1.2 时间 位移(word教参)-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册（人教版2019）

第2节　时间　位移 （见学生用书P7） 　　[学习目标]1.知道时刻和时间间隔的区别和联系（物理观念）.2.理解位移的概念，知道它与路程的区别和联系（科学思维）.3.知道矢量与标量，以及它们的区别（物理观念）.4.认识打点计时器，会使用打点计时器测量时间和位移（科学探究）.5.理解位移—时间图像，知道图像表示的意义（物理观念）. 时刻和时间间隔 1.时刻：指某一瞬间.在时间轴上用　点　表示. 2.时间间隔：指某两个时刻之间的　时间间隔　.在时间轴上用　线段　表示. 3.在时间轴上表示的时刻和时间间隔如图所示. 位置和位移 1.坐标系 （1）建立目的：为了定量描述物体的　位置　. （2）坐标系的三要素：　原点　、　正方向　和单位长度. 2.路程和位移 （1）路程：物体运动　轨迹　的长度. （2）位移 ①物理意义：描述物体（质点）　位置　变化. ②定义：从　初位置　到　末位置　的一条有向线段. 3.标量和矢量 （1）标量：只有　大小　没有　方向　的物理量，如长度、时间、温度等. （2）矢量：既有　大小　又有　方向　的物理量，如位移、力、速度等. 直线运动的位移 研究直线运动时，在物体运动的直线上建立x轴，如图所示. 1.物体的初、末位置：可用位置坐标x1、x2表示. 2.物体的位移大小等于末位置与初位置的坐标之差，即：Δx＝　x2－x1　. （1）若Δx为正，则位移的方向　指向x轴正方向　； （2）若Δx为负，则位移的方向　指向x轴负方向　. 位移—时间图像 1.位置—时间图像：反映物体在每一时刻的位置的图像.在直角坐标系中选　时刻t　为横轴，选　位置x　为纵轴，其上的图线就是位置－时间图像. 2.位移—时间图像（x－t图像）：反映物体在不同时间位移的图像.将物体运动的　初始位置　选作位置坐标原点O，则位置与　位移大小　相等（x＝Δx），位置－时间图像就成为位移—时间图像. 3.物理意义：x－t图像反映了物体的　位移　随时间的变化关系，图像上的某一点表示运动物体在某时刻所处的　位置　或相对坐标原点的位移. 位移和时间的测量 1.两种打点计时器（如图所示） 电火花计时器 电磁打点计时器 结构图示 工作电压 　220 V　交流电 8 V左右低压交流电 打点方式 周期性产生电火花 振针周期性上下振动 打点周期 　0.02 s　 　0.02 s　 记录信息 位移、时间 2.时间的测量 从能够看清的某个点开始（起始点），往后数出若干个点，数出时间间隔个数n，则这段时间t＝　0.02n　s.（打点频率为50 Hz） 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. 1.判断下列说法的正误. （1）时刻就是一瞬间，即一段很短很短的时间间隔.（　×　） （2）物体在一条直线上运动时，路程和位移总是大小相等，且位移是矢量，路程是标量.（　×　） （3）通过位移—时间图像可以求物体经过一段时间的位移.（　√　） （4）位移—时间图像表示物体的运动轨迹.（　×　） 2.如图所示是一位同学用手拉动纸带通过电磁打点计时器打出的一条纸带，在纸带旁边附着一把毫米刻度尺，已知该电磁打点计时器每隔0.02 s打一个点，则由A到C物体的位移为　2.10　cm，时间为　0.12　s. 时间间隔和时刻 【情境导学】如图所示，从图中人物对话中，我们可以知道“五点钟”“半个小时”“10分钟”“8点”都是代表时间，请问：哪些表示的是时刻？哪些表示的是时间间隔？它们的含义相同吗？ 答案　“五点钟”“8点”指时刻；“10分钟”“半个小时”指时间间隔；含义不同. 1.时刻与时间间隔的比较 时刻 时间间隔 在时间轴 上的表示 用点表示 用线段表示 描述关键词 “初”“末”“时”，如“第1 s末”“第2 s初”“3 s时” “内”，如“第2 s内”“前3 s内” 联系 两个时刻之间为一段时间间隔，时间间隔能表示运动的一个过程，好比一段录像；时刻表示运动的一瞬间，好比一张照片 2.判断时刻与时间间隔的两种方法 （1）根据上下文判断：分析题干，根据题意去体会和判断.时刻对应的是某一状态，时间间隔对应的是某一过程. （2）利用时间轴判断：画出时间轴，把所给的时刻和时间间隔表示出来，对应一个点的是时刻，对应一段线段的是时间间隔. 【例题1】如图所示的时间轴，下列关于时刻和时间间隔的说法正确的是（　　） A. t2表示时刻，称为第2 s末或第3 s初，也可以称为2 s内 B. t2～t3表示时间，称为前3 s内 C. t0～t2表示时间，称为最初2 s内或前2 s内 D. tn－1表示时刻，称为第（n－1） s 思维导引：要清楚时刻和时间间隔在时间轴上的表示方法. 答案　C 解析　时刻在时间轴上对应的是点，而时间间隔表示两个时刻之间的间隔，在时间轴上对应的是线段，t2表示时刻，称为第2 s末或第3 s初，而2 s内指的是0～2 s这2 s，选项A错误；t2～t3表示时间间隔，指的是2～3 s这1 s，称为第3 s内，选项B错误；t0～t2表示时间间隔，指的是0～2 s这2 s，称为最初2 s内或前2 s内，选项C正确；tn－1表示时刻，称为第（n－1） s末或第n s初，选项D错误. 【变式1】以下各种与时间间隔或时刻相关的说法中，所指的为时刻的是（　　） A. G484次高铁于8时31分到达石家庄站 B.某人脉搏是60次每秒，则每次心跳间隔1秒 C.距离新闻结束还有20分钟 D.每节选修课的时长是1小时 答案　A 解析　G484次高铁于8时31分到达石家庄站，8时31分指的是时刻，选项A正确；每次心跳间隔1秒，指的是时间间隔，选项B错误；距离新闻结束还有20分钟，20分钟指的是时间间隔，选项C错误；每节选修课的时长是1小时，1小时指的是时间间隔，选项D错误. 位移和路程 【情境导学】暑假期间，小姚和家人计划从武汉去成都游玩避暑，他们有三条路线可供选择：乘飞机、坐火车和自驾车.请问：三种出行方式的路程是否相同？位移又是否相同呢？ 答案　不相同；相同. 1.位置与位移的关系 2.位移和路程的区别与联系 项目 比较 位移 路程 区别 物理意义 描述物体的位置变化，是由初位置指向末位置的有向线段 描述物体运动轨迹的长度 矢标性 矢量，既有大小，又有方向 标量，只有大小，没有方向 相关因素 由物体的初、末位置决定，与物体运动路径无关 既与物体的初、末位置有关，也与物体运动路径有关 联系 （1）都是描述物体运动的空间特征的物理量；（2）都是过程量；（3）位移的大小不大于相应的路程，只有物体做单向直线运动时，位移的大小才等于路程 【例题2】煤矿安检员在一次巡检中，乘坐矿井电梯从A井竖直向下运动了120 m到达井底，然后在井底又沿着水平隧道向东走了160 m到达B井，最后从B井乘坐电梯竖直向上返回地面.若A、B两个井口恰在同一水平面上，则此次巡检中安检员（　　） A.发生的位移是200 m，方向向东；通过的路程是160 m B.发生的位移是400 m，方向向东；通过的路程是160 m C.发生的位移是160 m，方向向东；通过的路程是400 m D.发生的位移是160 m，方向向东；通过的路程是200 m 思维导引：理解位移和路程的区别和联系，根据初、末位置求位移，根据运动轨迹求路程. 答案　C 解析　位移大小为初、末两点的直线距离，由题意可知，安检员的位移向东，大小为160 m；而安检员的路程为（120＋160＋120） m＝400 m，选项A、B、D错误，C正确. 【变式2】某同学按图所示走出一个半径为R的中国古代八卦图，中央“S”部分是两个直径为R的半圆，B、D、C、A分别为西、东、南、北指向，他从A点出发沿曲线ABCOADC行进，则当他到D点时，他的路程和位移大小及位移的方向分别为（　　） A.2πR、2R、西偏南45° B.2.5πR、R、东偏南45° C.2.5πR、R、东偏南45° D.3πR、R、西偏北45° 答案　C 解析　从A点出发沿曲线ABCOADC行进，当他走到D点时，路程为s＝πR＋2π＋＝2.5πR，位移大小为x＝＝R，方向为东偏南45°，选项C正确. 对位移—时间图像的理解 【情境导学】某学校物理兴趣小组的同学在操场上探究物理小知识，在一次探究中，小明记录了a、b两位同学在操场上沿直线行走的数据，作出的图像如图所示.请问横坐标表示的是什么？纵坐标表示的是什么？a、b两同学分别沿什么方向运动？ 答案　时间；位置坐标；a同学沿x轴正方向运动，b同学沿x轴负方向运动. 1. x－t图像的物理意义：x－t图像反映了物体的位移随时间的变化关系，图像上的某一点表示物体在某时刻所处的位置. 2.由x－t图像可提取的信息： （1）任一时刻所对应的位置； （2）任意一段时间内的位移； （3）发生一段位移所用的时间. 【例题3】如图所示是一物体的x－t图像，则该物体在0～6 s内的路程是（　　） A.0 m B.2 m C.4 m D.12 m 思维导引：x－t图中物体是沿直线运动的. 答案　D 解析　由x－t图像可知，前2 s内，物体先沿正方向运动2 m，后又回到出发点，所以前2 s内的路程是4 m，2～6 s内，物体先沿负方向运动4 m，后又返回出发点，此过程中，物体的路程为8 m，所以物体在0～6 s内的路程为4 m＋8 m＝12 m，选项D正确. 分析x－t图像的技巧 1.分析x－t图像的技巧 （1）分析x－t图像可以确定物体在任意时间内的位移. （2）从x－t图像上可以确定物体通过任一位移所需的时间. （3）根据x－t图线的斜率可以判断和比较物体运动的快慢，并能判断运动的性质. 2.理解x－t图像中的“点”“斜率”“截距”的物理意义 （1）点：两图线交点，说明两物体相遇. （2）斜率：表示物体运动的快慢. （3）截距：纵轴截距表示物体t＝0时刻的位置，横轴截距表示物体位移为零的时刻. 3.两种特殊的x－t图像 （1）若x－t图线是一条平行于时间轴的直线，说明物体处于静止状态. （2）若x－t图线是一条倾斜的直线，说明物体在做匀速直线运动. 【变式3】（多选）如图所示是小胡在骑单车做直线运动的x－t图像，图中各段线段表示小胡骑车做不同的运动，则下列说法正确的是（　　） A. AB段表示小胡静止 B. BC段发生的位移大于CD段发生的位移 C. t＝3 s时小胡离出发点最远 D. t＝5 s时小胡回到出发点 答案　AC 解析　AB段汽车的位移不随时间变化，速度为零，处于静止状态，选项A正确；由题图可知，BC段发生的位移为12－4＝8 m，CD段发生的位移为0－12＝－12 m，由于8＜12，故BC段发生的位移小于CD段发生的位移，选项B错误；由题图可知，小胡先骑车到12 m处，然后再返回到坐标原点处，不是出发点，对应的时间分别是t＝3 s和t＝5 s，选项C正确，D错误. 打点计时器的工作原理及使用 1.实验操作 （1）把打点计时器固定在桌子上. （2）安装纸带. （3）把打点计时器的两个接线柱接到交变电源上. （4）启动电源，用手水平拉动纸带，纸带上就打出一行小点，随后立即关闭电源. 2.注意事项 （1）打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再拉动纸带. （2）打点计时器不能连续工作太长时间，打完点之后应立即关闭电源. （3）对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量完毕，即统一测量出各个计数点与起始点之间的距离. （4）为减小实验误差，点1、2、3、4…不一定是连续的计时点，可以每5个点（中间隔4个点）取一个计数点，此时两计数点间的时间间隔T＝0.1 s. 【例题4】（1）打点计时器是记录做直线运动物体的　　　　和　　　　的仪器.电火花计时器是其中的一种，其工作电压是　　　　，电火花计时器靠电火花和墨粉打点，当交变电源的频率为50 Hz时，它每隔　　　　s打一次点. （2）下列是练习使用电火花计时器的部分实验步骤，其中操作正确的是　　　　. A.把打点计时器固定在桌子上，把墨粉纸盘套在纸盘轴上，让纸带穿过限位孔 B.把打点计时器与8 V左右低压交变电源相连 C.用手水平拉动纸带，然后启动电源 D.关闭电源，取下纸带，用刻度尺测量某计数点与计时起点的距离x0，并算出时间t 思维导引：利用打点纸带获得时间和位移的测量数据： （1）当电源的频率是50 Hz时，打点计时器每隔0.02 s打一个点，若打n个点，则有（n－1）个时间间隔，故这段纸带记录的时间Δt＝0.02（n－1） s. （2）如果把纸带跟运动的物体连在一起，即由物体带动纸带一起运动，则纸带上各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体运动的位移，可用刻度尺直接测量. 解析　（1）打点计时器是记录做直线运动物体的时间和位移的仪器；电火花计时器是其中的一种，工作电压是220 V，电火花计时器靠电火花和墨粉打点，当交变电源的频率为50 Hz时，它每隔0.02秒打一次点. （2）把打点计时器固定在桌子上，把墨粉纸盘套在纸盘轴上，让纸带穿过限位孔，选项A正确；电火花计时器的工作电压是220 V，选项B错误；应先接通打点计时器电源，再用手水平拉动纸带，选项C错误；关闭电源，取下纸带，用刻度尺测量某计数点与计时起点的距离x0，并算出时间t，选项D正确. 答案　（1）时间　位移　220 V　0.02　（2）AD 【变式4】（1）电磁打点计时器使用的电源是　　　　（选填“交变8 V”或“交变220 V”）电源，电源频率为50 Hz时，如果每相邻的计数点间还有4个点未标出，则相邻两个计数点的时间间隔为　　　　. （2）在“练习使用打点计时器”的实验中，某同学选出了一条清晰的纸带，并取其中的A、B、C……五个点进行研究，这五个点和刻度尺标度对应的位置如图所示. 可求出A、C间的距离为　　　　cm，C、E间的距离为　　　　cm. 解析　（1）电磁打点计时器使用的电源是交变8 V电源；电源的频率为50 Hz，则相邻两点之间的时间为0.02 s，而两相邻的计数点间还有4个点，则相邻计数点间的时间间隔为T＝5×0.02 s＝0.1 s. （2）由题图可知AC＝3.15 cm，AE＝9.3 cm，则CE＝AE－AC＝6.15 cm. 答案　（1）交变8 V　0.1 s　（2）3.15　6.15 1.（时刻与时间间隔）（多选）下列数据指时间间隔的是（　　） A.《新闻联播》每晚19点播出 B.太原开往北京的某次列车于11时38分从太原南站发车 C.第六届东亚运动会女子100米自由泳决赛中，中国选手唐奕以54秒66的成绩夺得冠军 D.“嫦娥三号”历经13天在月球表面虹湾区实现软着陆 答案　CD 解析　19点、11时38分都是指具体某一时刻，选项A、B错误；54秒66、13天都是指一段时间间隔，选项C、D正确. 2.（路程与位移）小军向南走6 m后又转向东走8 m，则小军走过的路程和位移大小分别为（　　） A.2 m，2 m B.6 m，6 m C.14 m，10 m D.14 m，14 m 答案　C 解析　由题意可知，小军所走的路程为6 m＋8 m＝14 m，小军先向南后向东运动，位移大小为 m＝10 m，选项C正确. 3.（对位移—时间图像的理解）A、B两物体在同一直线上运动，如图所示为它们运动的位移—时间图像，则下列说法正确的是（　　） A. A、B两物体同时运动，运动方向相反 B. A物体2 s内发生的位移是10 m C. B物体发生5 m位移的时间是4 s D.运动过程中，B物体一直在前面 答案　B 解析　由题图可知，A、B两物体的位移都随着时间增大，故运动方向都沿着正方向运动，选项A错误；由题图可知，A物体在2 s内的位移为10 m，选项B正确；由题图可知，B物体发生5 m位移的时间是2 s，且在相同时间内，B物体的位移小于A物体的位移，故B物体一直在后面，选项C、D错误. 4.（打点计时器的使用）打点计时器是高中物理实验中常用的实验器材，请你完成下列有关填空： （1）打点计时器是　　　　的仪器. （2）如图甲、乙所示是两种打点计时器，其中甲是　　　　计时器，工作电压　　　　V；与乙相比，甲的优点是　　　　；乙是　　　　计时器. （3）打点计时器使用的电源为　　　　（选填“交流”或“直流”）电源，频率为50 Hz打点的时间间隔为0.02 s. 如果打点时间间隔为0.019 s，则电网中交变电流的频率稍有　　　　（选填“增大”“减小”或“不变”）. 解析　（1）打点计时器是计时仪器. （2）甲图为电火花计时器，工作电压为220 V；乙图为电磁打点计时器；电火花计时器由于没有振针，不与纸带直接接触，所以阻力较小. （3）打点计时器使用的电源为交流电源；打点计时器打点的时间间隔由交流电的频率决定，如果打点的时间间隔变小，说明交变电流的频率增大. 答案　（1）计时　（2）电火花　220　阻力较小　电磁打点　（3）交流　增大 学科网（北京）股份有限公司 $$