第2章 第2节 匀变速直线运动的速度与时间的关系（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册（人教版2019）

匀变速直线运动的研究 第2节　匀变速直线运动的速度与时间的关系 第二章 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 1．(物理与生活)一辆汽车在平直的公路上运动的v-t图像如图所示，请据此判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 必备知识 自主学习 × √ √ 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 “复兴号”动车组列车，是目前世界上运营时速最高的高铁列车，标准时速350千米。当“复兴号”动车组进站时，运动越来越慢，直到停止。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 [问题设计] 动车组进站时的运动能否近似看作匀减速直线运动？ 提示：动车组进站时，受一些因素影响，其运动是较复杂的。在即将停止前的一小段时间内，要求不太严格的情况下可近似看作匀减速直线运动。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 1．匀变速直线运动的特点 (1)速度随时间均匀变化； (2)加速度不变。 2．匀变速直线运动的分类 (1)匀加速直线运动：速度随时间均匀增加。 ①加速度与速度方向相同时物体加速； ②加速度恒定的加速运动叫匀加速运动。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 (2)匀减速直线运动：速度随时间均匀减小。 ①加速度与速度方向相反时物体减速； ②加速度恒定的减速运动叫匀减速运动。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 【例1】 下列说法正确的是(　　) A．匀加速直线运动的加速度是不断增大的 B．做匀变速直线运动的物体，它的加速度方向和速度方向总是相同的 C．在任意相等时间内，匀变速直线运动的加速度的变化量相等且不为零 D．匀变速直线运动的任意时刻，速度的变化率相同 关键能力 互动探究 D 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 [练1] (多选)如图所示的四个图像中，表示物体做匀加速直线运动的是(　　) 关键能力 互动探究 AD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 1．速度公式的理解和应用 (1)公式的矢量性 公式中的v0、v、a均为矢量，应用公式解题时，要规定正方向。一般取v0的方向为正方向，a、v与v0的方向相同时取正值，与v0的方向相反时取负值。计算时将各量的数值和正负号代入计算。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 (2)公式的适用条件 公式v＝v0＋at只适用于匀变速直线运动。 (3)公式的特殊形式 ①当a＝0时，v＝v0(匀速直线运动)。 ②当v0＝0时，v＝at(由静止开始的匀加速直线运动)。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 【例2】 货车以v＝20 m/s的速度匀速行驶，突然发现前面有紧急情况(如图所示)，司机紧急刹车，加速度大小为4 m/s2，求货车6 s末的速度。 答案：0 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 [练2] 一辆做匀加速直线运动的汽车，初速度为10 m/s，4 s末速度变为20 m/s，如果保持加速度不变，那么汽车在6 s末的速度为(　　) A．25 m/s B．30 m/s C．35 m/s D．15 m/s 关键能力 互动探究 A 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 1．匀速直线运动的v-t图像：如图所示，v-t图像是一条平行于时间轴的直线。从图像中可以直接读出速度的大小和方向。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 2．v-t图像的应用 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 【例3】 被称作“最能装”的8A型列车在多个城市都有使用，如图所示，最大载客量达到3 456人。该列车匀减速进站，停靠一段时间后又匀加速(同方向)出站，在如图所示的四个v-t图像中，正确描述了列车运动情况的是(　　) 关键能力 互动探究 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 [练3] (2023·广西南宁高一期末)甲、乙两辆小车由同一地点出发运动，速度－时间图像如图所示，则 (　　) A．甲的加速度与乙的加速度之比为3∶4 B．前4 s乙的速度比甲的大 C．4 s时，甲、乙速度大小相等 D．甲和乙同时开始运动 关键能力 互动探究 C 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 分析v-t图像时应注意的两点 (1)加速度是否变化看有无拐点：在拐点位置，图线的倾斜程度改变，表示此时刻物体的加速度改变，若v-t图像为曲线，可认为曲线上处处是拐点，加速度时刻在改变。 (2)速度方向是否改变看与时间轴有无交点：在与时间轴的交点位置前后，纵坐标的符号改变，表示物体的速度方向改变。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 [练4] (交通情境)如图所示，一辆汽车装有“AI自动驾驶”功能的系统，该AI系统指挥车载雷达监视前方的交通状况，当车速v≤12 m/s且与前方静止的障碍物之间的距离接近安全距离时，系统就会立即启动“自动刹车”，使汽车避免与障碍物相撞。在上述条件下，若该车在不同路况下“自动刹车”的加速度取6～8 m/s2之间的某一值，则该汽车“自动刹车”的最长时间为(　　) A．1.5 s B．2 s C．2.5 s D．4 s 关键能力 互动探究 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 [练5] (科技情境)(多选)我国奋斗者号载人潜水器再次刷新下潜纪录，潜到了10 909米的海底。如图所示的是潜水器某次从水面下潜到海底后再返回水面过程深度随时间变化的h-t图像和速度随时间变化的v-t图像，则下列说法正确的是(　　) 关键能力 互动探究 BD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 A． h-t图像就是潜水器的下潜轨迹 B．第6～10 min内，潜水器的加速度大小不变 C．潜水器第3～4 min内开始上浮，其加速度大小为2v0 D．潜水器第6～10 min的时间内向上运动 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 [练6] (体育情境)世界一级方程式(F1)比赛过程中，赛车在比赛中有一次进站加油的过程。在某次比赛中，处于第一名的赛车进站加油，该赛车进站时一直做减速运动，平均加速度为30 m/s2，出站时一直做加速运动，平均加速度为45 m/s2，加油时间为6 s，进站前和出站后在赛道上的速度均为90 m/s，则该赛车从进站到出站所用时间是多少？ 答案：11 s 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 1．下列关于匀变速直线运动的理解正确的是(　　) A．匀变速直线运动就是速度大小变化的直线运动 B．匀变速直线运动就是加速度不变的运动 C．匀变速直线运动的速度方向一定不变 D．匀变速直线运动的加速度方向一定不变 素养训练 学业评价 D 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 素养训练 学业评价 BC 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 素养训练 学业评价 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 4．(多选)一物体的速度随时间变化的关系式为v＝(5－2t)(m/s)，则下列说法正确的是(　　) A．物体的初速度为5 m/s B．物体做匀加速直线运动 C．物体每秒的速度变化量为－2 m/s D．经过3 s物体的速度为0 素养训练 学业评价 AC 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 素养训练 学业评价 C 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 解析 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 谢谢观看 返回导航 物理 必修 第一册 （R）　 加速度 一、匀变速直线运动 1．由实验可知，小车运动的v-t图像是一条__________。由图可知：__是一定的，即物体运动的______保持不变。 倾斜的直线 均匀增加 均匀减小 2．(1)定义：沿着一条直线，且______不变的运动。 (2)特点 ①加速度a的__________均不变； ②匀变速直线运动的v-t图像是一条__________。 3．分类 (1)匀加速直线运动：物体的速度随时间________； (2)匀减速直线运动：物体的速度随时间________。 加速度 大小和方向 倾斜的直线 二、速度与时间的关系 1．匀变速直线运动的速度与时间的关系式：v＝________。 ↓ 　　　　　　　　　　　　　　　 2．意义：做匀变速直线运动的物体，在t时刻的速度v等于物体在开始时刻的速度v0加上在整个过程中速度的变化量____。 ↓ 速度的变化量是过程量。t时刻的速度vt与t0时刻的速度v0之差，是矢量 v0＋at at (1)小车的速度随时间均匀增大。(　　 　　) (2)根据图像的斜率可求出小车的加速度。(　　 　　) (3)根据图像的斜率不能确定加速度的方向。(　　 　) 2．(教材点拨P41)“思考与讨论” 图2.2-3给出的v-t图线为一曲线，由数学知识可知，图线上各点的斜率逐渐减小，或由加速度的定义式可知，其运动的加速度越来越小，所以此v-t图线描述的物体做加速度越来越小的加速运动。 探究点一匀变速直线运动 匀变速直线运动的加速度是不变的，即任意时刻速度的变化率相同，在任意相等时间内，速度的变化量相等且不为零，A、C错误，D正确；做匀变速直线运动的物体，它的加速度方向和速度方向之间没有必然联系，可能相同也可能相反，B错误。 匀加速直线运动的v-t图像是一条远离时间轴的倾斜直线，A中速度为负值代表速度方向与规定正方向相反，但速度在均匀增大，D中速度为正值，代表速度方向与规定正方向相同，且均匀增大，A、D正确。 探究点二速度与时间的关系 2．刹车问题的求解方法 (1)先求出刹车时间t刹＝(a＜0)； (2)若t＞t刹，车已停止，v＝0； (3)若t＜t刹，再用v＝v0＋at计算，求末速度v。 取初速度方向为正方向，设经时间t停下，末速度为零，由速度公式v＝v0＋at 代入数据得t＝＝5 s 可见货车在6 s前就停下了，所以6 s末货车的速度为0。 探究点三速度—时间图像 匀变速直线运动的v-t图像是倾斜直线，A错误；列车先匀减速，后速度为零，再匀加速，D错误；由于列车前后运动方向一致，B正确，C错误。 速度－时间图像斜率表示加速度，由题图可知a甲＝1 m/s2，a乙＝4 m/s2，甲的加速度与乙的加速度之比为1∶4，A错误；速度－时间图像纵坐标表示速度，由题图知前4 s乙的速度比甲的小，B错误；由题图知4 s时，甲、乙速度大小相等，C正确；甲从零时刻开始运动，乙从3 s时刻开始运动，D错误。 探究点四解决实际问题 当车速达到最大vm＝12 m/s且加速度取最小值时，“自动刹车”的时间最长，由速度公式v＝vm－at＝0解得t＝2 s，B正确。 h-t图像是反映潜水器在水面下距水面的高度与时间的图像，不是潜水器的下潜轨迹，A错误；v-t图像的斜率表示加速度，根据图像可得第6～10 min内，潜水器的加速度大小不变，但是方向改变了，B正确；由h-t图像知潜水器第3～4 min内在下潜，由v-t图像可得加速度大小a＝ m/s2＝ m/s2，C错误；由h-t图像可知潜水器第6～10 min内下降的高度在减小，所以在向上运动，D正确。 赛车的进站过程做匀减速运动，初速度为v0＝90 m/s，末速度为v＝0，加速度为a1＝－30 m/s2，则进站时间为：t1＝＝ s＝3 s；赛车的出站过程做匀加速运动，初速度为v0′＝0，末速度为v′＝90 m/s，加速度为a2＝45 m/s2，则出站时间为：t2＝＝2 s；所以该赛车从进站到出站所用时间是：t＝t1＋t2＋6 s＝2 s＋3 s＋6 s＝11 s。 匀变速直线运动的速度是均匀变化的，A错误；匀变速直线运动是加速度不变的运动，故加速度方向一定不变，但加速度不变的运动不一定是直线运动，B错误，D正确；匀变速直线运动的速度方向可能是变化的，如：物体先做匀减速运动，速度减为零后反向做匀加速运动，加速度保持不变，速度方向改变，C错误。 2．(多选)如图所示是某物体做直线运动的v-t图像，由图像可知，下列说法正确的是(　　) A.物体在0～10 s内做匀速直线运动 B．物体在0～10 s内做匀加速直线运动 C．物体运动的初速度为10 m/s D．物体在0～10 s内的加速度为2.5 m/s2 v-t图像是一条倾斜的直线说明物体做匀变速直线运动，且由图像可看出速度随时间的增长而变大，故做匀加速直线运动，A错误，B正确；在时间为零时刻物体的速度为10 m/s，C正确；根据加速度公式a＝，代入数据有a＝1.5 m/s2，物体在0～10 s内的加速度为1.5 m/s2，D错误。 3.小明乘坐高铁通过大桥，当他所在的车厢刚要进桥头时，看到车厢内显示屏上的示数为216 km/h，若过桥时高铁减速运动，加速度大小为0.5 m/s2，则经过20 s车厢内显示屏上的示数约为(　　) A．252 km/h B．180 km/h C．108 km/h D．72 km/h 高铁运动的初速度为216 km/h＝60 m/s，根据v＝v0＋at得v＝60 m/s－0.5×20 m/s＝50 m/s＝180 km/h，B正确。 由速度公式v＝v0＋at可知，物体的初速度为5 m/s，加速度为－2 m/s2，A正确；由于加速度方向与初速度方向相反，所以物体做匀减速直线运动，B错误；物体每秒的速度变化量为－2 m/s，C正确；根据速度公式可以计算出经过3 s物体的速度为－1 m/s，负号表示方向与初速度方向相反，D错误。 5．(2022·全国甲卷)长为l的高速列车在平直轨道上正常行驶，速率为v0，要通过前方一个长为L的隧道，当列车的任一部分处于隧道内时，列车速率都不允许超过v(v< v0)。已知列车加速和减速时加速度的大小分别为a和2a，则列车从减速开始至回到正常行驶速率v0所用时间至少为(　　) A．＋ B．＋ C．＋ D．＋ 由题知当列车的任一部分处于隧道内时，列车速率都不允许超过v(v< v0)，则列车进隧道前必须减速到v，则有v ＝ v0－2at1，解得t1＝，在隧道内匀速运动有 t2＝，列车尾部出隧道后立即加速到v0，有v0＝v＋at3，解得 t3＝，则列车从减速开始至回到正常行驶速率v0所用时间至少为t＝＋， C正确。 $$