内容正文:
课程
标准
1.了解近代实验科学产生的背景,认识实验对物理学发展的推动作用。
2.经历质点模型的建构过程,了解质点的含义。知道将物体抽象为质点的条件,能将特定实际情境中的物体抽象成质点。体会建构物理模型的思维方式,认识物理模型在探索自然规律中的作用。
3.理解位移、速度和加速度。通过实验,探究匀变速直线运动的特点,能用公式、图像等方法描述匀变速直线运动,理解匀变速直线运动的规律,能运用其解决实际问题,体会科学思维中的抽象方法和物理问题研究中的极限方法。
4.通过实验,认识自由落体运动规律。结合物理学史的相关内容,认识物理实验与科学推理在物理学研究中的作用。
备考
策略
1.掌握基本概念及公式,理解其意义,并注意结合追及和相遇问题。
2.对于图像问题要由注重对状态和过程的分析转向注重对实际生活中图像信息的提取。
3.关注交通运输、现代科技等与实际生活和生产密切联系的问题,学会把实际问题模型化。
第1课时 描述运动的基本概念
目标定位
1.了解质点和位移的概念,知道把物体看成质点的条件。2.了解参考系的作用,会在实例中选择合适的参考系。3.掌握速度、加速度的概念,体会比值定义法和极限思想。
考点一 参考系、质点、位移
[对应学生用书P1]
1.质点
(1)质点是用来代替物体的具有质量的点,是一种理想化模型。
(2)把物体看作质点的条件:物体的形状和大小对所研究问题的影响可以忽略不计。
2.参考系
在描述物体运动时,用来作为参考的物体叫作参考系,通常以地面为参考系。
3.路程和位移
(1)路程是物体运动轨迹的长度,它是标量。
(2)位移是由初位置指向末位置的有向线段,它是矢量。
(3)在单向直线运动中,位移的大小等于路程;其他情况下,位移的大小小于路程。
[典例1] (2025·浙江1月卷)我国水下敷缆机器人如图所示,具有“搜寻—挖沟—敷埋”一体化作业能力。可将机器人看成质点的是 ( )
A.操控机器人进行挖沟作业
B.监测机器人搜寻时的转弯姿态
C.定位机器人在敷埋线路上的位置
D.测试机器人敷埋作业时的机械臂动作
C 解析:操控机器人进行挖沟作业、监测机器人搜寻时的转弯姿态、测试机器人敷埋作业时的机械臂动作均不能忽略机器人的大小和形状,需要关注机器人本身的变化情况,因此不可以将机器人看成质点,定位机器人在敷埋线路上的位置时可以忽略机器人的大小和形状,可以将机器人看成质点,C正确。
[典例2] (2023·浙江1月卷)神舟十五号飞船和空间站天和核心舱成功对接后,在轨运行如图所示,则 ( )
A.选地球为参考系,天和是静止的
B.选地球为参考系,神舟十五号是静止的
C.选天和为参考系,神舟十五号是静止的
D.选神舟十五号为参考系,天和是运动的
答案:C
考点二 平均速度和瞬时速度
[对应学生用书P2]
1.平均速度:物体发生的位移与发生这段位移所用时间之比,即=,是矢量,其方向就是对应位移的方向。
2.瞬时速度:运动物体在某一时刻或经过某一位置的速度,是矢量,其方向是物体在这一时刻的运动方向或运动轨迹的切线方向。
3.速率:瞬时速度的大小,是标量。
4.平均速率:物体运动的路程与通过这段路程所用时间的比值,不一定(填“一定”或“不一定”)等于平均速度的大小。
1.平均速度和瞬时速度的区别与联系
(1)区别:平均速度表示物体在某段时间或某段位移内运动的平均快慢程度,瞬时速度表示物体在某一时刻或某一位置运动的快慢程度。
(2)联系:瞬时速度是运动时间Δt→0时的平均速度,公式v=中,当Δt→0时,v是瞬时速度。
2.判断方法和技巧
(1)判断是否为瞬时速度,关键是看该速度是否对应“位置”或“时刻”。
(2)求平均速度要找准对应的“位移”和发生这段位移所用的“时间”。
考向1 平均速度和瞬时速度的理解
[典例3] (2024·江西卷)一质点沿x轴运动,其位置坐标x与时间t的关系为x=1+2t+3t2(x的单位是m,t的单位是s)。关于速度及该质点在第1 s内的位移,下列选项正确的是 ( )
A.速度是对物体位置变化快慢的描述;6 m
B.速度是对物体位移变化快慢的描述;6 m
C.速度是对物体位置变化快慢的描述;5 m
D.速度是对物体位移变化快慢的描述;5 m
C 解析:速度是描述物体运动快慢的物理量,即物体的空间位置随时间变化的快慢,B、D错误;根据x与t的关系式可知,t=0时,质点位于x=1 m处,t=1 s时,质点位于x=6 m处,因此质点在第1 s内的位移为5 m,A错误,C正确。
考向2 平均速度和瞬时速度的计算
[典例4] 一质点沿直线Ox方向做变速运动,它离开O点的距离x随时间t变化的关系式为x=(5+2t3) m,它的速度随时间t变化的关系式为v=6t2 m/s,则该质点在t=2 s时的瞬时速度和t=2 s到t=3 s间的平均速度的大小分别为 ( )
A.12 m/s,39 m/s B.24 m/s,38 m/s
C.12 m/s,19.5 m/s D.24 m/s,13 m/s
B 解析:质点在t=2 s时的瞬时速度为v=6t2=24 m/s;t=2 s时,x2=21 m;t=3 s时,x3=59 m;根据平均速度=得,2~3 s内质点平均速度的大小== m/s=38 m/s,B正确。
考向3 用极限法求解瞬时速度
[典例5] 用气垫导轨和数字计时器能更精确地测量物体的瞬时速度。如图所示,滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门,配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间Δt1=0.19 s,通过第二个光电门的时间Δt2=0.05 s,遮光板的宽度为2.0 cm(计算结果均保留2位小数)。
(1)滑块经过光电门的速度可用遮光板挡光时间内的________速度表示。
(2)滑块经过第一个光电门的速度大小为________m/s。
(3)滑块经过第二个光电门的速度大小为________m/s。
(4)若用宽度是1 cm的遮光板,对测量误差有何影响?__________________________ ______________________________________________
答案:(1)平均 (2)0.11 (3)0.40 (4)见解析
解析:(1)由于滑块经过光电门时遮光板的挡光时间较短,所以滑块经过光电门的速度可用遮光板挡光时间内的平均速度表示。
(2)经过第一个光电门的速度大小为
v1== m/s≈0.11 m/s。
(3)经过第二个光电门的速度大小为
v2== m/s=0.40 m/s。
(4)遮光板宽度越小,挡光时间越短,平均速度越接近瞬时速度,误差越小。
(1)公式v=中,当Δt→0时,v是瞬时速度,测出物体在微小时间Δt内发生的微小位移Δx,就可求出瞬时速度,把瞬时速度的测量转化为微小时间Δt和微小位移Δx的测量。
(2)用v=求瞬时速度时,求出的是粗略值,Δt越小,求出的结果越接近真实值。
考点三 加速度
[对应学生用书P3]
1.物理意义:描述物体速度变化快慢的物理量。
2.(1)定义:物体速度的变化量和发生这一变化所用时间的比值。
(2)定义式:a=,单位: m/s2。
3.方向:与Δv的方向一致,由合力的方向决定,而与v0、v的方向无关(填“有关”或“无关”),是矢量。
1.速度、速度的变化量和加速度的对比
比较项目
速度
速度的变化量
加速度
物理
意义
描述物体运动的快慢和方向
描述物体速度的改变
描述物体速度变化的快慢
公式
v=
Δv=v-v0
a==
决定
因素
匀变速直线运动中,由v=v0+at知,v的大小由v0、a、t决定
由Δv=aΔt知,Δv由a与Δt决定
由a=知,a由F、m决定,与v、Δv、Δt无关
2.判断物体做加速运动还是减速运动,关键是看物体的加速度与速度的方向关系。
(1)a和v同向―→
(2)a和v反向―→
考向1 加速度的理解
[典例6] (2025·宁波检测)关于物体的加速度,下列说法正确的是 ( )
A.加速度很大,物体速度的变化一定很大
B.加速度增大,物体的速度一定增大
C.加速度越大,物体速度变化得越快
D.加速度为正值,物体一定加速运动;加速度为负值,物体一定减速运动
C 解析:加速度很大,物体速度的变化不一定很大,还取决于速度变化所用的时间,A错误;当物体加速度方向与物体速度方向相反时,加速度增大,物体的速度减小,B错误;加速度是描述物体速度变化快慢的物理量,则加速度越大,物体速度变化得越快,C正确;加速度为正值,物体速度为负值,物体做减速运动,加速度为负值,速度也为负值,物体做加速运动,D错误。
考向2 加速度的计算
[典例7] (多选)如图所示,物体以5 m/s的初速度沿光滑的斜面向上做减速运动,经过2 s速度大小变为3 m/s,则物体的加速度可能是 ( )
A.大小为1 m/s2,方向沿斜面向上
B.大小为1 m/s2,方向沿斜面向下
C.大小为4 m/s2,方向沿斜面向下
D.大小为4 m/s2,方向沿斜面向上
BC 解析:取初速度方向为正方向,则v0=5 m/s。若2 s后的速度方向沿斜面向上,v=3 m/s,则a=== m/s2=-1 m/s2,即加速度大小为1 m/s2,方向沿斜面向下,A错误,B正确;若2 s后的速度方向沿斜面向下,v=-3 m/s,则a=== m/s2=-4 m/s2,即加速度大小为4 m/s2,方向沿斜面向下,C正确,D错误。
1.下列对运动的物理量理解正确的是 ( )
A.图甲中,高铁车厢内显示屏上的速度为平均速度
B.图乙中,研究控制平衡车加速的身体动作时,可将其看成质点
C.图丙中,以地面为参考系,正在荡秋千的小朋友是静止的
D.图丁中,2023年8月2日02:32出现超级月亮,其中“02:32”为时刻
答案:D
2.(2024·七彩阳光联盟开学考)2023年5月30日上午9时3分,搭载神舟十六号载人飞船的长征二号F遥十六运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。历时约6.5小时后,成功对接于空间站天和核心舱径向端口。3名航天员随后从神舟十六号载人飞船进入空间站天和核心舱,并计划出舱完成空间站维护维修等任务。下列说法正确的是 ( )
A.对接完成后,以空间站组合体为参考系,神舟十六号飞船是静止的
B.研究航天员在舱外的活动姿态时,航天员可以视为质点
C.研究神舟十六号飞船绕地球运行的周期时,飞船不可以视为质点
D.题干中“9时3分”是指时间间隔
答案:A
3.(多选)(2025·杭州测试)甲、乙两个物体在同一条直线上做匀变速运动,加速度分别为a甲=+5 m/s2,a乙=-6 m/s2,那么对甲、乙两物体的判断正确的是 ( )
A.甲的加速度比乙的加速度大
B.甲做加速运动,乙做减速运动
C.甲的速度可能比乙的速度小
D.甲、乙在相等的时间内速度变化是不同的
CD 解析:加速度的符号代表方向,不代表大小,则甲的加速度小于乙的加速度,A错误;由于甲、乙初速度方向不确定,则甲、乙做的是加速直线运动还是减速直线运动无法确定,B错误;物体速度的大小与加速度无直接关系,则甲的速度可能比乙的速度小,C正确;速度变化的方向与加速度方向相同,则甲、乙在相等时间内速度变化方向一定相反,即甲、乙在相等时间内速度变化不同,D正确。
4.拍球是小孩子喜欢玩的一项游戏。如图所示,小孩在离地0.6 m的地方向下拍球,球落地时速度大小为4 m/s,接触地面后弹起时的速度大小为3 m/s,假设球与地面的接触时间为0.1 s,取竖直向下为正方向,不计空气阻力,则 ( )
A.与地面接触这段时间内球的速度变化量为1 m/s
B.从开始拍球到球弹到最高点的过程中,球的平均速度为1.75 m/s
C.从开始拍球到球弹到最高点,球的位移为-0.45 m
D.与地面接触这段时间内球的平均加速度大小为70 m/s2
D 解析:规定向下为正方向,则v1=4 m/s,v2=-3 m/s,与地面接触这段时间内球的速度变化量为Δv=v2-v1=-7 m/s,A错误;球下落过程为匀加速直线运动,有v12-v02=2gh0,可得球下落的初速度v0=2 m/s,下落运动的时间t1==0.2 s,上升的时间t2==0.3 s,从开始拍球到球弹到最高点的过程中,球的位移为0.15 m,则有==0.25 m/s,B错误;球上升过程为匀减速运动,有0-v22=2gh1,解得h1=-0.45 m,即球向上弹起0.45 m。从开始拍球到球弹到最高点的过程中,球的位移为0.6 m-0.45 m=0.15 m,C错误;与地面接触这段时间内球的平均加速度为a==-70 m/s2,D正确。
[课时提升训练(1)见P307]
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