第三节 匀变速直线运动（同步课件）-【中职专用】2024-2025学年高中物理同步精品课堂（高教版2023·电工电子类）

第3节 匀变速直线运动 主题一 SZ-LWH 1 目 录 CONTENTS 匀变速直线运动 加速度 速度公式 1 2 3 位移公式 4 自由落体运动 5 SZ-LWH 2 情境导入 “我的马跑得飞快，我们一直努力地跑，可是那个家伙还是轻松地超过了我们。”这是十九世纪中期一位欧洲货运马车商人，赶着蓄足了劲的马车和火车比赛后说的话。尽管在发令枪响后，他的马车瞬间冲出数百米，而火车才从原地徐徐起动，但火车的速度越来越快，很快就被追上了（图1-3-1），并被火车远远地抛在后面。 图1-3-1 火车追上马车 为什么马车跑不过火车呢？ SZ-LWH 01 匀变速直线运动 SZ-LWH 4 一、匀变速直线运动 生活中人们发现，有些物体的运动速度会越来越快，而有些物体的运动速度会越来越慢。实际物体的运动，绝大多数是变速运动。例如，汽车起动后，速度越来越大；汽车制动后，速度越来越小。 变速直线运动：如果在相等的时间内，物体沿直线运动的位移不相等，这种运动称为变速直线运动。 SZ-LWH 一、匀变速直线运动 一列火车和一辆汽车从静止开始沿直线运动，已知在前4s 内每秒末的瞬时速度，请问火车和汽车的速度变化有什么规律？ 第1 s 末 第2 s 末 第3 s 末 第4 s 末 时刻（每秒末） 火车速度/ m·s-1 汽车速度/ m·s-1 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1. 5 3. 0 4. 5 6. 0 【思考与讨论】 SZ-LWH 一、匀变速直线运动 分析上述火车的运动数据，可以发现这辆汽车开始运动后，每1 s内速度的增加量是 m/s，每2 s内速度的增加量是 m/s… 分析上述汽车的运动数据，可以发现这辆汽车开始运动后，每1 s内速度的减少量是 m/s，每2 s内速度的减少量是 m/s… 第1 s 末 第2 s 末 第3 s 末 第4 s 末 时刻（每秒末） 火车速度/ m·s-1 汽车速度/ m·s-1 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1. 5 3. 0 4. 5 6. 0 0. 2 0. 4 1. 5 3. 0 【思考与讨论】 SZ-LWH 一、匀变速直线运动 匀变速直线运动：做变速直线运动的物体，如果在任意相等的时间内，速度的变化量都相等，这种运动称为匀变速直线运动。 匀变速直线运动是一种物理模型。 在实际生活中，一些物体的运动，如汽车、火车起动后或停止前的一段时间内的运动等都可近似看作匀变速直线运动。 SZ-LWH 一、匀变速直线运动 时刻（每秒末） 第1 s 末 第2 s 末 第3 s 末 第4 s 末 第5 s 末 汽车速度/m·s-1 2 4 6 8 10 一辆汽车沿一条平直的公路从静止开始做匀加速直线运动 为了直观地了解物体的速度随时间变化的情况，可以借助数学中建立平面直角坐标系的方法绘制图像。 SZ-LWH 一、匀变速直线运动 建立一个平面直角坐标系，用纵轴表示速度，横轴表示时间，将上述匀变速直线运动的每一时刻的速度作为一个点画出，就形成一条如图1-3-2所示的直线。这样绘制的描述速度与时间关系的图像，称为速度-时间图像（v-t 图像）。 图1-3-2 速度-时间图像 SZ-LWH 一、匀变速直线运动 【思维与方法】图像法 图像法是一种数学方法。用图像反映物理规律，是人们探求自然规律的一个重要方法。 这种方法可以使抽象的概念直观形象，动态变化过程清晰，物理量之间的函数关系明确，往往能表达出语言难以表达的内涵，避免复杂的运算过程。 SZ-LWH 一、匀变速直线运动 匀变速直线运动可分为匀加速直线运动和匀减速直线运动。 在如图1-3-3所示的图像： 直线甲表示质点做匀加速直线运动， 直线乙表示质点做匀减速直线运动。 图1-3-3 匀加速直线运动和匀减速直线运动 SZ-LWH 02 时刻和时间 SZ-LWH 13 二、加速度 汽车的百千米加速时间，是衡量汽车动力性能的重要指标，它是指汽车速度由静止加速到100 km/h所用的时间。 在某品牌汽车动力性能测试中，纯电动汽车的百千米加速时间是7.5 s，增加了燃油动力系统后的同型号油电混合动力汽车的百千米加速时间是7.3 s，而同级别的燃油汽车百千米加速时间是10 s左右。 【观察与体验】纯电动汽车和混合动力汽车动力性能比较 那么，哪一类汽车的动力性能更好？ SZ-LWH 二、加速度 加速度定义：在匀变速直线运动中，质点速度的变化量跟发生这一变化所用时间的比值是一个常量，称为匀变速直线运动的加速度。 计算公式： 单位：m/s2 （米/秒2 ） 加速度是矢量。 v0 表示运动物体开始时刻的速度（初速度） vt 表示经过一段时间的速度（末速度） a 表示加速度 SZ-LWH 二、加速度 加速度是矢量。 如果速度增加，即vt＞ v0，则加速度是正值，表示其方向与运动方向相同。 如果速度减小，即vt＜v0 ，则加速度是负值，表示其方向与运动方向相反。 SZ-LWH 二、加速度 在汽车动力性能比较中 ,若将汽车的运动视为匀变速直线运动， 则可计算出上述三种汽车的加速度大小分别为 混合动力汽车的加速度最大，可见其动力性能更好。 SZ-LWH 二、加速度 任务与目标 （1）了解位移传感器及数据信息处理系统的工作原理。 （2）学会用数据信息处理系统绘制物体运动的速度-时间图像。 【观察与体验】用位移传感器测量加速度 SZ-LWH 二、加速度 探究与论证 引导学生思考，随着斜面倾角的增加，是不是加速度越来越大的？计算机是如何利用该图像计算出小车运动的加速度？ 讨论与归纳 观察速度-时间图像，通过该图像如何计算出加速度大小？调整斜面倾角，观察速度-时间图像是如何变化的？ SZ-LWH 二、加速度 用数据线将数据采集器与计算机相连接，并接通电源。将实验轨道放置在桌面上，轨道的一端抬高，使其成为一个斜面，并固定好。将位移传感器的发射端固定在小车上。再将位移传感器的接收端固定在轨道的高处末端，且与小车上的发射端对正，并用数据线连接在数据采集器上。将固定有发射端的小车放到接收端附近的轨道上，打开发射端开关，进入数字信息系统专用软件的“测量加速度”条目。点击“开始记录”按钮后，将小车释放，让其沿轨道滑下，如图1-3-4所示。 图1-3-4 用位移传感器测量加速度 SZ-LWH 二、加速度 当小车滑到底端后，并点击“停止记录”按钮。数字信息系统会立即将小车的v-t图像显示在屏幕上。点击“选择区域”按钮，在v-t图像的时间轴上选择“起始时刻”和“结束时刻”两个时刻，系统可即时显示出小车在该段时间内加速度的大小。 观察发现，小车的v-t图像近似是一条 线。与同学讨论，计算机是如何利用该图像计算出小车运动的加速度的？如果把斜面变得更加倾斜，小车的v-t图像会怎样变化？ SZ-LWH 二、加速度 示例1 一辆汽车以108 km/h的速度匀速行驶，司机在发现险情后立即采取制动措施，经过5 s停止了下来。求汽车的加速度。 SZ-LWH 二、加速度 解 汽车从制动到停止的过程可看成匀减速直线运动。已知初速度v0＝108 km/h＝30 m/s，由加速度公式得 a为负值，表示加速度方向跟汽车运动方向相反，汽车做匀减速直线运动。 SZ-LWH 03 速度公式 SZ-LWH 24 三、速度公式 上式表示，如果已知一个匀变速直线运动的初速度v0、加速度a和时间t，就可以求得其末速度vt 由加速度公式 ，可得 速度公式： SZ-LWH 三、速度公式 示例2 无人机电力检测系统根据预设航线以恒定的速度v0向着目标飞行，在即将到达指定位置前减速，并悬停在指定位置进行拍照。若无人机的运动视为匀减速直线运动。已知减速过程加速度大小为3m/s2，减速至停止所用时间为5 s,求无人机在空中飞行的速度v0。 SZ-LWH 三、速度公式 解 已知 ，由速度公式得 无人机运动在空中飞行的速度。 SZ-LWH 三、速度公式 练习：火车以108 km/h的速度在平直轨道上行驶，从某时刻起以0.15 m/s2的加速度加速，50 s后它的速度能达到多少 ? 解：已知 则火车50 s后速度为： SZ-LWH 04 位移公式 SZ-LWH 29 四、位移公式 如果已知一个匀变速直线运动的初速度v0、加速度a和时间t，则利用数学推导，可以得出如下位移公式，即 SZ-LWH 四、位移公式 此式是一个常用的匀变速直线运动的速度与位移的关系式。 推论：由速度公式 可得 ，代入位移公式，得 SZ-LWH 四、位移公式 示例3 行驶在山路上的车辆，由于长时间下坡刹车，常导致刹车失灵。为了避免交通事故发生，在建设山区高速公路时，一般会在较长下坡路段的坡底设置紧急避险车道。将紧急避险车道视为一个有固定倾角的斜面。设一辆失控汽车以108 km/h的速度冲上紧急避险车道，做加速度为7.5 m/s2的匀减速直线运动，紧急避险车道长为80 m，问该汽车能否安全停下来？ SZ-LWH 四、位移公式 解 汽车的运动是匀减速直线运动，已知初速度v0和加速度a，利用速度与位移的关系式计算出位移s。 假设汽车能安全停下来，则vt=0，而v0＝108 km/h＝30 m/s。 该汽车在进入紧急避险车道行驶60 m后能停下来，紧急避险车道长为80 m，可见汽车能安全停下来。 由 得 SZ-LWH 四、位移公式 “提速”给我们的生活带来了便利，也带来了隐患。《中华人民共和国道路交通安全法》规定：“机动车上道路行驶，不得超过限速标志标明的最高时速。”因此，当我们驾驶汽车时，要与前车保持安全距离。以100 km/h速度行驶的小汽车要停下来，制动距离一般要100 m以上，大货车要200 m以上。 【行为与责任】安全驾驶，从控制车速开始 SZ-LWH 四、位移公式 练习：速度为12 m/s行驶的汽车，刹车后做匀减速直线运动，加速度的大小是6.0m/s2，问汽车制动后还要前进多远 ? 解：由公式 所以，汽车制动后还要前进12 m。 SZ-LWH 05 自由落体运动 SZ-LWH 36 五、自由落体运动 【思考与讨论】自由落体推理 SZ-LWH 【观察与体验】牛顿管实验 当管内有空气时，将竖直放置的牛顿管迅速倒置，让金属片和羽毛同时开始下落。可看到 。 用真空泵抽去牛顿管内的绝大部分空气，再让金属片和羽毛同时下落。可看到 。 图1-3-8 牛顿管 五、自由落体运动 SZ-LWH 五、自由落体运动 自由落体运动： 物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，称为自由落体运动 自由落体是一个物理模型，因为这种运动只有在真空中才能发生。 当物体在空气中由静止开始下落，且速度不太大时，空气阻力的作用可忽略，可近似将其看作自由落体运动。 通过大量实验发现，自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。 SZ-LWH 五、自由落体运动 通过大量实验发现，自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。 重力加速度：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度称为重力加速度，通常用g来表示。 通常取g为9.8 m/s2。在粗略计算时，可把g取为10 m/s2 。 SZ-LWH 五、自由落体运动 准确测量重力加速度，对于开展地震预报、重力探矿、空间科学等都具有重要意义。重力加速度的测量可以用重力仪，2020年5月，我国进行了珠穆拉玛峰最新高程的测量，所使用的高精度测量仪器均由我国自主研制，重力仪是其中之一，如图1-3-11所示。 图1-3-11 “珠峰号”重力仪 SZ-LWH 五、自由落体运动 由于在自由落体运动中，初速度v0 = 0，加速度a = g，下落的位移用h表示，因此，自由落体运动的速度公式可表示为 vt = gt 位移公式可表示为 还有速度与位移的关系式 SZ-LWH 示例4 某同学在学校科技节中展示小组设计的关于测试重力加速度的实验小制作，并现场演示。他使一小钢球从1.25 m高处自由下落，小制作的计时传感器测得小球下落时间为0.5 s，求当地的重力加速度大小？ 五、自由落体运动 SZ-LWH 五、自由落体运动 解 由于h =1.25 m，t = 0.5 s ，由 可得当地的重力加速度为 SZ-LWH 作业 工程师们在建设高速铁路隧道时，经常会遇到各种地下熔腔。为了估算垂直熔腔的深度，工程师们让石块掉入熔腔，通过听取落水声响来估算熔腔的深度。若某工程师在溶腔口由静止释放一石块，经过3 s后听到落水声，忽略声音传播的时间，试计算该垂直熔腔的深度。 作业布置 SZ-LWH 谢谢各位的聆听！ SZ-LWH 46 星之所在 初音未来 Other 132264.0 $$