第1章 第2节 位置 位移-【优学精讲】2024-2025学年高中物理必修第一册教用课件(教科版)

第2节　位置　位移 1 1．理解位移的概念和矢量性，知道位移和路程的不同。 2．知道矢量和标量的运算差异，能进行一维情况下矢量的运算。 返回导航 课前 知识梳理 1 课堂 深度探究 2 随堂 巩固落实 3 内容 索引 课前 知识梳理 PART 01 第一部分 4 一、确定质点位置的方法——坐标系 1．建立目的：准确地描述质点的位置。 2．坐标系的三要素：原点、正方向和单位长度。 3．常见的坐标系的种类：________________、________________和三维空间坐标系。 一维直线坐标系 　二维平面坐标系　 课前 知识梳理 返回导航 二、位置的改变——位移 1．路程：物体____________的长度。 2．位移 (1)物理意义：描述物体(质点)__________变化的物理量。 (2)定义：从__________指向__________的一条有向线段。 (3)大小：初、末位置间有向线段的________。 (4)方向：由__________指向_____________________。 运动路线　 位置　 初位置　 末位置　 长度 初位置　 末位置　 课前 知识梳理 返回导航 三、位移—时间图像 1．物理意义：可以较直观地看出物体运动过程中________是如何随时间变化的。 2．图像的建立：在直角坐标系中选________为横轴，选________为纵轴，其上的图线就是位置—时间图像；如果将物体运动的初始位置选作坐标原点O，则图像就称为位移—时间图像。 位置　 时间t　 位置x　 课前 知识梳理 返回导航 四、矢量和标量 1．矢量：既有________又有________的物理量，如力、速度、位移等。 2．标量：只有__________没有__________的物理量，如质量、时间、温度、路程等。 大小　 方向　 大小　 方向 课前 知识梳理 返回导航 判断下列说法是否正确。 (1)当研究物体的直线运动时，应建立二维坐标系。(　　) (2)当研究空中飞行的飞机时，应建立三维坐标系。(　　) (3)物体做直线运动时位移大小等于路程。(　　) (4)位移—时间图像反映的是物体在不同时刻的位置。(　　) (5)质量、时间、温度和速度都是标量。(　　) ×　 √　 ×　 √　 ×　 课前 知识梳理 返回导航 课堂 深度探究 PART 02 第二部分 10 知识点一　对坐标系的理解和应用   田径场上，要描述百米赛跑运动员在运动中的位置，需要建立什么样的坐标系？要描述800米赛跑运动员在运动中的位置，需要建立什么样的坐标系？在足球场上，要描述足球的位置，需要建立什么样的坐标系？ 课堂 深度探究 返回导航 提示：田径场上，在描述百米赛跑运动员的位置时，因运动员在一条直线上运动，故建立直线坐标系即可；在描述800米赛跑运动员的位置时，因800米跑道是弯曲的，运动员在平面内运动，此时应建立平面直角坐标系；足球场上，足球并非在同一平面内运动，故应建立空间三维坐标系才能描述足球的位置。 课堂 深度探究 返回导航 三种坐标系的比较 类别 直线坐标系 平面坐标系 空间坐标系 适用运动 物体沿直线运动 物体在某平面内做曲线运动 物体在空间内做曲线运动 建立方法 在直线上规定原点、正方向和标度，就建立了直线坐标系 在平面内画相互垂直的x轴与y轴，即可组成平面直角坐标系。物体的位置由一对坐标值来确定 在空间画三个相互垂直的x轴、y轴和z轴，即可组成三维坐标系。物体的位置由三个坐标值来确定 课堂 深度探究 返回导航 课堂 深度探究 返回导航 　　　一物体从O点出发，沿东偏北37°的方向运动10 m至A点，然后又向正南方向运动10 m至B点。(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8) (1)建立适当坐标系，描述出该物体的运动轨迹； [解析]　坐标系如图，图线O→A→B为运动轨迹。 [答案]　见解析图　 课堂 深度探究 返回导航 (2)依据建立的坐标系，分别求出A、B两点的坐标。 [解析]　A点位置：xA＝10cos 37° m＝8 m yA＝10sin 37° m＝6 m B点位置：xB＝8 m yB＝6 m－10 m＝－4 m 即A点的坐标为：(8 m，6 m)， B点的坐标为：(8 m，－4 m)。 [答案]　A(8 m，6 m)　B(8 m，－4 m) 课堂 深度探究 返回导航 知识点二　位移和路程　矢量和标量    (1)京沪高铁东线建成后，从上海到北京，高铁可走京沪高铁西线或京沪东线。列车行驶的路程是否相同？位置的变化是否相同？ 提示：路程不相同　位置变化相同。 课堂 深度探究 返回导航 (2)寒假里，某同学先从上海到青岛位移为x1＝730 km，再从青岛到北京位移为x2＝660 km，该同学旅途的位移如何表示？两次旅途的位移之和是1 390 km吗？ 提示：位移为上海到北京的直线距离　位移之和不是1 390 km。 课堂 深度探究 返回导航 (3)图示坐标系中，若汽车沿直线先从O点到B点，再从B点到C点，位移分别等于多少？方向如何？总位移等于多少？方向如何？在坐标系中各段位移及总位移如何计算？方向如何体现？   提示：150 m　250 m　O→B　B→C　100 m　O→C 位移等于末位置与初位置坐标之差，若两坐标之差为正，则位移的方向指向x轴的正方向；若坐标之差为负，则位移的方向指向x轴负方向，方向为初位置指向末位置。 课堂 深度探究 返回导航 1．位移和路程的区别与联系 比较项目 位移 路程 区 别 物理意义 描述质点的位置变化，是从初位置指向末位置的有向线段 描述质点实际运动轨迹的长度 矢量性 是矢量，有大小和方向 是标量，只有大小，没有方向 制约因素 由质点的初、末位置决定，与质点的运动轨迹无关 与运动路径有关 联系 (1)都是描述质点运动的空间特征 (2)都是过程量 (3)位移的大小不大于相应的路程，只有质点做单向直线运动时，位移的大小才等于路程 课堂 深度探究 返回导航 2.对矢量和标量的理解 正、负号的区别 矢量的方向一般用正负号来表示。但既有大小又有方向的物理量不一定是矢量，如电流，有大小和方向，但它是标量 大小比较 矢量的大小只比较绝对值，而标量的大小根据正、负号的物理意义比较。如两位移x1＝5 m 和x2＝－7 m，则x1<x2；而两温度t1＝2 ℃和t2＝－5 ℃，则t1高于t2 课堂 深度探究 返回导航 √ 角度1　矢量和标量 　　　(多选)下列关于矢量(位移)和标量(温度)的说法正确的是(　　) A．做直线运动的两物体位移x甲＝3 m，x乙＝－5 m，则x乙>x甲 B．两运动物体的位移大小均为30 m，这两个位移一定相同 C．温度计读数有正有负，其正、负号表示方向 D．温度计读数t1＝3 ℃，t2＝－5 ℃，则t1>t2 √ 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　位移的符号只代表方向，不代表大小，做直线运动的两物体位移x甲＝3 m，x乙＝－5 m，则x乙>x甲，A正确； 两运动物体的位移大小均为30 m，但是方向不一定相同，则这两个位移不一定相同，B错误； 温度计读数有正有负，其正、负号并不表示方向，而是代表温度的高低，温度计读数t1＝3 ℃，t2＝－5 ℃，则t1>t2，C错误，D正确。 课堂 深度探究 返回导航 √ 角度2　位移的理解和计算 　　　(2023·北京海淀统考期末)几位同学假期游览故宫，如图所示，他们从午门进入故宫，沿步道向北步行约180 m到达太和门，然后向东步行约90 m到达昭德门。由以上信息可知，他们从午门到昭德门的位移大小约为(　　) A．90 m　　　　　　 B．180 m C．200 m　　　 D．270 m 课堂 深度探究 返回导航 角度3　位移和路程的区别 　　　如图所示，在距墙1 m 的A点，小球以某一速度向右冲向与墙壁固定的弹簧，将弹簧压缩到最短时到达距墙0.2 m的B点，然后又被弹回至距墙1.5 m的C点静止，则从A点到C点的过程中，下列说法正确的是(　　) A.位移大小为2.1 m，方向向左，路程为1.3 m B．位移大小为2.1 m，方向向右，路程为1.3 m C．位移大小为0.5 m，方向向左，路程为2.1 m D．位移大小为0.5 m，方向向右，路程为2.1 m √ 课堂 深度探究 返回导航 课堂 深度探究 返回导航 √ 课堂 深度探究 返回导航 课堂 深度探究 返回导航 课堂 深度探究 返回导航 知识点三　直线运动中的位移 1．位置在一维坐标系中的表示 在一维坐标系中，物体的位置用它的坐标表示，坐标的绝对值表示物体到坐标原点的距离。 2．位移在一维坐标系中的表示 用初、末坐标的差值即Δx＝x2－x1表示位移。Δx的绝对值表示位移大小，Δx的正负表示方向，正为沿x轴正方向，负则沿x轴负方向。 3．建立一维坐标系时，选择不同的坐标原点，物体的位置坐标不同，但在同一运动过程中物体位移却是相同的。 课堂 深度探究 返回导航 　　　一质点沿x轴运动，如图所示，t1时刻质点位于x1＝－3 m处，t2时刻质点到达x2＝5 m处，t3时刻到达x3＝－7 m处，则：   (1)质点在t1到t2这段时间内位移的大小和方向如何？ [解析]　质点在t1到t2这段时间内位移Δx1＝x2－x1＝5 m－(－3 m)＝8 m，为正值，说明位移方向为x轴正方向。 [答案]　8 m　指向x轴正方向　 课堂 深度探究 返回导航 (2)t2到t3这段时间内位移的大小和方向如何？ [解析]　t2到t3这段时间内的位移为Δx2＝x3－x2＝－7 m－5 m＝－12 m，为负值，说明位移方向为x轴负方向。 [答案]　12 m　指向x轴负方向　 (3)t1到t3这段时间内位移的大小和方向如何？ [解析]　t1到t3这段时间内位移为Δx3＝x3－x1＝－7 m－(－3 m)＝－4 m，为负值，说明位移方向为x轴负方向。 [答案]　4 m　指向x轴负方向 课堂 深度探究 返回导航 知识点四　对x－t图像的理解   对下列问题进行探究： 课堂 深度探究 返回导航 (1)如图1中的坐标系，若汽车从坐标原点O以10 m/s 的速度向东匀速行驶，若以O点为计时起点，能在图2中标出1 s、2.5 s、3 s、3.5 s、4.5 s、5 s时的位置坐标吗？能求出第3 s时的位移吗？ 提示：可以，注意第3 s的时间是从第2 s末到第3 s末。 (2)观察描出的六个点有什么规律？你是怎样表示除这六个时刻以外的位置的？ 提示：大体在一条直线上　连线表示。 课堂 深度探究 返回导航 (3)做匀速直线运动的物体的x－t图像有什么特点？ 提示：一条倾斜的直线。 (4)如图3中的a、b、c三条直线分别表示三个物体做直线运动的x－t图像，物体如何运动？能看出来运动方向吗？能看出来速度大小吗？ 提示：直线a表示物体沿正向匀速运动，直线b表示物体静止，直线c表示物体沿负向匀速运动，速度大小即图线斜率的绝对值。 课堂 深度探究 返回导航 1．物理意义：x－t图像反映了物体的位移随时间的变化关系，图像上的某一点表示运动物体在某时刻所处的位置或相对于规定位置的位移。 2．图像信息 (1)任一时刻质点的位置 图像中的每一个点表示质点某时刻的位置。 (2)质点在某段时间内发生的位移。 (3)两图线的交点表示两质点在这一时刻位于同一位置，即相遇了。 课堂 深度探究 返回导航 (4)截距 若图像不过原点，如图中图线甲所示，表示质点的出发位置不在坐标原点，图线乙则代表t＝t1时刻质点才开始运动。 课堂 深度探究 返回导航 　 (1)x－t图像表示的是物体的位移随时间变化的规律，而不是物体运动的轨迹。 (2)x－t图像只能用来描述物体的直线运动，原因是x－t图像中x的方向只有正、负两个方向。 课堂 深度探究 返回导航 √ 　　　如图所示的是一辆汽车做直线运动的x－t图像，对线段OA、AB、BC、CD所表示的运动，下列说法不正确的是(　　) A．OA段表示汽车驶离出发点 B．CD段表示汽车驶向出发点 C．AB段表示汽车静止 D．运动4 h汽车的位移大小为60 km 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　OA段汽车的位移越来越大，CD段汽车的位移越来越小，故A、B正确； AB段汽车位移不随时间变化，表示汽车静止，故C正确； 运动4 h汽车的路程为 60 km，位移大小为0，故D错误。 课堂 深度探究 返回导航 　　　有两个跑步者A和B，他们运动的位移—时间图像如图中的a、b图线所示。回答下列问题。 (1)当跑步者A位于0处时，跑步者B在哪里？ [答案]　跑步者B在运动的反方向距A出发点50 m 处　 (2)在何时，A和B处于相同的位置？ [答案]　45 s　 (3)当t＝20.0 s时，跑步者A和B谁在前？ [答案]　A在前　 (4)在t＝48.0 s时，哪一位跑步者领先？ [答案]　B领先 (5)A和B相遇时，运动位移相同吗？分别是多少？ [答案]　不相同　190 m　240 m 课堂 深度探究 返回导航 √ 课堂 深度探究 返回导航 课堂 深度探究 返回导航 随堂 巩固落实 PART 03 第三部分 44 √ 1．(矢量和标量)下列关于矢量和标量的说法正确的是(　　) A．两个运动物体的位移大小均为30 m，则这两个位移一定相同 B．温度计读数的正负表示温度的高低，不表示方向，温度是标量 C．温度计读数有正、有负，所以温度是矢量 D．取定正方向，做直线运动的甲、乙两物体的位移x甲＝3 m，x乙＝－5 m，则x甲>x乙 随堂 巩固落实 返回导航 解析：位移是矢量，既有大小也有方向，大小相同，方向不同，位移不同，故A错误； 温度计读数的正负号表示温度高低，不表示方向，温度是标量，故B正确，C错误； 选定正方向，做直线运动的甲、乙两物体的位移x甲＝3 m，x乙＝－5 m，位移的符号表示方向，不表示大小，则x甲<x乙，故D错误。 随堂 巩固落实 返回导航 √ 2．(直线运动中的位移)(2024·广东东莞校考阶段练)如图所示的位置坐标轴中，已知t0＝0时刻质点位于0处，t1＝1 s时质点位于5 m处，t2＝2 s时质点位于－1 m处，t3＝3 s时质点位于－4 m处，则下列说法正确的是(　　)   A．物体在第1 s内的位移大于在第2 s内的位移 B．物体在前2 s内的路程大于在前2 s内的位移大小 C．物体在第3 s内的位移最大 D．物体在前3 s时间内的位移为4 m 随堂 巩固落实 返回导航 解析：物体在第1 s内的位移x1＝5 m－0＝5 m，物体在第2 s内的位移x2＝－1 m－5 m＝－6 m，物体在第3 s内的位移x3＝－4 m－(－1 m)＝－3 m，可知物体在第1 s内的位移小于第2 s内的位移，物体在第3 s内的位移不是最大，故A、C错误； 物体在前2 s内的路程s≥5 m＋6 m＝11 m，物体在前2 s内的位移x＝－1 m－0＝－1 m，可知物体在前2 s内的路程大于在前2 s内的位移大小，故B正确； 物体在前3 s时间内的位移x′＝－4 m－0＝－4 m，故D错误。 随堂 巩固落实 返回导航 3．(位移和路程)(2024·江苏扬州红桥中学期中)若规定向东方向为位移的正方向，今有一个皮球停在水平面上某处，轻轻踢它一脚，使它向东做直线运动，经5 m时与墙相碰后又向西做直线运动，经7 m后停下。上述过程中皮球通过的路程和位移分别是(　　) A．2 m，2 m　　　　　　 B．2 m，－2 m C．12 m，2 m　　　 D．12 m，－2 m 解析：物体的路程即为物体实际运动轨迹的长度，所以皮球通过的路程s＝5 m＋7 m＝12 m，物体的位移即从初位置指向末位置的有向线段，线段的长度表示位移的大小，所以皮球的位移为－2 m。 √ 随堂 巩固落实 返回导航 4．(x－t图像)(多选)如图所示，这是甲、乙两质点运动的位移—时间图像，由图像可知(　　) A．甲、乙两质点在1 s末时相遇 B．甲、乙两质点从同一位置出发 C．甲、乙两质点在第1 s内运动方向相反 D．乙的运动方向始终不变 √ √ 随堂 巩固落实 返回导航 解析：由图知，t＝1 s末甲、乙的位移相同，说明到达同一位置，两者相遇，故A正确； 0时刻，甲的位移是8 m，乙的位移为0，不在同一位置，故B错误； 在第1 s内，甲的位移为－2 m，乙的位移为6 m，甲、乙运动方向相反，C正确； 第1 s内，乙的位移为6 m，3 s到5 s内，乙的位移为－6 m，乙的运动方向改变，D错误。 随堂 巩固落实 返回导航 类别 直线坐标系 平面坐标系 空间坐标系 应用实例 M点位置坐标：x＝2 m N点位置坐标： x＝3 m y＝4 m P点位置坐标： x＝3 m y＝4 m z＝2 m $