1.2 第2课时 位移——时间图像 位移和时间的测量(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程物理必修第一册同步学习指导(人教版2019)

第#课时!位移*时间图像!位移和时间的测量 ! !"#$%& 素养目标 学习重点 物理观念会画位移'时间图像#并会根据图像描述物体运动的特点$ 科学思维通过对物体做直线运动问题的分析#体会坐标系在描述物体的位置及位置变化中的作用$ 科学探究通过看打点计时器的说明书#知道其构造及工作原理#并能正确使用其测位移和时间$ !""利用位移'时间图像求一 段时间内的位移和分析物 体的运动情况$ !#"打点计时器的使用$ !$"利用打点计时器测位移和 时间$ 探究点 " 位移"时间图像 !!!!!!!!!!! ! !!!!! ! +,-. !!"!图像的建立 #"$位置,时间图像*如图!以时刻%为横轴!以位置坐标& 为纵轴!其上的图线就是物体的位置,时间图像" ##$位移,时间图像*如果将物体运动的!!!!选作位 置坐标原点*!则位置与位移大小相等#&9 # &$!位置,时间 图像就成为!!!!图像!即&:%图像" #!图像的物理意义!表示物体的!!!!随时间变化的规律" "判断正误# #"$位移,时间图像就是物体的运动轨迹" #!!$ ##$位移,时间图线上某点的横坐标表示时刻!纵坐标表示该时刻的位置" #!!$ " "思考# ! #/01 !!"!应用&:%图像能获得的信息 #"$任意时间内质点运动的位移" ##$质点发生某段位移所用的时间" #$$判断质点是静止的还是运动的" #%$判断质点运动的快慢" #0$判断质点运动过程中离出发点越来越远!还是越来越近" #.$图像不过原点!说明开始计时时质点的位置不为零!或经过一段时间 才开始运动" #/$两图线相交!表示两质点在这一时刻位于同一位置#相遇$" "思考# 有一天!兔子和乌龟 赛跑$ 兔子认为赢乌 龟太轻松了!决定途 中先打个盹!再追上 乌龟$ 乌龟一刻不停 地努力向前爬!当兔 子醒来的时候!乌龟 已经远远超过了兔 子$ 下图是#龟兔赛 跑%的&:%图像$ #!! "规律方法#分析直线 运动的位移*时间图 像时) 应注意以下 两点! !!"mrGH­— )1H89# % & ' W )89`Iã)J* K]O !"" 8&LW½: Ma2 Ï8&#ED NO?12 <#>D NOP-2 {çèm rQR>&3­—O ST2 mrQE&3 ­—O !!#!常见的几种&:%图像的比较 图像 物理意义 $ ) % 都表示物体处于静止状态!但静止的位 置不同" & 表示物体从& " 处沿正方向做直线运动+ ' 表示物体从&9*处沿正方向做直线运动+ ( 表示物体从& # 处沿负方向做直线运动+ ) 表示物体等了一段时间后再沿正方向做直 线运动" &特别提醒 !""&:%图像表示物体位移随时间变化的情况#不是运动轨迹$ !#"&:%图像只能表示位移的两个方向#即正方向或负方向#所以&:%图像 一定表示直线运动$ 例"!'多选(如图所示为甲)乙在同一直线上运动时的&: %图像!以甲的出发点为原点!出发时刻为计时的起 点!则下列说法中正确的是 #!!$ &>甲)乙同时出发 '>* ,% $ 这段时间内!甲) ####### 乙位移相同!!!!!!!!!!!!!!!! ! & '( ) bcdefg*VWKLhi*jkl/m * e +* g (!甲开始运动时!乙在甲的前面& * ################# 处 !!! & ! !! a & bn*hio:;12 )>甲在途中停止了一段时间! #################### 而乙没有停止 !!! & ap:q/ grst%&/ % " ,% # bcdehiu]. vjk/ Uwx>& " "规律方法# !!跟踪训练"!'多选(一质点运动的&:%图像如图所示!下列说法正确的 是 #!!$ &>* ,. 1内位移为:% 2!!!'># ,% 1内位移为% 2 (>* ,. 1内路程为% 2 )># ,. 1内质点一直向同一方向运动 #!$ 探究点 # 位移和时间的测量 !!!!!!!!!!! ! !!!!! ! +,-. !!"!两种打点计时器'如图( !!!! !!!!!!!!!!!图"!!!!!!!!!!!!!! ! !图# !!#"$电磁打点计时器 使用!!!!电源的!!!!仪器+工作电压约为!!!!?!当电源频 率是0* @A时!每隔!!!!打一次点" ##$电火花计时器 使用##* ?交流电源!打点周期!!!!" " "思考# #$$阻力来源 电磁打点计时器阻力来源于纸带与限位孔)复写纸的摩擦!纸带与振针 的摩擦+电火花计时器阻力来源于纸带与限位孔)墨粉纸盘的摩擦" &特别提醒 功能相同都是计时仪器#但电火花打点计时器比电磁打点计时器更精确$ #!时间的测量 从能够看清的某个点#起始点$开始!往后数出若干个点!例如数出$个 点!则纸带从起始点到第$个点的运动时间%9!!!!1" " "拓展# $!位移的测量 用!!!!测量纸带上两个点之间的距离!即为相应时间间隔内物体的 位移大小" %!用打点计时器测量位移和时间的步骤 #"$安装)固定打点计时器!并将纸带穿过打点计时器的两个限位孔" ##$接通电源!待打点计时器稳定工作后!用手水平拉动纸带!纸带上就 打出一行小点" 随后关闭电源" #$$取下纸带!从便于测量的位置开始#起始点$!往后数出若干个点" 如数出$个点!算出纸带从起始点到第$个点的运动时间%" #%$用刻度尺测量出从起始点到第$个点的位移&" "判断正误# #"$电磁打点计时器使用的是"* ?以下的直流电源" #!!$ ##$如果纸带上从"点到#点共有.个点!则从打"点到打#点经历的时间 为*!"# 1#电源的频率为0* @A$" #!!$ #$$如果打点计时器在纸带上打下的点先密集后稀疏!则说明纸带运动得越 来越快" #!!$ " "拓展# "思考# 假设所用交流电源的 频率是-* @A!那么打 点计时器将每隔多长 时间打一个点" 提示! 若频率,9 -* @A!则周期-9" , 9*!*"# 0 1!即每隔 *!*"# 0 1打点一次" "拓展#为什么电磁打 点计时器在通入交变 电流时会不断打点+ 使用直流电流呢+ S:2 UVVNWW X¨)êYZ[U \W2 ]á,)^_ ‰`aa]bc)L desfg^þV; ” ( h? ) h2 ,x |ijVk)z‘Ü lfg^b—Ú.m ‘n[U\+Ym^ _‰`V;”oLh ^2 xXeËijV kf g ^ p ëj q r26–VNO "拓展#振针打出的点 不清晰或打不出点的 可能情况及解决方法 !!"IY<= sIYRtuvÐw í)xÚ yIYRb`)b— z5{1Ú |IYRbc)89 {}Ú }IYR³´)U~ {O #!% !""lK&Á swí)tuvÚ y€b`)89Ú |€bcn'YV •‚ƒN”ÇÚ }Մ€}U~O 2345 打点计时器的工作原理及操作 例#!打点计时器是高中阶段常用的实验器材之一!如图所示是两种常见的打 点计时器" #"$图甲是!!!!!使用电压为!!!!?的交流电源+图乙是!! !!!使用电压为!!!!的交流电源" ##$如下的基本步骤!正确的排列顺序为!!!!" &!把打点计时器固定在桌子上 '!安装好纸带 (!用手水平拉动纸带运动 )!接通交流电源 B!按下电源开关!进行打点 2365 位移和时间的测量 例$!一打点计时器所用电源的频率是0* @A!如图所示!纸带上的"点先通过 计时器!")#间历时!!!!1!位移为!!!!2" !!思维引导!打点周期% 相隔计数点 间计时点个数% 确定 时间%起始点%终止点% 确定 位移 素养能力提升 拓展整合!启智培优 BC;D2EFGHI !!"!误差的分类 #"$根据误差来源的不同!误差可分为系统误差和偶然误差" $ 偶然误差*由各种偶然因素对实验者和实验仪器的影响造成的" 减小偶然误差的方法*取多次实验的平均值作为实验结果" % 系统误差*由仪器结构缺陷)实验方法不完善造成的" 特点*实验结果总是具有相同的倾向性!即总是偏大或偏小" 减小系统误差的方法*完善实验原理!提高实验仪器的测量精度!设计更精巧的实验方法" ##$从分析数据看!误差分为绝对误差和相对误差" $ 绝对误差*绝对误差是测量值与被测物理量真实值之差#绝对值$" % 相对误差*相对误差等于绝对误差 # &与真实值& * 之比!一般用百分数表示!即 ! 9 # & & * C "**!" 它反映了实验结果的精确程度" #!有效数字的读数规则 #"$有效数字的定义* 带有一位不可靠数字的近似数所包含的所有数字!叫作有效数字" #!& ##$有效数字的位数* 从左向右第一个非*数字开始算起的所有数字" 例如!#!/*!有三位有效数字!#!/*最末一位 数字*是不可靠的!但/是可靠的" 因此小数最后一位的数字*是有意义的!不能随便舍去或添加" #$$有效数字的表示* 为了正确表述有效数字!特别大或特别小的数都要用科学计数法表示!如*!*"$ $ 2改写为 "!$$ C"* :# 2" #%$测量仪器的读数规则* 测量误差出现在哪一位!读数就应读到哪一位!最小刻度为&"'的仪器!应估读到最小刻度的十 分之几" 例%!#"$关于误差!下列说法正确的是 #!!$ &!仔细测量可以避免误差 '!误差是实验中产生的错误 (!采用精密仪器!改进实验方法!可以消除误差 )!实验中产生误差是不可避免的!但可以设法尽量减小误差 ##$某同学用毫米刻度尺测量一物体的长度!正确记录的结果是!!!!=2" 请同学们认真完成练案!$" %" )+,-./0123345 第"课时!速度 ! !"#$%& 素养目标 学习重点 物理观念 !""理解速度的概念#领会其矢量性$ !#"理解速度定义式的含义$ !$"知道平均速度#瞬时速度和速率的意义$ 科学思维体会由极限思想求瞬时速度的方法$ 科学态度 与责任 结合生活实际#准确理解平均速度和瞬时速度#体会二者在实 际生活中的应用$ !""平均速度和瞬时 速度的理解$ !#"平均速度的计算$ !$ "由&:%图像求 速度$ 探究点 " 速度 !!!!!!!!!!! ! !!!!! ! '()* !!情境!自行车和汽车都在平直公路上 沿同一方向单向行驶!自行车在$* 234内 行驶了- D2+汽车在$* 234 内行驶了 0* D2+百米比赛中!运动员&用时"* 1!运 动员'用时"$!0 1" #!' 素养能力提升 9.BOx1为物体第1s内的位移，方向由0指向x,A项错误： 例7：(1)相同，均为78.5cm(2)不相同 Ox。为物体(n-1)内的位移，方向由0指向x。-1,B项正 解析：如图所示，图中虚线 确：x。为物体第3初到第n8末时间内的位移，方向由与 O0'A4'分别表示硬币沿直线 0 指向，C项错误：试，1x,为物体第ns内的位移，方向由x。- 滚动一圈后圆心和圆周上的 指向x,,D项错误。 一点A的运动轨迹，已知硬币的直径d=2.5m,则由图可知：10.D研究铁环上4点的运动时，铁环的大小不能忽略，不可以 (1)硬币圆心的位移大小和路程相等，即x==T×2.5× 将铁环看作质点，选项A错误：铁环运动过程中，铁环上的 10cm=78.5cm 点相对于圆心的位置不断变化，不是处于静止状态，选项B (2)硬币沿直线滚动10圈的垃程中，硬币圆同上的每一点的 错误：铁环滚动了三圈半的位移x-3.5×2πr=7πr,则A,B 位移大小均为78.5cm。硬币圆周上的每一点滚动一圈的运 间的距离为7+r,选项C错误：铁环从A处滚到B处的过 动轨斑为一曲线，如图中虚面线所示，硬币沿直线浓动10图 的过程中，盟周上每一点的路程为图中虚曲线长度的10倍， 程中，a点发生的位移x'=√(2r)2+x=√4+49m·r,选 项D正确 故其路程和位移的大小不同。 11.(1)7m(2)-9m(3)1-4-12m(4)-4m 练案[2] 解析：(1)位置坐标正负号代表方向，由表可知，在1=4s时 1.D“阿秒“是一个单位，对应的物理量是时间，时间是标量， 离原点最远，距离是x=7m 故A错误；“第1as末”指的是时刻，故B错误；“最后3as”指 (2)第25内质点的位移△x=x2-x1=-9m4 的是时间间隔，故C错误：“43”指的是时间间隔，故D正 (3)由表可知1-48内的位移最大，最大为△x一=名-x1= 确。故选D。 -7-5=-12m 2.C时间对应时间轴上的线段，时刻对应时间轴上的点。第3 (4)在第一个2s内质点的位移42=为-=-4-0= s末是指时间轴上的D点，故A错误；第5s内是指时间轴上 =4m EF段，故B错误：前4s内是指时间轴上AE段，故C正确：第 12.见解析 2s内是指时间轴上的BC段，故D错误。 3.B立定跳远比赛中，运动员的运动轨迹是曲线，而成绩是测 解析：(1)质点从A点开始经过2。时间，移动了}圆周到达B 量起跳点到落地点的直线距离，所以成绩表示位移大小。故 点，如图甲所示，路程为】d,位移大小为2d,方向为A一B。 选B 4.C游泳池的长度为50m,则以b点为坐标原点，向右建立 维坐标系时，a点的位置坐标为-20m,d点的位置坐标为 30m:运动员从b经c、d再返回到a点，运动员先向右运动 30m,再向左运动S0m,路程为=30m+S0m=80m,A错 误，C正确：a,b之间距离为20m,运动员从b经c,d再返回到 甲 丙 a点，位移为-20m,B错误：运动员从a点出发，经b、e、d再 返回到a点，位移为0，D错误。 (2)质点从A点开始经过4。时同，移动了号圆周到达C点， 5.C空间站运行一周的位移为0，选项A错误；“天舟二号”运 如图乙所示，路程为πd,位移大小为2d,方向为A→C 行之周的路程为，选项B错误：“天舟二号”运行4周的位 (3)质点从A点开始经过8s时间，移动了1个圆周又回到A 移大小为2，选项C正确：“天舟二号”和空间站各自运行 点，如图丙所示，路程为2πd,位移为零。 周，其路程分别为2r和2πR,路程不相等，选项D错误。 第2课时位移一时间图像 位移和时间的测量 6.A从A到B再到C的路程为x=AB+BC=200m+200nm =400m,位移大小为x=AC=2 ABsin60°=200√3m,A项 探究点】位移一时间图像 正确。 基础梳理 7.A汽车在往、返过程中，两次的位移方向不相同，位移不同，1.初始位置位移一时间2.位移 故A正确：“11：55”是到达的时刻.故B错误：“剩余4,6公判断正误 里”中的“4.6公里"是指轨迹的长度，是路程，故C错误：判惭(1)×(2)V “哪条路线的行驶路径最短”时汽车大小可以忽略，能看作例1：ACD由图像知甲、乙的计时起点都是零，是同时出发的 “质点”，故D错误。故选A。 乙开始运动时离坐标原点。，从到2这段时间内甲的位置 8.A甲虫从O点到C点过程中，路程是轨迹的长度，其大小为 没有变化，表示甲在途中停止了一段时间，故选项A、C、D正 s=[1+√(4-1)+4+√4+(7-4)2]dm=11dm,位移 确：某段时间内的位移是以这段时间的起始时刻所在位置为 是从初位置指向末位置的有向线段，线段的长度表示位移的 起点的，0~t,这段时间内甲、乙末位置相同，但起始位置不 大小，所以x=7dm。故选A。 同，所以位移不同，故选项B错误 255 跟踪调练1：AD由图像可知，开始时位置为0,65时位置为4.ABD甲物体在t=0时刻出发，其运动方向与规定的正方向 -4m,则0~65内位移为-4m-0=-4m,放A正确：25时 相反，出发点距原点的距离为，。，乙物体在11时刻从原点出 位置为4m,4s时位置为0.则2-49内位移为0-4m= 发，其运动方向沿规定的正方向，两物体运动方向相反，故A、 -4m,故B错误：0-6%内路程为4m+4m+4m=12m.故 B正确，C错误：甲、乙两物体在专时刻处于同一位置，即相 C错误：x-1图像的斜率表示速度，2~6s内斜率不变，则 遇，故D正确。 2~6内速度不变，所以2~6。内质点一直向同一方向运动， 5.(1)电火花(2)8V左右交流电源(3)A 故)正确 解析：(1)由图可知，B是电磁打点计时器，A是电火花计 探究点2位移和时间的测量 时器 基础梳理 (2)电磁打点计时器使用8V左右的交流电源 1.交流计时80.02s0.02s2.(n-1)×0.02 (3)为了打点稳定并且有效利用纸带，在实登时应先接通电 3.刻度尺 源，打点稳定后再让纸带运动，故A正确。 判断正误 6.(1)0.06s(2)00.50m1.40cm2.50cm (1)×(2)×(3)V 解析：(1)因为电燕打点计时器的打点周期为0.02s,所以，打 例2：(1)电火花计时器220电磁打点计时器约为8V 出四个点所用的时问1=3×0.02s=0.06$。 (2)ABDEC 解析：(2)实险步骤要遵循先安装器材后实验的原则，为了使 (2)A,B、C,D四个点所对应刻度尺上的数值分别为0 打点稳定后再进行实脸，并提高纸带的利用率，尽量将纸带上 0.50cm、1.40cm,2.50cm 打满点，所以实验时要先接通电源，后释放纸带。故正确鞭序 :7.CDx-1图像描述的是物体做直线运动的位移随时间的变 为ABDEC 化关系，虽然图像是抛物线，但运动轨迹是直线，A错误：由题 例3：0.042.80×103 图可以看出，物体在0~8s内的最大位移为80m,45时距出 解析：频率50Hz,周期为0.02秒，A到B间相隔1个计时点， 发点最远，8。时位于出发点，B错误，C正确：物体先远离出发 时间间隔0.04s。A与B何距为(1.20+1.60)cm=2.80cm 点，后回到出发点，故物体做往返运动，D正确。 =2.80×10-2me 8.C由题中图像可知，物体在0-2s内位移从0均匀增加到 素养能力提升 8m,即每秒钟发生的位移是4m,A错误；物体在第5“内是 例4：(1)D(2)3.00 静止的，位移为零，B错误：物体在前5s内的位移即为前2s 解析：(1)误差与测量人，测量工具，测量环境有关，是不可避 内的位移，等于8m,C正确：物体在后5s内的位移为6~10s 免的，故A错误；测量错误是不遵守测量仪器的使用规划，读 的位移，等于8m.D错误 数时祖心造成的，是能避免的，和系统误差不司，故B错误：采9.D设奶奶的运动方向为正方向，奶奶的初始位置为坐标原点 用精密的测量工具、政进实验方法可在一定程度上减小误差， 0,奶奶从家出发缓步去小铭家，则奶奶到0点的距离增大， 不能消除误差，故C错误：实验中产生误差是不可避免的，但 此时小铭静止，当小铭在自家门口看到奶奶再快步前往迎接， 可以设法尽量减小误差，故D正确。故选D,(2)毫米刻度尺 则小铭到0点的距离减小，接到奶奶后扶着奶奶一起回家，则 的最小分度值为1mm,故正确记录的结果是3.00m。 他们到O点的距离一起增大，故D正确。 练案[3] 0.A由图像可知.2末甲在x=4m位置，乙在x=1m位置， 故甲、乙两物体相距3m,故A正确：4s时甲、乙两物体间的 1.B前2s内的位移x=,2-x,=0-5m=-5m,前4s内的位 距离为零，故B错误：乙始终向正方向运动，甲先向正方向运 移x'=-x=-5m-5m=-10m,故B正确。 动.后向负方向运动.故C错误：甲，乙两物体在2“时距离侵 2.ACDA.B两物体的运动位置坐标均随时间变大，故均向正 大，最大距离为3m,故D错误。 方向运动，即A,B两物体的运动方向相同，选项A正确：由题 11.A由题图可知，三者都做直线运动，由于甲、乙、丙的初位置 图可知，B物体在4s内的位移是10m,A物体在4=内的位移 为20m,选项B错误，C正确：A,B两物体都是从0时刻开始 和末位置相同，故三者位移相同，即x甲=x=x乙：由于甲物 运动，选项D正确。 体有反向运动过程，乙、丙均只有单向运动，即乙，丙的路程 3.CA,D选项的图像有一段图线表示时光倒流，这是不可能 等于位移大小，甲的路程大于位移大小。故选A项 的，放A,D错误：B选项的图像表示该学生先沿正方向做匀速12.(1)4m(2)-2m(3)10m 直线运动，紧接着沿负方向做匀速直线运动，不能表示该学生 解析：(1)物体距出发点的最远距离x。=4m。 停留一会儿的运动情况，故B错误：C选项的图像表示该学生 (2)前4s内物体的位移 先沿正方向做匀速直线运动，接若静止一段时间，然后再沿负 x=为-为=(-2-0)m=-2m 方向做匀速直线运动返回出发点，能够表示该学生的运动情 (3)前4；内物体通过的路程 况，故C正确。 8=,+2+3,=4m+4m+2m=10ma 256