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（粤教版2019）

第三节　速度 课程内容要求 核心素养提炼 1.理解速度的概念，领会其矢量性，知道速度的方向即物体运动的方向． 2．知道平均速度和瞬时速度的意义，了解它们的区别与联系． 3．知道速度与速率的区别与联系． 4．会用速度－时间图像描述物体的运动． 1.物理观念：能将速度概念与生活中相关现象联系起来，能从物理学的视角观察身边的运动现象． 2．科学思维：结合瞬时速度概念的建构，体会研究物理问题的极限方法和抽象思维的方法． 3．科学探究：通过平均速度与瞬时速度的比较，对瞬时速度的测量方法有所了解． 4．科学态度与责任：知道物理学研究的很多问题就在身边，对自然界有好奇心，具有探索的兴趣；知道物理学能解决人们生产生活中的一些问题． 1．定义：速度是反映物体运动快慢和方向的物理量，用位移跟发生这段位移所用时间之比来表示． 2．公式：v＝． 3．单位：在国际单位制中是米每秒，符号m/s或m·s－1，常用的还有千米每时(km/h或km·h－1)、厘米每秒(cm/s或cm·s－1)等．换算关系：1 m/s＝3.6 km/h. 4．矢量性：速度是矢量，既有大小，又有方向． 1．定义：表示物体在时间t内的平均快慢程度． 2．矢量性：平均速度是矢量，它的方向由位移的方向决定． 3．平均速率：路程与相应的时间之比． 1．定义：瞬时速度是运动物体在某一时刻或经过某一位置时的速度． 2．速率：瞬时速度的大小叫作速率，瞬时速度是矢量，而速率是标量． [思考] 在下图中，交警用电子检测设备检测汽车是否超速，电子检测设备测得的速度是平均速度还是瞬时速度？ 提示　电子检测设备拍摄了车辆经过电子设备瞬间的运动情况．因此，测得的速度是瞬时速度． 1．物理意义：v­t图像反映的是做直线运动的物体的速度随时间变化的情况． 2．图像的建立 (1)以时间t为横轴，速度v为纵轴建立平面直角坐标系． (2)根据计算出的不同时刻的瞬时速度值，在坐标系中描点． (3)用平滑的曲线来描出这些点，曲线所反映的情况就会与实际更加接近． [判断] (1)作v­t图像时，所取的点越多，图线就越准确．(√) (2)作出的v­t图线应该通过所有的点，图线曲折也可以．(×) 探究点一　对速度的理解 如图，自行车和汽车都在平直公路上沿同一方向单向行驶，在10分钟内自行车行驶了3 km，汽车行驶了13 km，自行车和汽车哪个更快？ 提示　相同时间内，汽车的位移比自行车大，汽车更快． 1．对速度定义式v＝的理解 (1)公式中的s是物体运动的位移，不是路程． (2)v＝是速度的定义式，不是决定式．v大小与s及t无关．不能认为v与位移成正比、与时间成反比． 2．速度的矢量性 (1)速度既有大小，又有方向，是矢量．速度的方向就是物体对应时刻的运动方向． (2)比较两个速度是否相同时，既要比较其大小是否相等，又要比较其方向是否相同． (多选)关于速度的定义式v＝，以下叙述正确的是(　　) A．物体做匀速直线运动时，速度v与运动的位移s成正比，与运动时间t成反比 B．速度v的大小与运动的位移s和时间t都无关 C．速度不变的运动是匀速直线运动 D．v1＝4 m/s、v2＝－5 m/s，因为4>－5，所以v1>v2 BC　[v＝是计算速度的定义式，只说明速度可用位移s除以时间t来获得，并不是说v与s成正比，与t成反比，A错误，B正确；匀速直线运动是速度不变的运动，C正确；速度是矢量，正、负号表示方向，绝对值表示大小，D错误．] [训练1]　小李乘坐高铁，当他所在的车厢刚要进隧道时，看到车厢内显示屏上的示数为216 km/h，他立即观察手表秒针走动，经过20 s车厢出了隧道，则该隧道的长度约为(　　) A．600 m　　　　　　　 B．1 200 m C．2 160 m D．4 320 m B　[s＝vt＝×20 m＝1 200 m．] 探究点二　平均速度与瞬时速度 龟兔赛跑 (1)龟兔赛跑中，乌龟赢了，可以说是什么速度大？ 提示　是平均速度大． (2)图中没打盹的兔子也比乌龟慢吗？此时指的是什么速度？ 提示　图中没打盹的兔子比乌龟快，此时指的是瞬时速度． 1．平均速度和平均速率的比较 (1)平均速度：位移与时间的比值，即平均速度＝. (2)平均速率：路程与时间的比值，即平均速率＝. 2．瞬时速度和速率 (1)瞬时速度是物体在某时刻(或某位置)的速度．瞬时速度是矢量，其方向就是该时刻(或该位置)物体运动的方向．描述物体在某时刻(或某位置)的运动快慢和运动方向． (2)速率是瞬时速度的大小．速率是标量，没有方向，速率只能反映某时刻(或某位置)物体运动的快慢，不能表示方向． 3．平均速度和瞬时速度的比较 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 精确描述物体在某一时刻或某一位置运动的快慢 矢标性 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)＝中，当Δt→0时，平均速度可看成瞬时速度； (2)匀速直线运动中，瞬时速度保持不变，即任意时间段内平均速度等于任意一时刻的瞬时速度； (3)两者的大小无必然联系，即瞬时速度大，平均速度不一定大 如图所示，某质点沿边长AB＝3 m，BC＝4 m的矩形从A点沿逆时针方向匀速率运动，在5 s内运动了矩形周长的一半到达C点．求： (1)质点的位移和路程； (2)平均速度和平均速率各为多大？ [思路点拨]　①求质点的位移和平均速度时必须指明其方向． ②求同一过程的平均速度和平均速率时对应时间相同，但前者对应质点的位移，后者对应质点的路程． 解析　(1)位移大小AC＝＝ m＝5 m，方向由A指向C． 路程L＝AB＋BC＝3 m＋4 m＝7 m. (2)由平均速度公式＝＝ m/s＝1 m/s，方向由A指向C． 由平均速率公式＝＝ m/s＝1.4 m/s. 答案　(1)5 m，方向由A指向C　7 m　(2)1 m/s，方向由A指向C　1.4 m/s [变式]　若质点再用2 s时间沿逆时针方向运动回到A点，则质点全程的平均速度和平均速率各多大？ 解析　平均速度1＝0，平均速率v1′＝ m/s＝2 m/s. 答案　0　2 m/s [训练2]　甲、乙两地相距60 km，一汽车用40 km/h的平均速度通过了全程的，剩余的路程用了2.5 h．求： (1)此汽车在后路程的平均速度大小； (2)汽车在全过程中的平均速度大小． 解析　(1)汽车在前、后两段的位移大小分别是 s1＝60× km＝20 km，s2＝60× km＝40 km， 汽车在后路程的平均速度大小： v2＝＝ km/h＝16 km/h. (2)汽车在全过程中的平均速度大小： v＝＝ km/h＝20 km/h. 答案　(1)16 km/h　(2)20 km/h 探究点三　速度－时间图像 (1)对比位移—时间图像，速度—时间图像表示什么？ 提示　表示物体的速度随时间的变化情况． (2)v­t图像是描述直线运动还是曲线运动？ 提示　直线运动． (3)如图乙所示，用折线把这些点连起来就是物体运动的v­t图像了吗？ 提示　因为通常速度不会发生突变，所以要用一条平滑的曲线描出这些点． v­t图像的应用 如图所示为物体1、2、3、4、5在同一直线上运动的v­t图线． (1)由图像能看出物体在每一时刻对应的瞬时速度．瞬时速度为正，说明物体沿选定的正方向运动，如图中的1、4、5图线；瞬时速度为负，说明物体沿与选定的正方向相反的方向运动，如图中的2、3图线． (2)根据图线形状判断物体的运动性质：若图线平行于t轴，则表示物体做匀速直线运动，如图中所示的1、2图线；若图线不平行t轴，则表示物体做变速运动，如图中的3、4、5图线，且倾斜程度越大，表示速度变化越快． (3)截距：v­t图像的纵轴截距表示初始时刻物体的瞬时速度，横轴截距表示物体速度为零的时刻． (4)图线交点：两条图线相交，交点表示两物体此时的瞬时速度相同． 如图所示是小朋友某次蹦床跳起后的图像，已知t1－0＝t2－t1，分析下列问题： (1)她跳起时的速度有多大？ (2)你能从图像乙中知道在哪段时间内是上升的，哪段时间内是下降的吗？ (3)从图像乙中你能否看出，作图时选的是上升过程还是下降过程的速度方向为正方向？ 答案　(1)纵轴的截距即为起跳时的速度，即其大小为v0. (2)0～t1时间内，做匀减速直线运动，是上升过程；t1～t2时间内，速度反向且逐渐增大，是下降过程． (3)开始为上升过程，速度越来越小，到最高点时速度为0，所以图中是以上升过程的速度方向为正方向． [变式]　若将[例3]中v­t图像改为s­t图像则图像中描述的是怎样的运动？ 答案　在0～t1内物体从初位置s0处向负方向做匀速直线运动，t1时刻到达位移为零处，t1～t2内向负方向做匀速直线运动 [训练3]　(多选)甲、乙两车停在同一水平道路上，一前一后相距L＝4 m，乙车在前，甲车在后，某时刻两车同时开始运动，两车运动的s­t图像如图所示，则下列表述正确的是(　　) A．乙车做曲线运动，甲车做直线运动 B．甲车先做匀速运动，后静止 C．乙车速度不断增大 D．两车有两次相遇 BCD　[乙车的s­t图像是曲线，但这不是乙车的运动轨迹，乙车做直线运动，A错误；由题图可知，两车的运动方向与规定的正方向相反，甲车在前6 s内做匀速运动，之后静止，B正确；由于乙车位移图像的斜率逐渐增大，即速度逐渐增大，C正确；在s­t图像中图线的交点表示两车相遇，则甲、乙两车相遇两次，D正确．] 1．(对速度的理解)小蒙骑自行车由静止沿直线运动，他在第1 s内、第2 s内、第3 s内、第4 s内通过的位移分别为1 m、2 m、3 m、4 m，则(　　) A．他4 s末的瞬时速度为4 m/s B．他第2 s内的平均速度为1.5 m/s C．他4 s内的平均速度为2.5 m/s D．他1 s末的速度为1 m/s C　[由题意无法得出自行车的运动规律，无法确定它的瞬时速度，只能求出平均速度，第2 s内平均速度为 m/s＝2 m/s；4 s内的平均速度＝ m/s＝2.5 m/s.选项C正确．] 2．(平均速度和瞬时速度)下列情境中的速度，表示平均速度的是(　　) A．苏炳添在某次百米赛跑中以10 m/s的速度冲过终点线 B．返回地面的太空舱以8 m/s的速度落入太平洋中 C．由于堵车，汽车从甲地到乙地的车速仅为10 km/h D．C919以260 km/h的速度从跑道上起飞 C　[苏炳添在某次百米赛跑中以10 m/s的速度冲过终点线，对应一个点，为瞬时速度，A错误；返回地面的太空舱以8 m/s的速度落入太平洋中，对应一个位置，表示瞬时速度，B错误；由于堵车，汽车从甲地到乙地的车速仅为10 km/h，对应一段位移，表示平均速度，C正确；C919以260 km/h的速度从跑道上起飞，对应一个点，表示瞬时速度，D错误．] 3．(对v­t图像的理解)(多选)如图所示为某物体做直线运动的v­t图像，关于该物体在前4 s内的运动情况，下列说法正确的是(　　) A．物体始终朝同一方向运动 B．物体的速度变化是均匀的 C．物体速度在2 s末减小为零 D．4 s内物体的位移是4 m BC　[0～2 s内v＜0，物体向负方向运动，2～4 s，v＞0，物体向正方向运动，A错误；由于图线的倾斜程度不变，所以物体速度变化是均匀的，B正确；2 s末速度为零，C正确；4 s内位移为零，D错误．] 4．(平均速率和路程)下面的文字来自一篇报道：“G1次中国标准动车组‘复兴号’驶出北京南站，瞬间提速.15分钟后，激动人心的数字出现在屏幕上：350千米/小时！历经4小时28分钟的飞驰，抵达上海虹桥站.350公里时速的正式运营，标志着我国成为世界高铁商业运营速度最高的国家”．根据报道可知(　　) A．该列车在前15分钟内的平均速率是350 km/h B．该列车在前15分钟内行驶的路程是87.5 km C．屏幕上的数字“350千米/小时”表示列车当时的瞬时速率 D.列车从北京南站到上海虹桥站行驶的路程为1 563 km C　[350 km/h是15分钟时刻的瞬时速度，则该列车在前15分钟内的平均速率小于350 km/h，选项A错误；该列车在前15分钟内行驶的路程小于×350 km＝87.5 km，选项B错误；屏幕上的数字“350千米/小时”表示列车当时的瞬时速率，选项C正确；因前15分钟的运动情况不明确，则无法计算列车从北京南站到上海虹桥站行驶的路程，选项D错误．] 学科网（北京）股份有限公司 $$