1s 末”“1s 时”“2s 初”物理意思是否相同? (二) 路程和位移
问题1 条件:人做单向直线运动
A 10k m
B
20k m
C
①从A →B →C 路程是多少?
②从A →B 位置变化是多少? 从B →C 位置变化是多少? 从A →C 呢?
沿①②③④四条不同路径到达B 点路程是否相同, 位置变化是否相同? 根据上述两个问题, 你可以得到什么样的结论?
结论:路程与物体运动轨迹有关, 而位置的变化仅与物体起点与终点的位置有关 1 路程:物体运动轨迹的长度 2 位移:表示物体位置的变化
①表示方法:用初始位置指向末位置的有向线段表示 ②大小:线段的长短表示位移的大小
③方向:线段的指向表示位移的方向,由初位置指向末位置 3 当物体做单向直线运动时, 位移的大小就等于路程 (三) 矢量和标量
1 矢量:有大小又有方向的物理量 如位移、速度、加速度等 2 标量:只有大小,没有方向的物理量 如质量、长度等 注意点:矢量计算→平行四边形定则
标量计算→算术加法法则
在一条直线上遇到矢量问题时, 可以规定一个正方向, 凡是与正方向相同的用“+”来表示, 与正方向相反的用“-”来表示. 讨论交流
小明从A 点出发, 向东走了30m, 到达B 点. 然后向南又走了40m, 到达C 点. 用有向线段表明他第一次的位移, 第二次的位移以及从A 到C 的位置变化(即两次行走的合位移). 三个位移的大小各是多少? 你能通过这个实例总结出矢量相加的法则吗? (四) 直线运动的位置和位移
位置:状态量, 与物体某一状态相对应, 与时刻相对应, 在坐标轴上为一点.
位移:过程量. 与物体的某一运动过程相对应, 与时间间隔相对应, 在坐标轴上为一线段 (1)生活中两个物体都在运动,哪一个运动更快? (2)如何比较物体运动快慢?
*要比较不同物体运动的快慢,必须寻找一个统一的标准,这就是速度
总结:
1. 在坐标系中, 某点的数值为坐标.
2. 在坐标系中, 某两点的数值差为坐标的变化量. 对应时间的差值叫时间的变化量 3. 时刻、坐标对应轴上一点;时间、坐标变化, 对应轴上一段 实例分析
(1)比较A 和B, 可以得到怎样的结论?
(2)比较B 和D, 可以得到怎样的结论? (3)比较B 和C, 你有何感想?
运动的快慢跟时间及通过的位移都有关系
三.速度 (一)速度
1. 定义:位移(△x) 与发生这个位移所用时间(△t) 的比值
∆x v =
∆t 2. 公式:
3. 单位:国际单位:m/s 常用:km/h、cm/s
4. 速度是矢量, 既有大小, 又有方向
5. 物理意义:表示物体运动快慢的物理量 实例分析:
在日常生活中, 物体运动快慢不一, 如:天空, 日出日落; 草原, 骏马奔驰; 树丛, 蜗牛爬行; 在许多情况下, 物体运动的快慢会发生改变:飞机的起飞; 汽车行驶; 运动员的奔跑等. 在自然界中, 物体运动状态各不相同, 为了较准确的描述物体的运动, 人们引入了平均速度的概念. (二)平均速度
1. 定义:运动物体在某段时间内的位移(△x) 与发生这段位移所用时间(△t) 的比值 2. 公式:
=
∆x ∆t
3. 平均速度是矢量, 它的方向由位移方向决定 4. 平均速度能粗略描述物体运动的快慢和方向 讨论与交流
美国田径运动员刘易斯, 在1991年的世界田径锦标赛上创下了9.86s 的百米跑世界记录. 下表中给出了当时的实测记录. 请算出每个20m 内的平均速度, 并填入表中.
通过该表, 你能得到怎样的结论?
结论:平均速度应强调是哪一段时间(或位移) 内的平均速度 例题分析
一辆汽车沿平直的公路行使, 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? 练习
1. 一物体直线向东运动, 前一半路程的平均速度是3m/s,后一半路程的平均速度是2m/s,则全部路程中的平均速度应是多少?
2. 光在空气中传播的速度约等于3.0×108m/s,声音在空气中传播速度是340m/s,一个人看到闪电后5s 听到雷声, 则打雷的地方大约离他多远? (三). 瞬时速度
1. 定义:指物体经过某一时刻(或位置) 的速度
v =
2. 公式:
∆x
, (∆t →0) ∆t
4. 瞬时速度的方向就是某时刻物体运动的方向
5. 对于匀速直线运动, 物体在任意一段时间内的平均速度和在任意一点的瞬时速度都相等
(五). 速率 1. 平均速率
(1)定义:路程与所用时间的比值
=
(2)定义式:
s t
(3)物理意思:仅粗略描述物体运动的快慢 2. 瞬时速率
(1)定义:瞬时速度的大小
v =
(2)定义式:
∆x
, (∆t →0) ∆t
(3)物理意思:精确描述物体运动的快慢
几个比较
注意:
1. 在谈到平均速度或平均速率时, 都必须要指明是哪段时间
2. 对于往复的直线运动或曲线运动, 平均速度大小小于同一时间段内的平均速率
描述物体运动的方法─图象法 一.x ─t 图象
有一小球沿水平的长木板运动, 运动位移随时间变化, 如下表所示:
以x 为纵坐标,t 为横坐标, 画出物体的位移时间图象 (2)认识图象
①直线运动的物体x-t图象是反映直线运动的物体位移随时间变化的规律,横轴表示时间,纵轴表示位移
②图象可能是直线,也可能是曲线 (3)理解图像
①表示物体做匀速直线运动
②表示物体静止
③表示物体反方向做匀速直线运动
(3)应用图象
a. 判断运动性质(匀速、变速、静止) ② b. 判断运动方向(正方向、负方向)
c. 比较运动快慢
d. 确定位移或时间等 2
t
t
t 1
问题探究
一做直线运动的物体的位移─时间图象如图, 根据图象判断下列说法正确的是( ) A. 物体在
AB 段做匀速直线运动, 速度大小x2/t2
B. 物体在BC 段做匀速直线运动, 速度大小为x2/(t3-t2) C. 物体从出发点运动到B 的过程中的平均速度大小为x2/t2
D. 物体在从O 到
t3时间内的平均速度大小为x2/t2 二.V ─t 图象 t (1)
描绘图象 t 1 t 2 t 3 有一小球沿水平放置的长木板运动, 运动速度几乎不变, 可看
作匀速直线运动, 现在用秒表记录该物体在一些时刻的速度, 如下表所示
以v 为纵坐标,t 为横坐标, 画出物体的速度时间图象
①v -t图象是反映物体速度随时间变化的规律,横轴表示时间,纵轴表示速度. ②匀速直线运动速度图象是一条平行于时间轴的直线. ③变速直线运动的速度图象随时间而变化 (3)理解图象
①若图象位于时间轴的上方, 表示物体运动方向与正方向相同, 位于时间轴下方, 表示物体运动方向与正方向相反.
②速度图线与t 轴所围成的“面积”的值等于物体的位移 (4)应用图线
a. 确定某时刻的速度 b. 求位移
c. 判断运动性质(静止、匀速、匀变速、非匀变速) d. 判断运动的方向(正方向、负方向)
e. 比较加速度的大小等
例1:如图所示位移图象, 表示三个物体都在做直线运动, 试分
2 0 1 析三个物体的运动情况:从0~t0时刻三个物体发生的位移是
否相同? 经过的路程是否相同?
例2 一支长120m 的队伍正在前进, 某时刻通讯员从队尾赶到队前传达命令后立即返回, 当通讯兵回到队尾时队伍已前进了288m, 整个过程中通讯员和队伍的速率保持不变, 求: (1)通讯员通过的位移 (2)通讯员通过的总路程
例3.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 AB
A .小分队行军路程s 甲>s 乙 B .小分队平均速度v 甲>v 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
例4.如图所示为甲、乙两质点的v-t 图象。对于甲、乙两质点的运动,下列说法中正确的是A
A .质点甲向所选定的正方向运动,质点乙与甲的运动方向相反 B .质点甲、乙的速度相同
C .在相同的时间内,质点甲、乙的位移相同
D .不管质点甲、乙是否从同一地点开始运动,它们之间的距离一定越来越大 问题探究
分析下表:(设所有物体都做直线运动)
试根据上述数据, 推算出这些物体在1s 内速度的增加量, 且根据上表数据, 你能说明“速度快”“速度变化大”“速度变化得快”物理意义一样吗? 速度改变快慢的描述─加速度 一. 加速度
实例:在直线运动中, 物体从A 点运动到B 点, 如图所示 (1)物体从A →B 位置变化为多少?
(2)如果物体从A →B 是做匀速直线运动, 如果所用时间为2s, 求这段过程中物体的速度
(3)如果物体做加速直线运动, 同样在2s 内, 速度从2m/s增加到4m/s,怎样描述物体运动的速度增加的快慢?
1. 定义:速度的变化量与发生这一变化所用时间 的比值 2. 定义式: 3. 物理意义:
表示速度改变快慢的物理量 4. 单位:在SI:m/s2,常用:cm/s2
5. 加速度是矢量, 方向与速度变化的方向相同
加速直线运动:加速度方向和初速度方向相同,a>0,为正 如:汽车启动. 飞机起飞等 减速直线运动:加速度方向和初速度方向相反,a
1) 如果物体在一条直线上运动, 在求时, 可先选取正方向, 表示出初速度v0, 与末速度Vt,(其方向用正、负表示), 代入△V=Vt-V0计算出, 若△V 为正值, 说明△V 的方向与正方向相同, 若△V 为负值, 说明的方向与规定的正方向相反 2) 如果不在一条直线上, 用矢量三角形法则