(讲义)第1章 第2节 第2课时 位移—时间图像 位移和时间的测量-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第一册(人教版2019)

第2课时　位移—时间图像　位移和时间的测量 学习任务 1．了解位移—时间图像的物理意义，并能利用图像分析物体的运动。 2．知道打点计时器的基本结构和工作原理，会用打点计时器记录物体运动的位移和时间。 　位移—时间图像 1．x-t图像：x-t图像实质是位置—时间图像，选取物体运动的初始位置为坐标原点，则位置坐标与位移大小相等，位置—时间图像就成为位移—时间图像。 2．物理意义：描述了物体在不同时间内的位移。 如图所示，一位同学为了描述一列火车沿直线轨道的运动情况，画出了它的位移—时间图像。 问题1　火车离开出发点的最远距离是多大？ 提示：90 m。 问题2　火车在2.5～3 min时间内运动情况如何？ 提示：静止。 问题3　火车的位移—时间图像是火车的运动轨迹吗？ 提示：不是，位移—时间图像表示位移随时间变化的规律。 1．从x-t图像中获得的信息 (1)任一时刻质点的位移。 (2)质点发生某段位移所用的时间。 (3)判断质点是静止还是运动；若图线与t轴平行，表示质点静止，如图中0～t1时间内；若图线是一条倾斜的直线，表示质点做匀速直线运动，如图中t1～t2时间内。 (4)判断质点运动的快慢，运动的快慢由图线的斜率直观表示，斜率的绝对值越大，质点运动得越快，如图中乙比甲运动快。 (5)交点：两图线的交点表示两质点在这一时刻相遇，如图中P点所示。 (6)截距：图像不过原点时，若从纵轴开始，则表示开始计时时，位移不为零(如图中甲所示)。若从横轴开始，则表示计时一段时间后，质点才开始运动(如图中乙所示)。 2．常见的几种x-t图像的比较 图像 物理意义 ①②都表示物体处于静止状态，但静止的位置不同 ③表示物体从x1处沿正方向做匀速直线运动 ④表示物体从x＝0处沿正方向做匀速直线运动 ⑤表示物体从x2处沿负方向做匀速直线运动 ⑥表示物体从－x3处沿正方向做匀速直线运动 ⑦表示物体从x＝0处沿正方向做变速直线运动，且速度逐渐减小 【典例1】　如图所示为某客车的x-t图像。 (1)根据图像说明客车在各时间段的运动情况。 (2)客车最远位置距离出发点多少千米？ [思路点拨]　在x-t图像中，图线反映了物体的位移随时间的变化规律。在t轴上方的位移为正，表示位移方向与规定的正方向相同；t轴下方位移为负，表示位移方向与规定的正方向相反。 [解析]　(1)0～1 h，客车向正方向前进40 km。1～1.5 h，客车静止在40 km处。1.5～3 h，客车沿负方向返回。 (2)由图像可知，1 h末客车离出发点最远，最远距离为40 km。 [答案]　(1)见解析　(2)40 km 　在分析处理位移—时间图像问题时的三点注意： (1)无论物体的位移—时间图像是直线还是曲线，物体均做直线运动。 (2)物体开始运动的初始位置由t＝0时的位移即纵轴的截距决定。 (3)物体的位移越来越大(带正、负号比较)，表示物体沿着正方向运动，反之物体沿负方向运动。 [跟进训练] 1．一物体做直线运动，其位移－时间图像如图所示，设向右为正方向，则在前6 s内(　　) A．物体先向左运动，2 s后开始向右运动 B．在t＝2 s时物体距出发点最远 C．前2 s内物体位于出发点的左方，后4 s内位于出发点的右方 D．在t＝4 s时物体距出发点最远 D　[由题意知向右为正方向。由题图图像可知，物体从－5 m处向右运动至5 m处，然后返回至4 m处，始终位于出发点右方，物体在前4 s内一直向右运动，后2 s内向左运动，故A、C错误；在t＝4 s时物体距出发点最远，B错误，D正确。] 　位移和时间的测量 1．两种打点计时器(如图所示) (1)电磁打点计时器 使用交变电源的计时仪器；工作电压约为8 V，当电源频率是50 Hz时，每隔0.02_s打一次点。 (2)电火花计时器 使用220 V交变电源，打点周期为0.02_s。 2．时间的测量 从能够看清的某个点(起始点)开始，往后数出若干个点，例如数出n个点，则纸带从起始点到第n个点的运动时间t＝0.02n s。 3．位移的测量 用刻度尺测量纸带上两个点之间的距离，即为相应时间间隔内物体的位移大小。 如图所示的纸带是某同学练习使用电火花计时器时得到的，纸带的左端先通过电火花计时器。 问题1　从点迹的分布情况可以断定纸带运动有什么特点？ 提示：纸带运动得越来越快。 问题2　若所用电源的频率为50 Hz，从打下A点到打下B点共14个点迹，历时多长时间？ 提示：0.26 s。 1．两种打点计时器的比较 电磁打点计时器 电火花计时器 结构示意图 打点原理 电磁作用下振针上下周期性振动打点 脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴放电打点 工作电源 约为8 V的交变电源 220 V的交变电源 打点周期