物理必修 第一册第一章 运动的描述3 位置变化快慢的描述——速度导学案

这是一份物理必修 第一册第一章 运动的描述3 位置变化快慢的描述——速度导学案，共16页。学案主要包含了学习目标，学习重难点，学习过程等内容，欢迎下载使用。
位置变化快慢的描述——速度

【学习目标】
物理观念
理解速度的概念和矢量性，理解速率、平均速度和瞬时速度
科学思维
掌握比值定义法，会用速度公式解决实际问题，理解位移—时间图像描述直线运动的方法
科学探究
（1）探究平均速度与瞬时速度的区别与联系．
（2）会正确使用打点计时器．
（3）会根据纸带上的点迹计算平均速度和瞬时速度
科学态度与责任
（1）从生活情景中认识速度与速率．
（2）体会速度的矢量性，体会图像在物理中的应用．
（3）养成良好的实验习惯和实验态度
【学习重难点】
1．掌握比值定义法，会用速度公式解决实际问题，理解位移—时间图像描述直线运动的方法．
2．养成良好的实验习惯和实验态度
【学习过程】
一、知识纲要导引

二、基础导学
（二）速度（自学教材“速度”部分）
1．定义
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（velocity）．用字母v表示．
2．公式：v＝
3．单位
在国际单位制中，速度的单位是米每秒，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．
4．矢标性
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）和位移的方向相同．
5．物理意义
速度是描述物体运动快慢的物理量．
（二）平均速度和瞬时速度
（自学教材“平均速度和瞬时速度”部分）
1．平均速度
（1）概念：由求得的速度v，表示的只是物体在时间Δt内运动的平均快慢程度，叫作平均速度（average velocity）．
（2）公式v＝．
（3）矢标性：是矢量，方向与Δt时间内发生的位移的方向相同．
2．瞬时速度
（1）概念：用由时刻t到t＋Δt一小段时间内的平均速度来代替时刻t物体的速度，当Δt非常非常小时，运动快慢的差异可以忽略不计，此时，我们就把叫作物体在时刻t的瞬时速度（instantaneous velocity）．
（2）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．
3．速率
瞬时速度的大小通常叫作速率（speed）．速率是标量．
（三）速度—时间图像（自学教材“速度—时间图像”部分）
1．概念
以时间t为横轴，速度v为纵轴，坐标中的图像即为速度—时间图像或v­t图像．
2．v­t图像的建立
（1）用横轴表示时间t，纵轴表示速度v，建立直角坐标系．
（2）根据测量的速度v、时间t数据在坐标系中描点．
（3）用平滑的曲线把这些点连接起来，即得到如图所示的v­t图像．

3．物理意义
v­t图像非常直观地反映了物体运动的速度随时间变化的规律，它并不表示物体运动的轨迹．
三、思考判断
（1）通过相同的路程，所用时间少的物体速度大．（ ）
（2）速度大的物体通过的位移一定大，速度小的物体通过的位移一定小．（ ）
（3）两物体的速度分别是v1＝2m/s，v2＝－3m/s，则它们的大小关系为v1>v2．（ ）
（4）物体的瞬时速度总为零，则平均速度一定为零．（ ）
（5）物体的平均速度为零，则物体一定处于静止状态．（ ）
（6）物体运动的速率越大，一定时间内位移一定越大．（ ）
答案：（1）×（2）×（3）×（4）√（5）×（6）×
四、思考与讨论
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？
问题解答：为了使描述精确些，可以把Δt取得小一些，物体在从t到t＋Δt这样一个较小的时间间隔内，运动快慢的差异也就小一些．Δt越小，运动的描述就越精确．当Δt非常非常小时，运动快慢的差异可以忽略不计，此时，我们就把叫作物体在时刻t的瞬时速度，速度方向就是该时刻的运动方向．
五、启迪思维，突破重点
（一）主题一：速度
比较物体运动快慢的方法：① 相同的时间比较位移．② 相同位移比较所用的时间．
问题探究
探究点：速度

（1）甲图中30min内自行车行驶了8km、汽车行驶了50km，应该如何比较它们运动的快慢呢？
（2）乙图中百米赛跑，优秀运动员跑10s，而某同学跑13.5s，应该如何比较他们运动的快慢呢？
提示：（1）甲图中汽车运动得快，相同时间内位移大．
（2）乙图中优秀运动员运动的快，相同位移内时间短．
知识链接：
（1）v不仅表示运动的快慢，同时也表示运动的方向；
（2）单位换算关系：1m/s＝3.6km/h
探究总结
1．速度是矢量，既有大小又有方向，速度的大小在数值上等于单位时间内物体位移的大小，方向即物体的运动方向．
2．速度是描述物体运动快慢的物理量，也叫物体位置的变化率，速度越大，表示物体运动得越快，其位置变化得也就越快．
3．定义式v＝的理解：公式v＝中的Δx是物体运动的位移，不是路程．v＝是速度的定义式，不是决定式，不能认为v与位移成正比、与时间成反比．
典例示范
例1：通过测量可得到摩托车、动车、小轿车的位置变化情况如表所示．

初位置/m
经过时间/s
末位置/m
A．摩托车沿平直道路行驶
0
5
100
B．动车沿平直道路行驶
0
8
240
C．小轿车沿平直道路行驶
500
30
1250
比较摩托车、动车、小轿车，谁的位移最大？谁的位置变化最快？谁的速度最大？
解析：摩托车、动车、小轿车的位移分别为：100m、240m、750m．
摩托车、动车、小轿车的速度分别为：20m/s、30m/s、25m/s．
答案：小轿车的位移最大，动车的位置变化最快，即动车的速度最大．

训练1：一物体沿直线从A匀速运动到B，用时2.5s，则：
（1）求物体从A运动到B的位移．
（2）求物体匀速运动的速度．
解析：（1）物体从A运动到B时，x＝（－2）m－3m＝－5m，位移方向沿x轴负方向．
（2）由速度定义式：v＝＝m/s＝－2m/s，方向沿x轴负方向．
答案：（1）5m，沿x轴负方向
（2）2m/s，沿x轴负方向
（二）主题二：平均速度和瞬时速度
问题探究
探究点1：平均速度
某同学百米比赛用时12s，前2s内的位移为12m，第2个2s内位移为14m，第3个2s内位移为16m，第4个2s内位移为19m，第5个2s内位移为20m，第6个2s内位移为19m．
（1）请计算上述6个时间间隔内的平均速度，并说明哪段时间运动得最快．
（2）我们能用平均速度精确描述物体的运动情况吗？为什么？
（3）通过以上数据，你能知道这个同学的“起跑速度”“冲刺速度”以及“任意时刻的速度”吗？
提示：（1）第1个2s内＝＝6 m/s，第2个2s内＝＝7m/s，第3个2s内＝＝8m/s，第4个2s内＝＝9.5m/s，第5个2s内＝＝10m/s，第6个2s内＝＝9.5m/s．
第5个2s内运动得最快．
（2）不能，平均速度仅能反映一段时间或一段位移内的大体运动情况，不能描述每个时刻如何运动．
（3）不能．
探究点2：瞬时速度

在国外，一位女士由于驾车超速而被警察拦住，警察走过来对她说：“太太，您刚才的车速是100km/h，超过限速80km/h的规定！”这位女士反驳说：“不可能！我才开了7分钟，还不到一个小时，怎么可能走了100km呢？”“太太，我的意思是，如果您继续像刚才那样开车，在下一个小时内，您将驶过100km．”女士笑了，“这不会，因为再走20km，我就到家了，根本不需要开100km．”
（1）从物理学角度看，这位女士没有认清哪个物理概念？
（2）平均速度和瞬时速度有什么不同？
提示：（1）由题意可知，超速应是任意时刻超过100km/h，故该女士没有认清瞬时速度的概念．
（2）平均速度是物体在单位时间内通过的路程．而瞬时速度是指物体在某一时刻或某一位置上的速度．
探究总结
1．平均速度与瞬时速度的区别和联系

平均速度
瞬时速度
区别
定义
运动物体的位移与所用时间的比值
运动物体在某一时刻或某一位置的速度
物理意义
粗略描述物体运动的快慢
精确描述物体运动的快慢
方向
与Δx方向一致
与某时刻或某位置运动方向一致
联系
（1）瞬时速度可看做当Δt很小很小时，Δt内的平均速度；
（2）在匀速直线运动中，瞬时速度和平均速度始终相同
2．平均速度与平均速率的比较
（1）定义：平均速度＝；平均速率＝．
（2）标矢性：平均速度是矢量，有方向；平均速率是标量，无方向．
（3）联系：平均速度的大小一般小于平均速率，只有在单方向直线运动中，平均速度的大小才等于平均速率．
知识链接：
（1）平常我们所说的速度既可能是平均速度，也可能是瞬时速度，要根据上、下文来判断．
（2）瞬时速度大的物体，其平均速度不一定大．
典例示范】
例2：下面几个速度中属于平均速度的是（ ）
A．子弹射出枪口的速度是800m/s
B．子弹以790m/s的速度击中目标
C．汽车通过站牌时的速度是72km/h
D．小球第3秒内的速度是5m/s
解析：子弹射出枪口的速度和击中目标的速度对应的都是某一位置，是时刻，A、B错误；汽车通过站牌时的速度对应的是站牌所在位置，为瞬时速度，C错误；小球第3秒内的速度对应的是一段时间间隔，为平均速度，D正确．
答案：D
知识链接：
判断瞬时速度和平均速度的方法
（1）从时间上看，与时刻对应的是瞬时速度，与时间对应的是平均速度．
（2）从空间上看，与位置对应的是瞬时速度，与位移对应的是平均速度．
例3：在伦敦奥运会上，“世界飞人”博尔特分别以9秒63和19秒32的成绩夺得男子100 m和200 m的冠军，继北京奥运会后再次蝉联双冠王，下列说法不正确的是（ ）
A．博尔特在百米比赛中的平均速度是10.38m/s
B．博尔特在百米比赛中的平均速率是10.38m/s
C．博尔特在200米比赛中的平均速度是10.35m/s
D．博尔特在200米比赛中的平均速率是10.35m/s
解题指导：第一步：抓关键点
关键点
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100m比赛
跑道是直线，位移大小＝路程＝100m
200m比赛
跑道一部分为弯道，位移大小