第1章 第3节 速度（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册（鲁科版2019）

第3节　速　度 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 知道速度、平均速度、瞬时速度的概念，知道它们是矢量，方向怎样确定．理解它们的区别． 掌握平均速度和瞬时速度的区别与联系，理解比值定义法和极限思维方法． 学会探究常见生活现象中的平均速度和瞬时速度． 掌握比值法与极限法在物理学中的应用，并会渗透到现实生活中去． 知识点一 平均速度 1.定义：物体运动的位移与所用时间之比，通常用v表示，即v＝． 2．物理意义：大致描述一段时间内物体运动的快慢和方向． 3．单位：在国际单位制中是m/s．常用单位还有km/h． 4．方向：平均速度是矢量，既有大小又有方向，其方向与位移的方向相同． 1．速度在数值上等于单位时间内通过的路程．(　×　) 2．两物体的速度分别是v1＝2 m/s，v2＝－3 m/s，则它们的大小关系为v1＞v2.(　×　) 3．速度的大小与位移大小成正比，与运动时间成反比．(　×　) 知识点二 瞬时速度 1.定义：物体在某时刻或某位置的速度．瞬时速度的大小叫瞬时速率，简称速率． 2．物理意义：准确描述物体在某时刻或某位置的运动快慢和方向． 3．方向：瞬时速度是矢量，既有大小又有方向．其方向与物体运动方向相同． 4．瞬时速度的测量 (1)原理：用很小位移或很短时间内的平均速度大小近似作为瞬时速率． (2)方法 ①光电门法：用光电门实验装置可测物体在极短时间内的平均速度，认为它就是测得的瞬时速度． ②速度计法：用速度计可直接读出物体在某一时刻或某一位置的瞬时速度的大小． 1．匀速直线运动的平均速度等于瞬时速度．(　√　) 2．瞬时速度是运动时间t→0时的平均速度．(　√　) 3．子弹以速度v从枪口射出，v指平均速度．(　×　) 探究点一　平均速度和瞬时速度　(运动观念之形成) ►情境探究 气象台对某次台风的预报是：风暴中心以18 km/h左右的速度向西北方向移动；在登陆时，风暴中心的最大风速达到33 m/s…报道中的两个速度分别是指？ 提示：平均速度　瞬时速度 ►探究归纳 平均速度与瞬时速度的比较 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 粗略描述物体在一段时间内或一段位移内运动的快慢 精确描述物体运动的快慢 矢量性 矢量，与位移的方向相同 矢量，沿轨迹上某一点的切线方向 联系 (1)v＝中，当t→0时，平均速度可看成瞬时速度 (2)两者的大小无必然联系，即瞬时速度大，平均速度不一定大 ►对点例练 有一高度为1.70 m的田径运动员正在进行100 m短跑比赛，在终点处，有一站在跑道旁边的摄影记者用照相机给他拍摄冲刺动作．摄影记者使用的照相机的光圈(控制进光量的多少)是16，快门(曝光时间)是 s，得到照片后测得照片中人的高度为1.7×10－2 m，胸前号码布上模糊部分的宽度是2×10－3 m，由以上数据可得运动员冲刺时 s内的位移是0.2_m，该段时间内的平均速度为12_m/s，冲刺时的速度大小是12_m/s． 解析：人的身高和照片中人的高度之比为100∶1，又运动员胸前号码布上模糊部分的宽度是2×10－3 m，得运动员 s内的位移s＝0.2 m．则 s内运动员的平均速度v＝＝ m/s＝12 m/s，即运动员冲刺时的速度大小为12 m/s. [训练1] (2021·进贤县第一中学高二月考)一骑自行车的人由静止开始沿直线骑车，他在第1 s内、第2 s内、第3 s内、第4 s内通过的距离分别为1 m、2 m、3 m、4 m．关于这个运动，下列说法正确的是(　　) A．4 s末的瞬时速度为2.5 m/s B．4 s末的瞬时速度为4 m/s C．前4 s的平均速度为2.5 m/s D．第4 s的平均速度为2.5 m/s C　解析：根据第1、2、3、4秒内，通过的路程分别为1米、2米、3米、4米，无法判断自行车所做的运动，无法求出4秒末的瞬时速度，故A、B错误；4 s内的平均速度v＝＝2.5 m/s，故C正确，第4 s内的平均速度为v＝＝4 m/s，故D错误．故选C． 探究点二　平均速度和平均速率　(运动观念之形成) ►情境探究 智能手机上装载的众多软件改变着我们的生活．如图所示为某地图app软件显示的一张导航截图，图中显示的信息：7.6公里表示剩余行程的位移大小还是路程大小？根据“7.6公里，15分钟”这两个数据，可以算出剩余行程的平均速度还是平均速率？ 提示：7.6公里表示剩余行程的路程大小． 根据“7.6公里，15分钟”这两个数据，7.6公里是路程，可以算出剩余行程的平均速率． ►探究归纳 　　项目 比较　　 平均速度 平均速率 区 别 定义式 平均速度＝ 平均速率＝ 标矢性 矢量，有方向 标量，无方向 联系 (1)都能粗略地描述物体运动的快慢 (2)单位相同，在国际单位制中，它们的单位是米/秒，符号是m/s (3)平均速度的大小一般小于平均速率，只有在单方向直线运动中，平均速度的大小才等于平均速率，但这种情况下也不能说平均速度就是平均速率 ►对点例练 (2021·上海交大附中高一期末)如图所示为一边长为1 m的立方体包装纸箱，有一只聪明的蚂蚁沿纸箱表面以最短的路程从顶点A到达顶点G用了10 s时间，则该过程中蚂蚁的平均速度大小和平均速率分别是(　　) A． m/s、 m/s B． m/s、 m/s C． m/s、 m/s D． m/s、 m/s A　解析：根据几何关系，可得蚂蚁的位移为AG两点的直线距离，则有x＝ m，所以平均速度为v＝＝ m/s，由题可知，展开ACGE面即可得蚂蚁所走过的最短路程，如图所示 根据几何关系，可得最短路程为 s＝AG＝ m＝ m 则平均速率为vs＝＝ m/s，故选A． [训练2] (2021·四川成都高一期末)为了响应节能减排缓堵的号召，某教师下班后骑自行车回家，手机导航(如图所示)显示有三种方案．方案一“30分钟，6.0公里”，方案二“33分钟，6.4公里”，方案三“36分钟，7.0公里”．关于该老师回家的下列说法，正确的是(　　) A．老师在骑行回家的过程中不能被当成质点 B．三种方案回家的位移相等 C．三种方案回家的平均速度相等 D．三种方案回家的平均速率相等 B　解析：老师在骑行回家的过程中能被当成质点，A错误；三种方案的初末位置相同，回家的位移相等，B正确；三种方案位移相同，运动时间不相同，回家的平均速度不相等，C错误；三种方案回家的平均速率分别为 v1＝公里/分钟＝0.2公里/分钟 v1＝公里/分钟≈0.19公里/分钟 v1＝公里/分钟≈0.194公里/分钟 三种方案回家的平均速率不相等，D错误． 故选B． 探究点三　位移—时间图像的应用 ►探究归纳 用s­t图像表示运动 1．斜率：斜率的大小表示速度的大小，斜率的正负表示物体运动的方向，如图中的图线a表示物体沿规定的正方向运动，图线b表示物体沿规定的负方向运动．图线为平行于时间轴的直线，则表示物体处于静止状态，如图中的图线c所示． 2．截距：纵轴截距表示运动物体的初始位置，如图所示，图线b的截距表示物体从s2位置处开始运动． 3．交点：表示物体的相遇位置，如图中的交点表示a、b、c三个物体在t1时刻距坐标原点s1的位置处相遇． ►对点例练 (2021·四川凉山彝族自治州高一期末)如图所示是甲、乙两物体从同一位置出发的运动—时间图像，y轴不慎没有标注，已知4 s时两物体相遇，由图像可以看出在0～4 s这段时间内(　　) A．图像是速度—时间图像 B．甲、乙两物体始终同向运动 C．甲的平均速度等于乙的平均速度 D．甲、乙两物体之间的距离一直增大 C　解析：已知4 s时两物体相遇，则通过图像可知，在4 s时两物体的图像形成交点，可知此图像为s­t图像，故A错误；由于位移—时间图像的斜率表示该时刻的速度，可以从图中看出乙物体的速度(斜率)始终为正值，即速度始终为正方向，甲物体前两秒内速度为正方向，2秒末到4秒末速度为负方向，故B错误；由图知：4 s内甲的位移大小为Δx甲＝2 m－0＝2 m，乙的位移大小为Δx乙＝2 m－0＝2 m，可见位移相等，所用时间也相等，则由平均速度公式v＝，得知平均速度相等，故C正确；由s­t图像可知，甲乙两物体的距离先增大，后减小，最终在4 s时两物体相遇，故D错误；故选C． [训练3] (2021·山东临沂高一期末)甲、乙两同学在操场沿百米同一跑道上奔跑的位移—时间图像如图所示．下列说法正确的是(　　) A．两同学同时同地出发 B．两同学奔跑的方向相同 C．两同学奔跑得一样快 D．乙同学比甲同学奔跑得快 C　解析：由图可知，他们出发时相距为s0，是同时但是不是同地，A错误；两直线倾斜方向相反，则两质点运动的方向相反，B错误；图像的倾斜程度表示物体运动的速度，由图可知，两图线倾斜程度相同，因此两质点运动得一样快，D错误，C正确．故选C． 探究点四　解决实际问题　(科学态度与责任) [训练4] (生活情境)(2021·北京高一期末)小明乘坐电梯，从一层到六层．他站在电梯里，可以简化为如图所示的示意图．从一层升到六层电梯上升的高度为15 m，所用的时间为15 s，则小明乘坐的电梯的平均速度为(　　) A．1 m/s B．1.2 m/s C．5 m/s D．5.2 m/s A　解析：小明乘坐的电梯的平均速度为v＝＝ m/s＝1 m/s，故选A． [训练5] (交通情境)(多选)(2021·河南高一月考)超级高铁(又称“胶囊高铁”)利用磁悬浮技术将列车“漂浮”在真空管道中，由于没有摩擦，可获取远大于目前高铁的运行速度．世界上第一个商业“胶囊高铁”于2020年在阿联酋的阿布扎比运行．在某次测试中，“胶囊高铁”在一个曲线路段加速行驶了9.6公里，用时28.8 s，达到了最高速度1 500 km/h.则下列说法正确的是(　　) A．“1 500 km/h”指的是平均速度 B．“1 500 km/h”指的是瞬时速度 C．在加速过程中，胶囊高铁的平均速度是1 200 km/h D．在加速过程中，超级高铁的平均速率为1 200 km/h BD　解析：最高速度1 500 km/h指的是瞬时速度，故A错误，B正确；由于列车在曲线路段行驶，9.6公里是路程，无法确定其位移，因此无法计算出胶囊高铁的平均速度，故C错误；平均速率是单位时间内的路程，在加速过程中，超级高铁的平均速率v＝＝＝1 200 km/h，故D正确．故选D． A组 学业基础练 1.下列关于平均速度、平均速率、瞬时速度、瞬时速率的说法中正确的是(　　) A．瞬时速度是物体在某一时刻或某一位置时的速度 B．平均速度是物体在某一段时间内瞬时速度的平均值 C．运动方向不变时，平均速率就是平均速度 D．平均速度是指物体通过的路程与对应时间的比值 A　解析：瞬时速度是物体在某一时刻或某一位置时的速度，A正确；平均速度是物体在某一段时间内的速度，一般不是瞬时速度的平均值，B错误；平均速率是标量，而平均速度是矢量；运动方向不变时，平均速度的大小等于平均速率，C错误；平均速度是指物体通过的位移与对应时间的比值，D错误．故选A． 2． (2021·临颍县南街高级中学高一期末)在学校运动会男子100米比赛中，张三以9秒99的成绩获得第一名，他在比赛中的平均速度约为(　　) A．3 m/s B．6 m/s C．10 m/s D．13 m/s C　解析：百米赛跑为直线运动，则位移为100 m，根据平均速度公式可知，他的平均速度v＝＝ m/s≈10 m/s，故选C． 3．(2021·湖南娄底市·娄底一中高二期中)在下列所示的图像中，表示匀速直线运动规律的是(　　) D　解析：s­t图像的斜率等于速度，图表示物体速度逐渐变大，A错误；图表示物体速度逐渐减小，B错误；图表示物体静止，C错误；图表示物体做匀速运动，D正确．故选D． B组 等级提升练 4．(多选)(2021·浙江高一月考)2017年8月份开始，浙江高速公路都将实施“区间测速”．交警局一位负责人解释，区间测速是一项先进的监控手段，利用车辆通过前后两个监控点的时间计算平均车速的简单原理，只需测算距离与通行时间就可以换算出有没有超速行为，图为高速公路上的一个交通标识．一辆汽车于8月2日上午8：03通过监测起点时速度为115 km/h，上午8：11分通过监测终点时的速度也为115 km/h，由此可判断(　　) A．汽车在该测速区间以115 km/h的速度做匀速率运动 B．汽车在起点和终点的速度都小于120 km/h，因此没有超速 C．根据区间测速的原理，该汽车超速了 D．在该测速区间，汽车某时刻的瞬时速度可能为100 km/h CD　解析：测速器测出的速度为瞬时速率，在该区间内速度大小比115 km/h可能大、可能小、可能相等，可能为100 km/h，故A错误，D正确；根据区间测速原理可知v＝＝＝150 km/h>120 km/h所以该车超速了，故B错误，C正确．故选CD． 学科网（北京）股份有限公司 $$