1.3 位置变化快慢的描述——速度 课件 -2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

第一章　运动的描述 1.3　位置变化快慢的描述——速度 人教版高一物理必修1第一学期第一章1.3　位置变化快慢的描述——速度 核心素养目标 1、物理观念：知道什么叫作平均速度，什么叫作瞬时速度，探究其矢量性 2、科学思维：理解平均速度和瞬时速度的区别和联系。 3、科学探究：会用平均速度公式进行相关计算。 4、科学态度与责任：理解速率和速度的区别和联系。 教学目标 教学重点：知道什么叫作平均速度，什么叫作瞬时速度，探究其矢量性，理解平均速度和瞬时速度的区别和联系。 教学难点：会用平均速度公式进行相关计算，理解速率和速度的区别和联系。 　你还记得初中是怎样描述物体运动快慢的吗? 　　在看百米赛跑的时候，我们常说“这个人跑的真快”，我们又是根据什么来说的呢？ 一、速度 问题引入 4 1、观众怎么比较哪个运动员跑得快？ 2、裁判又是怎么判断的？ 知识讲解 知识讲解 比较物体运动的快慢 初始位置（m) 末了位置（m） 经过时间（s) A．自行车沿平直道路行驶 0 200 40 B．公共汽车沿平直道路行驶 0 200 20 C．火车沿平直轨道行驶 50 550 20 1.比较A和B，可以得到怎样的结论 2.比较B和C，可以得到怎样的结论 3.比较A和C，你有何感想 B快 C快 C快 相同时间内，位移大，运动得快。 知识讲解 知识讲解 21S,200m 13S,110m 时间不同 位移不同 如何比较快慢？ 知识讲解 【思考讨论】 初中如何描述物体的运动快慢？ ①百米竞赛中 甲用10s跑完全程 乙用11s跑完全程 谁跑的快？ ②汽车A在2h内行驶80km 汽车B在2h内行驶170km, 哪辆车快？ 路程相同，时间段的运动快 时间相同，路程大的运动快 若时间不同，路程不同怎样比较他们运动的快慢 知识讲解 运动员甲 10s跑完100m 汽车A 2h行驶80km 每秒的路程 用单位时间内的路程来比较运动的快慢 一引入速度概念 一、速度 如何描述运动快慢 比较运动快慢的方法： 1．位移相同，发生这段位移所用的时间越短，运动越快 2．时间相同，这段时间内发生的位移越大，运动越快 3．位移与时间均不相同时，位移与时间的比值越大，运动越快 　　物理学中将位移与发生这段位移所用的时间之比表示物体运动的快慢，这就是速度。 知识讲解 11 知识讲解 (4）物理意义：描述物体运动快慢的物理量 速度大小在数值上等于单位时间内物体位移的大小；速度的方向是物体运动的方向。 (5）速度是矢量，它既有大小，又有方向。 v的方向是由对应Δt 时间内位移Δx 的方向决定，正号表示与规定的正方向相同，负号表示与规定的正方向相反。 物理学中用位移与发生这段位移所用时间之比表示物体运动的快慢，这就是速度。 速度通常用字母 表示，如果在时间 内物体的位移是 ，它的速度就可以表示为： 在国际单位制中，速度单位是米每秒，符号是m/s(或m•s-1 )。 常用的单位还有千米每时(km/h或km•h-1 )，厘米每秒(cm/s或cm•s-1 )等。 速度是矢量，它既有大小，又有方向。速度的方向（物体运动的方向）和位移方向相同。 一、速度 知识讲解 注意：这里的速度和初中所学速度的含义不完全相同。 13 一、速度 　　这里的速度和初中所学的速度含义不完全相同。 例如：一辆汽车向南开，速度是 20m/s ，另一辆汽车向北开，速度也是 20m/s 。 这两辆汽车运动情况相同吗？ 不同，二者运动的方向不同。 速度的方向 速度是矢量，它既有大小，也有方向，速度的方向，与位移 Δx 的方向一致 知识讲解 14 例1　甲、乙两个质点在同一直线上匀速运动，设向右为正方向，甲质点的速度为 2 m/s，乙质点的速度为 – 4 m/s ，则下列说法错误的是 （ ） 乙质点的速度大小比甲质点的大 因为＋2 > －4，所以甲质点的速度大于乙质点的速度 这里正、负号表示运动的方向 若甲、乙两质点同时由同一点出发，则 10 s 后甲、乙两质点相距 60 m 一、速度 B 　　速度的正、负号，与速度的大小无关，速度为正，是速度方向与所选的正方向相同；速度为负，是速度方向与所选的正方向相反。 知识讲解 15 知识讲解 二、平均速度和瞬时速度 平均速度 　　问题：生活中的速度大多都是时刻变化的，例如：百米赛跑运动员的速度不可能时刻都是巅峰速度；开车去一个地方，总会减速或是加速……那么我们如何去描述他们在这一个过程中运动的快慢呢？ 　　对于以上问题，我们可以用平均速度来解决。 二、平均速度和瞬时速度 平均速度 1．物体在某一段时间内运动的平均快慢程度，叫作平均速度 2．用 来计算。 3．平均速度是矢量，方向与位移 Δx 的方向一致。 4.物理意义 粗略地描述了物体运动快慢程度和方向；平均速度大，物体运动快，反之慢。 知识讲解 5.平均速度是矢量，方向由位移的方向决定，它的大小表示这段时间内运动的快慢。 注意： ①平均速度必须指明那段时间或哪段位移。②平均速度不考虑运动过程的细节问题，只考虑初末位置及整个过程的运动时间问题。③平均速率不是平均速度的大小，平均速率等于路程与时间的比值；平均速度大小一般不等于平均速率。 某校教师举行50m往返跑接力比赛，胡老师一次往返用时20s，则他的平均速度是＿m/s平均速率＿m/s 知识讲解 5 0 提示：物体往返一次位移为x=0，所以平均速度为0。 物体往返一次路程为100m，平均速率是路程与时间的比值。 知识讲解 平均速度描述物体在一段时间内运动的平均快慢程度及方向。那么，怎样描述物体在某一时刻运动的快慢和方向呢？ 可用时刻t到t +一小段时间内的平均速度 v= 来代替时刻t 物体的速度，越，运动快慢的差异就越小。当 非常非常小时，运动快慢的差异可以忽略不计，就可认为是t时刻的速度。 某一位置 某一时刻 如何精确描述物体在某个时刻或位置的运动快慢？ 知识讲解 瞬时速度 知识讲解 1．定义：物体在某一时刻或经过某一位置的速度。 2．意义：精确地描述了物体运动的快慢和方向。 3．方向：为该时刻物体运动方向。 4.瞬时速度的大小通常叫作速率（speed)。 瞬时速度 v= =0 在匀速直线运动中，平均速度等于瞬时速度。 知识讲解 问题1：小梦绕操场跑了10圈，用时40min，平均速度是多少？ 问题2：小圆出门散步2小时后回到家发现自己共走了12000步，若每步的平均距离约为0.6m，你能估算出他的平均速度吗？ 1．定义：路程与发生这段路程所用时间的比值。 2．公式： 3．平均速度与平均速率的区别： (1）平均速度是矢量，平均速率是标量； (2) 平均速度的大小不是平均速率； (3）平均速度的大小小于等于平均速率；当物体做单向直线运动时，平均速度大小等于平均速率。 v= 知识讲解 平均速率 平均速度 瞬时速度 定义 方向 物体在某一段时间内运动的平均快慢程度 物体在某一时刻或某一位置的运动快慢 与位移方向相同 与该位置物体运动轨迹的切线方向相同 匀速直线运动是瞬时速度保持不变的运动。在匀速直线运动中平均速度与瞬时速度相等。 瞬时速度的大小叫作速率。汽车速度计不能显示车辆运动的方向，它的示数实际是汽车的速率。日常生活中说道的“速度”，有时是指速率，要根据上下文判断。 平均速度和瞬时速度的比较 注意：平均速度并非速度的平均值，平均速度是指总位移与总时间的比值，平均速率是指总路程与总时间的比值，学习时需注重理解与区分。 知识讲解 25 26 知识讲解 平均速度与瞬时速度的区别和联系 1．平均速度表示物体某一段时间内运动的快慢（粗略描述）； 2．瞬时速度表示物体某一时刻或某一位置运动的快慢（精确描述）； 3．两者都是矢量； 4．瞬时速度就是极短时间间隔内的平均速度； 5．匀速直线运动就是瞬时速度不变的运动，且平均速度与瞬时速度相等。 　　瞬时速度的大小通常叫作速率。汽车仪表盘上的示数实际上指的就是汽车的速率。 　　平均速度的大小不能叫作平均速率。 　　我们日常生活中说到的“速度”可能指“平均速度”、“瞬时速度”、“速率”要根据上下文判断。 知识讲解 例2　如图所示，交警利用测速仪对市内道路上正常行驶的车辆进行测速，测速仪上显示的数值是“38”，交警的目的是测汽车的哪一个物理量 （ ） 瞬时速度，单位 km/h 平均速度，单位 m/s 瞬时速度，单位 m/s 平均速度，单位 km/h B 【例3】某人爬山，从山脚爬上山顶，然后又从原路返回到山脚，上山的平均速率为v1，下山的平均速率为v2，求往返的平均速度的大小和平均速率. 【答案】0； 【解析】平均速度是位移与时间的比值，由于此人爬山往返一次，位移为零，平均速度等于=0；而平均速率是路程与时间的比值，由于此人往返一次，路程为山脚到山顶距离的2倍，平均速率 ： 知识讲解 知识讲解 三、速度—时间图像 测量纸带的平均速度和瞬时速度 实验原理：用手拉通过打点计时器的纸带，纸带运动确定时间内的位移就会被记录下来，由此我们就可以计算纸带的速度。 实验器材：电火花打点计时器（或电磁打点计时器），学生电源，纸带，刻度尺，复写纸，导线，坐标纸等。 实验步骤： 知识讲解 (1）实验步骤： ①把电磁打点计时器固定在桌子上，纸带穿过限位孔，把复写纸套在定位轴上，并且压在纸带上面． ②把电磁打点计时器的两个接线柱接到6V的低压交流 电源上． ③接通电源开关，用手水平拉动纸带，使它在水平方向上运动，纸带上就打下一系列点． ④取下纸带，从能看得清的某个点开始，往后数出若干个点，如果共有n个点，那么n个点的间隔数为n-1个，则纸带的运动时间⊿t=(n -1)x0.02s. ⑤用刻度尺测量出从开始计数的点到最后的点间的距离⊿x. ⑥利用公式 计算出纸带在这段时间内的平均速度． 知识讲解 ⑦把纸带上能看得清的某个点作为起始点o，以后的点分别标上A、B、C、D…作为"计数点"，如图所示，依次测出0到A、A到B、B到C…之间的距离x1、x2、x3…. 知识讲解 (2）数据处理 ①打点计时器打点的周期为T，则A、B、C、D…各点的瞬时速度分别为： 把数据填入下表，根据数据判断纸带是否做匀速运动． 位置 A B C D E F 时间t/(s) 三、速度—时间图像 数据处理： （1）在纸带上选取一点为起始点 0 ，后面每5个点取一个计数点，分别用数字1，2，3……标出这些点； （2）测量每个计数点到起始点 0 的距离 x ，记录数据 （3）计算两个相邻的计数点间的位移 Δx ，同时记录对应时间 Δt ； （4）计算两个相邻计数点间的平均速度，记录数据。 测量纸带的平均速度和瞬时速度 2 3 Δx 0.1s 知识讲解 33 三、速度—时间图像 测量瞬时速度： 测量纸带的平均速度和瞬时速度 D F D F D F 可以大致表示 D、F 间各点的瞬时速度，两边点离得越近算出的平均速度接近 E 点的瞬时速度，但过小的间距也会增大测量的误差. 知识讲解 34 三、速度—时间图像 测量瞬时速度： （1）在纸带上选取一点为起始点 0 ，后面每3个点取一个计数点，分别用数字1，2，3……标出这些点； （2）测量每个计数点到起始点 0 的距离 x ，记录数据 （3）计算两个相邻的计数点间的位移 Δx ，同时记录对应时间 Δt ； （4）根据 Δx 和 Δt 计算出的速度值就可以代表 Δx 这一区间内任意一点的瞬时速度，记录数据。 测量纸带的平均速度和瞬时速度 2 3 Δx 0.06s 知识讲解 35 三、速度—时间图像 　　根据前面实验记录的表格，我们可以建立直角坐标系，以时间 t 为横坐标，速度 v 为纵坐标，画图，坐标系中的图像即为速度—时间图像或 v -t 图像。 　　v -t 图像可以直观表示物体运动的速度随时间变化的情况。 v-t 图像 0 t/s 1 2 3 4 5 6 10 8 6 4 2 （t2, v2） （t1, v1） v/(m·s-1) 36 知识讲解 三、速度—时间图像 拓展学习 　　随着信息技术的进步，中学物理的实验手段也在不断进步，除了利用打点计时器来测量速度外，现在还可以利用传感器与计算机测速度。下图即是利用光电门来测量瞬时速度，当带有遮光条的物体通过光电门时，光电门上检测光信号的传感器，就不能接收到光信号。以此，通过记录光信号中断的时间和遮光条的宽度，这些数据传输到计算机中，就可以直接计算出物体的瞬时速度，并且直接绘制出 v -t 图像。 知识讲解 1．一辆汽车沿直线从甲地开往乙地，前一半位移内的平均速度为 30 km/h ，后一半位移内的平均速度是 60 km/h ，这辆汽车全程的平均速度是多少。 答：前半段位移所用时间 t1＝ ，后半段位移所用时间 t2＝ ，全程所用时间 t＝t1＋t2＝ ，全程的平均速度v＝＝＝40 km/h 知识讲解 2．下图为甲、乙两物体沿某一直线运动的 v -t 图像，至少从以下三个方面说明它们的速度是怎样变化的。 （1）物体是从静止开始运动还是具有一定的初速度？ （2）速度的大小变化吗？是加速还是减速？ （3）运动的方向是否变化？ （1）甲具有一定的初速度，乙的初速度为 0 ； （2）甲的速度不变，乙先加速，接着匀速，最后减速； （3）甲、乙的运动方向都不发生变化。 t v O 甲 t v O 乙 40 知识讲解 3．某一物体的 v -t 图像如图所示，则该物体 （ ） 做往返运动，但未回到出发点 做匀速直线运动 朝某一方向做直线运动 速度方向变化两次 t v O A 知识讲解 4．汽车从制动到停止共用了 5 s 。这段时间内，汽车每一秒前进的距离分别为 9 m、7 m 、5 m、3 m 、1 m 。 （1）求汽车前 1 s 、前 2 s、前 3 s、前 4 s、和全程的平均速度。在这五个速度中，哪一个最接近汽车刚制动时的瞬时速度？它比这个瞬时速度略大些，还是略小些？ （2）汽车运动的最后 2 s 的平均速度是多少？ 答：（1）汽车全程的平均速度大小是 v＝＝5 m/s，同理求得汽车前 1s 的平均速度v1＝9 m/s，前 2s 的平均速度 v2＝ 8m/s，前 3s 的平均速度 v3＝7m/s前 4s 的平均速度 v4＝6 m/s， v1 最接近刚制动时的速度，它略小些。 知识讲解 4．汽车从制动到停止共用了 5 s 。这段时间内，汽车每一秒前进的距离分别为 9 m、7 m 、5 m、3 m 、1 m 。 （1）求汽车前 1 s 、前 2 s、前 3 s、前 4 s、和全程的平均速度。在这五个速度中，哪一个最接近汽车刚制动时的瞬时速度？它比这个瞬时速度略大些，还是略小些？ （2）汽车运动的最后 2 s 的平均速度是多少？ 答：（2） v＝＝ 2 m/s 43 知识讲解 5．物体沿一条直线运动,下列说法中正确的是 （ ） 物体在某时刻的速度是 3 m/s，则物体在 1 s 内一定运动了 3 m 物体在某 1 s 内的平均速度是 3 m/s，则物体在这 1 s 内的位移一定是 3 m 物体在某段时间内的平均速度是 3 m/s，则物体在 1 s 内的位移一定是 3 m 物体在某段位移内的平均速度为 3 m/s，则物体在通过这段位移一半时的速度一定是 1.5 m/s B 知识讲解 对平均速度和瞬时速度的理解 1．平均速度与瞬时速度的区别与联系 (1)区别：平均速度与位移和时间有关，表示物体在某段位移或某段时间内的平均运动快慢程度；瞬时速度与位置或时刻有关，表示物体在某一位置或某一时刻的运动快慢程度． (2)联系：①瞬时速度是运动时间Δt→0时的平均速度．②在匀速直线运动中，瞬时速度等于任意一段时间内的平均速度． 2．平均速度与平均速率的区别 平均速度的大小不能称为平均速率，因为平均速率是路程与时间的比值，它与平均速度的大小没有对应关系． $$