第1章 第3节 位置变化的快慢与方向——速度（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理必修第一册（教科版2019）

描述运动的基本概念 第3节　位置变化的快慢与方向——速度 第一章 物理 必修 第一册 J　 返回导航 物理 必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 位移Δx 时间Δt 米每秒 m/s 物理 必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 二、瞬时速度 1．定义：某____(或经过某位置时)的速度称为瞬时速度。 2．瞬时速度的大小称为____。 3．平均速率：____与____之比。 时刻 速率 路程 时间 物理 必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 位置 物理 必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 (2)种类：____打点计时器和电火花计时器。 (3)时间间隔：打点频率是50 Hz，即每隔________ s打一个点。 (4)方法：测量出某两个点迹间的________，除以相应的____________即得到这段时间内的平均速度，如果这段时间很短，所得的结果也可认为是瞬时速度。 电磁 0.02 距离Δx 时间间隔Δt 物理 必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 3．用光电门测速度 (1)如图所示，当小车遮光板阻挡了射到B管上的光线， 与光电门相连的计时器启动开始计时；而当遮光板离 开，光线重新照射到B管时，计时器停止。 (2)遮光板很窄，遮挡光线的时间Δt足够短，遮光板的________与相应的时间间隔Δt的比可以认为是小车经过光电门时的____速度。 距离Δx 瞬时 物理 必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 四、速度—时间图像 1．速度—时间图像(v－t图像) 在直角坐标系中，用纵轴表示_________，用横轴表示______，把测量所得的各数据标注在坐标系中，再把各数据点连接成一条光滑的曲线，即是速度—时间图像，简称v－t图像。 2．v－t图像的意义 v－t图像直观地表示物体的速度随时间变化的情况。 速度v 时间t 物理 必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 × √ × √ √ 物理 必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 × × × 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 探究点一____平均速度与瞬时速度的区别与联系 龟兔赛跑 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [问题设计] (1)龟兔赛跑中，乌龟赢了，可以说是什么速度大？ (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：(1)是平均速度大。 (2)图中没打盹的兔子比乌龟快，此时指的是瞬时速度。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 【例1】 关于瞬时速度、平均速度，以下说法正确的是(　　) A．瞬时速度可以看成时间趋于无穷小时的平均速度 B．做变速运动的物体某段时间内的平均速度，一定和物体在这段时间内各个时刻的瞬时速度的平均值大小相等 C．物体在做变速直线运动，平均速度的大小等于这段时间内初、末时刻瞬时速度的平均值的大小 D.物体做变速运动时，平均速度是指物体通过的路程与所用时间的比值 A 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 (1)平均速度必须指明是哪个过程(哪段时间或哪段位移)内的平均速度。 (2)生活中常说的速度，要根据具体情景来确定是平均速度还是瞬时速度。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 B 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 探究点二____平均速度与平均速率 如图所示，几位同学用不同的时间围操场跑了一圈，都回到了出发点。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [问题设计] (1)他们的平均速度是多少？ (2)那在此种情况下如何描述物体运动的快慢？ 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 瞬时速度的大小叫作速率，但是平均速度的大小不是平均速率。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 【例2】 如图所示是三个质点A、B、C的运动轨迹，三个质点同时从N点出发，同时到达M点。下列说法正确的是(　　) A．三个质点从N到M的平均速度相同 B．三个质点到达M点的瞬时速度相同 C．三个质点从N到M的平均速率相同 D．A质点从N到M的平均速度方向与任意时刻的瞬时速度方向相同 A 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [练2] (多选)下列说法正确的是(　　) A．平均速率是平均速度的大小 B．瞬时速率是瞬时速度的大小 C．瞬时速度是指较短时间内的平均速度 D．对于匀速直线运动，平均速度与瞬时速度相等 BD 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 探究点三____速度的测量 百米赛跑运动中，在估算百米运动员冲线的速度时，我们通常用100米除以运动员的成绩和用运动员最后10米除以最后10米所用的时间两种方法。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [问题设计] 哪一种更能代表运动员的冲线速度？对你有什么启发？ 提示：用最后10米除以最后10米所用的时间更能代表运动员冲线的速度，由此可知，测量物体经过某一点的瞬时速度时，我们可以用物体接近这一点的很小一段时间内的平均速度来代替。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 一、打点计时器及其原理 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 【例3】 (1)电磁打点计时器使用的是________________(选填“交流4～6 V”或“交流220 V”)电源，实验室使用我国民用电(频率50 Hz)时，如果每相邻的计数点间还有4个点未标出，则相邻两个计数点间的时间间隔为________________s。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 (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……七个点进行研究，这七个点和刻度尺标度的对应位置如图所示。 可求出A点到D点的距离是________________cm。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 (3)由实验数据可得A点到D点的平均速度是________________m/s；B点的瞬时速度是________________m/s。(结果均保留两位有效数字) 答案：(1)交流4～6 V　0.1　(2)4.10　(3)0.14　0.13 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 当时间极短时，我们将这一段时间内的平均速度认为是这段时间内某一时刻的瞬时速度，这体现了极限法的思想。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 A 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 探究点四____速度—时间图像 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [问题设计] (1)对比位移—时间图像，速度—时间图像表示什么？ (2)v－t图像是描述直线运动还是曲线运动？ (3)如图甲所示，用折线把这些点连起来(如图乙所示)就是物体运动的v－t图像了吗？ 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 提示：(1)表示物体的速度随时间的变化情况。 (2)直线运动。 (3)因为通常速度不会发生突变，所以要用一条平滑的曲线把这些点连起来，如图所示。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 v－t图像中反映的物理量 (1)某一时刻瞬时速度的大小可以从图像上直接读出。 (2)速度的方向，选v轴中的正方向为正方向，如果速度为负值，则说明运动的方向跟选择的正方向相反。 (3)匀速直线运动的图像是一条平行于t轴的直线。 (4)从匀速直线运动的速度—时间图像中不仅可以看出速度的大小，而且可以求出位移。据位移公式x＝vt，在速度图像中位移就对应着边长分别为v和t的矩形的面积。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 【例4】 如图所示为某物体的v－t图像，试说明该物体的运动情况。 答案：见解析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 A 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 1．下列有关速度的说法正确的是(　　) A．平均速度就是瞬时速度的平均值 B．极短时间内的平均速度可以认为等于瞬时速度 C．公路旁的限速标志牌上的速度是指车辆的平均速度 D．平均速度、瞬时速度、速率三个物理量都是矢量 B 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 2．高速公路“区间测速”的原理是通过测量车辆经过两个监控点之间的时间来判断是否超速。如图所示为某一20 km路段的区间测速标志，该路段限速120 km/h，则(　　) A．“20 km”指位移 B．“20 km”指路程 C．车辆过此路段瞬时速度为120 km/h D．车辆过此路段用时15 min属超速 B 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 3．如图所示为甲、乙两质点的v－t图像，对于甲、乙两质点的运动，下列说法正确的是(　　) A．质点甲向所选定的正方向运动，质点乙与甲的运动方向相反 B．质点甲、乙的速度相同 C．在相同的时间内，质点甲、乙的位移相同 D．质点甲、乙之间的距离一定越来越大 A 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 4．CVT变速箱实现了无级变速，为测试某辆配备了CVT变速箱汽车的性能，该汽车做匀加速直线运动。在前一半时间内的平均速度的大小为40 m/s，后一半时间内的平均速度的大小为60 m/s，则在全程范围内的平均速度的大小是(　　) A．50 m/s B．48 m/s C．52 m/s D．45 m/s A 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 5．在测定速度的实验中，使用打点计时器(电源的频率为50 Hz)测小车的速度，实验得到的一条纸带如图所示，0、1、2、3、4是选用的计数点，每相邻两计数点间还有3个打出的点没有在图上标出。图中还画出了实验时将毫米刻度尺靠在纸带上进行测量的情况，读出图中所给的测量点的读数分别是_________、__________、__________和________。1、3两点间的平均速度是_________m/s，1、4两点间的平均速度是______m/s，2点的速度更接近于________________m/s。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 答案：10.00 cm　12.60 cm　22.60 cm　30.00 cm　0.625　0.725　0.625 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 课时梯级训练(3) 物理 必修 第一册 J　 返回导航 谢谢观看 物理 必修 第一册 J　 返回导航 物理观念 科学探究 科学态度与责任 理解速度、平均速度、瞬时速度、速率的概念。 能用打点计时器测量平均速度。 能利用测速仪测车速，能解释赛跑类、自行车比赛类等问题。 一、平均速度 1．定义：物体的________与发生这段位移所用________的比叫作这段时间内的平均速度。 2．表达式：＝＝__________。 3．单位：______和千米每时，符号是______和km/h。 三、速度的测量 1．原理：当Δt足够小时，平均速度＝__就可以认为是测量时刻的瞬时速度。 2．使用打点计时器测速度 (1)作用：打点计时器是一种每隔相同的较短时间通过打点记录一次做直线运动的物体____的仪器。 判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)通过的位移越大，则物体的速度越大。(　　　　) (2)物体运动得越快，则速度越大。(　　　　) (3)由v＝可知，物体的速度v与Δx成正比。(　　　　) (4)速度的方向与物体运动的方向一致。(　　　　) (5)物体的瞬时速度总为零，则平均速度一定为零。(　　　　) (6)物体的平均速度为零，则物体一定处于静止状态。(　　　　) (7)两物体的速度分别为v1＝2 m/s，v2＝－3 m/s，则它们的大小关系为v1>v2。(　　　　) (8)物体的运动速率越大，一定时间内的位移也一定越大。(　　　　) 项目 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 项目 平均速度 瞬时速度 联系 (1)＝中，当Δt→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 当时间非常短时，物体的运动可以看成在这段很短时间内的匀速运动，平均速度等于瞬时速度，A正确；平均速度是位移跟发生这段位移所用时间的比值，与初、末时刻及各个时刻的瞬时速度并没有必然的关系，B、C、D错误。 [练1] 一辆汽车沿平直公路行驶，开始以54 km/h的速度行驶了全程的，接着以速度v行驶其余的的路程，已知全程的平均速度为72 km/h，则v等于(　　) A．22.5 km/h B．81 km/h C．80 km/h D．90 km/h 设全程的位移为4x，则汽车以速度v1＝54 km/h行驶了前x的位移，以速度v行驶了后3x的位移。则汽车通过前位移的时间t1＝；汽车通过后位移的时间t2＝，全程平均速度＝，代入数据解得v＝81 km/h，B正确。 提示：(1)他们的位移都是0，＝，平均速度都为0。 (2)在这种情况下，平均速度无法显示他们运动快慢的不同，要用到另外一个物理量——平均速率，平均速率＝。 项目 平均速度 平均速率 定义 平均速度＝ 平均速率＝ 标矢性 矢量，有方向 标量，无方向 联系 都粗略地描述物体运动的快慢 单位相同，在国际单位制中，单位是米每秒，符号是m/s 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，但此时也不能说平均速度就是平均速率 平均速度等于对应位移与时间的比值，三个质点同时从N点出发，同时到达M点，三个质点从N到M的位移与时间相同，三个质点从N到M的平均速度相同，A正确；平均速率等于路程与时间的比值，三个质点从N沿不同的路径到达M，通过的路程A、C与B不同，但时间相同，故A、C与B的平均速率不同，C错误；平均速度只能反映物体某段时间内的快慢，不能反映该段时间内任意时刻的快慢，虽然平均速度相同，但瞬时速度大小情况未知，不能确定哪个质点在M点的速度最大，B错误；A质点从N到M做曲线运动，任意时刻的瞬时速度方向不断变化；平均速度方向与任意时刻的瞬时速度方向不一定相同，D错误。 (1)瞬时速度某一时刻或某个位置，平均速度某段位移或某段时间。 (2)平均速度的大小与瞬时速度的大小无必然关系。平均速度大的物体，其瞬时速度不一定大；平均速度为零的物体，其瞬时速度也可能很大。 (3)在匀速直线运动中，物体的平均速度等于瞬时速度，在其他运动中，物体的平均速度一般不等于其瞬时速度。 平均速率是路程与时间的比值，不是平均速度的大小，A错误；瞬时速度是指物体在某一位置(或某一时刻)的速度，即v＝，当Δt趋近于零时的速度值，由于Δt趋近于零时，Δx已足够小，无论运动的轨迹是直线还是曲线，位移与路程的差别可忽略，因而瞬时速率是指瞬时速度的大小，值得注意的是，Δt趋近于零，不能认为是较短时间，B正确，C错误；对于匀速直线运动，因为速度的大小、方向始终不变，所以平均速度与瞬时速度相等，D正确。 项目 电磁打点计时器 电火花计时器 结构示意图 打点原理 电磁作用下振片带动振针上下振动打点 脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电打点 项目 电磁打点计时器 电火花计时器 工作电压 4～6 V低压交流电源 220 V交流电源 打点周期(电源频率为50 Hz) 0.02 s 0.02 s 阻力来源 纸带与限位孔、复写纸的摩擦，纸带与振针打点接触时的摩擦 纸带与限位孔、墨粉纸盘的摩擦，比前者小 二、速度的测量 1．用打点计时器测量瞬时速度 纸带上某一位置的瞬时速度，可以粗略地用包含这一位置在内的一小段位移Δx内的平均速度表示，即根据v＝，当Δt或Δx较小时，用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度。如图所示，E点的瞬时速度可用D、F两点间的平均速度表示，即vE＝。 2．利用光电门测速度 如图所示，当滑块通过光电门时，光电计时器记录了遮光条通过光电门的时间，而遮光条的宽度d已知，且非常小。由于滑块通过光电门的时间Δt非常短，在这段时间内滑块的运动可以近似看作匀速直线运动，所以可认为遮光条通过光电门时的瞬时速度等于其通过光电门的平均速度，即v＝＝。 (1)根据打点计时器的构造和具体使用知道，打点计时器的工作电源为交流电源，电火花计时器的工作电压为220 V，电磁打点计时器的工作电压通常为4～6 V的低压交流电源，我国民用电的频率为50 Hz，周期为0.02 s，故打点计时器打点的周期都是0.02 s，如果每打5个点取一个计数点，则相邻两个计数点间的时间间隔为t＝5T＝0.1 s。 (2)依据纸带刻度可知，A到D的距离4.10 cm。 (3)由平均速度等于位移除以时间可知A点到D点的平均速度AD＝＝≈0.14 m/s，B点的瞬时速度可用A点到C点的平均速度来代替，故vB＝＝≈0.13 m/s。 [练3] 如图所示，气垫导轨上滑块经过光电门时，其上的遮光条将光遮住，电子计时器可自动记录遮光时间Δt。测得遮光条的宽度为Δx，用近似代表滑块通过光电门时的瞬时速度。为使更接近瞬时速度，正确的措施是(　　) A．换用宽度更窄的遮光条 B．换用宽度更宽的遮光条 C．提高测量遮光条宽度的精确度 D．使滑块的释放点更靠近光电门 瞬时速度表示运动物体在某一时刻(或经过某一位置)的速度，当Δt→0时，可看成物体的瞬时速度，Δx越小，Δt也就越小，A正确，B错误；提高测量遮光条宽度的精确度，不能减小Δt，C错误；使滑块的释放点更靠近光电门，滑块通过光电门的速度更小，时间更长，D错误。 0～4 s物体沿正方向做加速运动，末速度为12 m/s； 4～6 s物体沿正方向做减速运动，末速度为0； 6～7 s物体沿负方向做加速运动，末速度大小为4 m/s； 7～8 s物体沿负方向做减速运动，末速度为0。 [练4] 某物体做直线运动的图像如图所示，则该物体(　　) A．先做加速运动，后做减速运动，速度方向相同 B．先做加速运动，后做减速运动，速度方向相反 C．先做减速运动，后做加速运动，速度方向相同 D．先做减速运动，后做加速运动，速度方向相反 根据图像可知，物体速度先增大后减小，即先做加速运动，后做减速运动。由于图线在时间轴上方，速度方向都为正，方向相同，A正确。 平均速度是位移与时间的比值，不是瞬时速度的平均值，A错误；Δt很小时的平均速度可看成瞬时速度，B正确；公路旁的限速标志牌上的速度是指车辆的瞬时速度，C错误；速率是标量，D错误。 “20 km”指路程，A错误，B正确；车辆过此路段的平均速率不超过120 km/h，C错误；车辆过此路段用时15 min，则平均速率为＝＝＝80 km/h＜120 km/h，故不超速，D错误。 速度、位移都是矢量，其正、负表示与选取正方向的关系，两个矢量相同，必须大小和方向都相同；由于题目没有指明甲、乙两质点的初始位置，所以只根据甲、乙的速度反向，不能判断其具体的运动关系，它们有可能相向运动，也可能反向运动，综上所述A正确。 设汽车运动的总时间为t，则前半段时间内运动的时间为x1＝v1，后半段时间内运动的位移为x2＝v2，全程的总位移为x＝t，全程的平均速度为＝＝＝50 m/s，A正确。 由毫米刻度尺可读出0、1、3、4点的读数分别是10.00 cm、12.60 cm、22.60 cm、30.00 cm。由题意知相邻计数点间的时间间隔Δt＝4×0.02 s＝0.08 s，由读数可得1、3两点间和1、4两点间的位移大小分别是Δx1＝22.60 cm－12.60 cm＝10.00 cm，Δx2＝30.00 cm－12.60 cm＝17.40 cm，则1、3两点间和1、4两点间的平均速度分别是1＝＝＝0.625 m/s，2＝＝＝0.725 m/s，1、3两点更接近于2点，故2点的瞬时速度更接近于1、3两点间的平均速度0.625 m/s。 $$