高中物理2 时间 位移学案

这是一份高中物理2 时间 位移学案，共28页。
2　时间　位移[课标引领]学业质量水平要求合格性考试1.能够在实际问题中区分时刻和时间间隔。2.形成初步的矢量和标量的概念,理解位置、路程及位移,知道它们的区别。3.能在坐标系中简单地描述物体的位置和位移,知道位移和时间的测量方法,认识位移—时间图像选择性考试1.会用科学方法描述物体位置的变化,并掌握一维矢量的运算。2.理解位移的概念,会用有向线段表示位移的大小和方向。3.理解位移—时间图像一、时刻和时间间隔(1)《旅客列车时刻表》为什么不叫作《旅客列车时间表》?答案:《旅客列车时刻表》列出的都是火车发车和到站的时刻。(2)火车站广播道:“从北京驶往广州的×××次列车将于11点20分到达本站1号站台,停车12分钟,请旅客们做好登车准备。”这里的12分钟是指时间间隔还是时刻?火车正点驶离本站的时刻是多少?答案:12分钟是指停车的时间间隔;正点驶离本站的时刻是11点32分。(3)张强同学手里拿着汽车票,上面写道“发车时间:14点30分” 。这里的“时间”指的是时间间隔还是时刻?答案:这里的“时间”实际是指发车的时刻。1.时刻:表示某一瞬间,在表示时间的数轴上用点表示。2.时间间隔:表示两个时刻之间的间隔,在表示时间的数轴上用线段表示。二、位置和位移位移的大小一定小于路程吗?答案:不一定。物体做单向直线运动时位移的大小等于路程。1.坐标系为了定量地描述物体的位置,需要在参考系上建立适当的坐标系。2.一维坐标系:物体做直线运动时,通常选取这条直线为x轴,在x轴上任选一点作为原点,规定好坐标轴的正方向和单位长度,物体的位置就可以用它的位置坐标来描述。3.路程和位移(1)路程:物体运动轨迹的长度,有大小,没方向。(2)位移:描述物体位置的变化,既有大小又有方向。可用从初位置指向末位置的有向线段来表示,符号为l。(3)单位:厘米(cm)、米(m)、千米(km)等。4.矢量和标量(1)矢量:既有大小又有方向的物理量,如位移。(2)标量:只有大小,没有方向的物理量,如路程。三、直线运动的位移做直线运动的物体,它的初位置为x1,末位置为x2,则物体的位移应该是由x1指向x2的有向线段,其大小等于末位置与初位置之差,即Δx=x2-x1。四、位移—时间图像把一跑步者在各时刻所对应的位置在位置—时间的关系坐标中描出,作最佳拟合线。此图线显示了在不同的时间里跑步者的位移。(1)位置—时间关系是跑步者的运动轨迹吗?答案:不是,该关系图线只是反映跑步者运动过程中位置随时间变化情况。(2)位置—时间关系的建立有什么物理意义吗?答案:位置—时间关系的建立很好地描述了跑步者位置随时间的变化情况。1.物体在每一时刻的位置或每一时间间隔的位移可以用图像直观地表示。2.在直角坐标系中选时刻t为横轴,选位置x为纵轴,通过对应数值作图线,就得到位置—时间图像,如果将物体运动的初始位置选作位置坐标原点O,图像就为位移—时间图像,又称x-t图像。3.从x-t图像可以直观地看出物体在不同时间内的位移。五、位移和时间的测量学校实验室中常用打点计时器来记录时间和位移。电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,工作电压约为4～6 V。1.判断(1)时刻就是时间间隔,两者都是时间,没有本质区别。(　×　)(2)路程是标量,位移是矢量,两者都描述物体的运动。(　√　)(3)做直线运动的物体,其位移大小一定等于路程。(　×　)2.如图所示,“第2 s初”“第5 s末”“第6 s内”分别对应时间轴上的哪一点或哪一段?在图中标明。答案:如图所示。3.如图所示,一辆汽车沿平直公路运动,从A点运动到B点,怎样描述汽车向前沿直线行驶的位移?汽车由C到D的位移如何描述?答案:位移用坐标变化量表示,ΔxAB=x2-x1=30 m-10 m=20 m;ΔxCD=10 m-40 m=-30 m。探究点一　时刻和时间间隔请同学们讨论分析两名同学说的时间是一个时刻还是时间间隔?答案:五点钟是一个时刻,半个小时为时间间隔。 时刻时间间隔概念表示某一瞬间两个时刻之间的间隔物理意义是事物运动、发展、变化所经历的各个状态先后顺序的标志,是状态量是事物运动、发展、变化所经历的过程长短的量度,是过程量表示方法用时间轴上的点表示用时间轴上的一段线段表示描述关键词“初”“末”“时”,如“第1 s末”“第2 s初”“3 s时”“内”,如“第2 s内”“前3 s内”联系两个时刻之间为一段时间间隔,时间间隔能表示运动的一个过程,好比一段录像;时刻可以显示运动的一瞬间,好比一张照片 [例1]某校高一和高二的学生组织了一场足球比赛,下列关于比赛表述中涉及的计时数据,指时间间隔的是(　D　)A.比赛于9月27日下午2点20分开始B.开场9分20秒时,高一队率先进球C.比赛进行到30分,高二队换人D.整场比赛共踢了90分钟解析:“下午2点20分”是比赛开始的时刻,“开场9分20秒时”“进行到30分”均为相对于开始的时刻,在时间轴上,它们均是对应某个点;“90分钟”是比赛进行的过程,在时间轴上对应一条线段,指的是时间间隔,故D正确。时刻与时间间隔的两种判定方法(1)根据上下文判断:时刻对应事件状态,时间间隔对应事件过程。(2)利用时间轴判定:画出时间轴,轴上的点表示时刻,两个时刻间一段线段表示时间间隔。[针对训练1]下列关于民间俗语中所说的时间,理解正确的是(　A　)A.用“做一天和尚,撞一天钟”表示做事得过且过,“一天”指时间间隔B.用“三分钟热度”形容做事没有持久性,“三分钟”指时刻C.用“冰冻三尺非一日之寒”形容做事情不能一蹴而就,“一日”指时刻D.用“宁停三分,不抢一秒”进行交通安全教育,“三分”和“一秒”均指时刻解析:“一天”对应的是一个过程,表示时间间隔,故A正确;“三分钟”对应的是一个过程,表示时间间隔,故B错误;“一日”对应的是一个过程,表示时间间隔,故C错误;“三分”“一秒”对应的是一个过程,表示时间间隔,故D错误。探究点二　位置和位移　矢量和标量中考结束后,爸爸准备带小明去北京游玩,并让小明设计出行路线,路线起点为郑州,终点为北京。他有三种方式可供选择:乘长途汽车、坐高铁和乘飞机。(1)三种出行方式的路程是否相同?位置的变化是否相同?答案:三种出行方式的路程不同,但初位置一样,末位置一样,即位置的变化相同。(2)如何描述位置的变化?答案:可以用一条从郑州到北京的有向线段即位移来描述位置的变化。1.位移和路程的区别与联系 路程位移区别意义表示运动轨迹的长度表示位置变化的大小和方向大小轨迹的长度从初位置到末位置的有向线段的长度方向无方向从初位置指向末位置图示(物体沿曲线由A运动到B)联系(1)两者单位相同,都是米(m)。(2)位移的大小小于等于路程,在单向直线运动中,位移的大小等于路程2.矢量和标量的区别(1)矢量是有方向的,标量没有方向。(2)标量的运算法则为算术法则,即初中所学的加、减、乘、除等运算方法;矢量的运算法则为以后要学到的平行四边形定则。(3)矢量大小的比较要看其数值的绝对值大小,绝对值大的矢量大,“+”“-”号只代表方向。[例2] 如图所示为某学校田径运动场跑道的示意图,其中A点是所有跑步项目的终点,也是400 m、800 m赛跑的起跑点,B点是100 m赛跑的起跑点。在一次校运动会中,甲、乙、丙三位同学分别参加了100 m、400 m和 800 m 赛跑,则从开始比赛到比赛结束(　A　)A.甲的位移最大 B.乙的位移最大C.丙的位移最大 D.乙、丙的路程相等解析:由题意可知,400 m、800 m赛跑的比赛中,起点和终点相同,所以在400 m、800 m赛跑的比赛中位移的大小是零,而在100 m赛跑的比赛中,位移的大小是100 m,所以甲的位移最大,乙和丙的位移是零,选项A正确,B、C错误;路程是指物体运动轨迹的长度,所以路程最大的是丙,选项D错误。位移与路程的关系(1)位移与路程永远不可能相同。因为位移是矢量,既有大小又有方向;而路程是标量,它只有大小没有方向。(2)位移的大小与路程有可能相等。[针对训练2]关于位移和路程,下列说法正确的是(　B　)A.在某段时间内物体运动的位移为零,该物体一定是静止的B.在某段时间内物体运动的路程为零,该物体一定是静止的C.位移是标量,路程是矢量D.高速公路路牌标示“上海80 km”涉及的是位移解析:在某段时间内,如果物体运动的位移为零,可能是物体恰好回到出发点,所以物体不一定是静止的,故A错误;在某段时间内,如果物体运动的路程为零,说明物体没有运动,该物体是静止的,故B正确;位移有大小也有方向,是矢量,路程没有方向,是标量,故C错误;高速公路路牌标示“上海80 km”是指到上海的轨迹的长度,涉及的是路程,故D错误。探究点三　直线运动的位置和位移港珠澳大桥通车后,中央广播电视总台巴士成为第一辆驶上港珠澳大桥的大巴,它在某一段时间内沿直线行驶在港珠澳大桥上,如何表示它的位置及位移?答案:沿运动方向建立直线坐标系,用坐标表示巴士的位置,坐标的变化与巴士通过的位移对应。研究直线运动时在物体运动的直线上建立直线坐标系。(1)质点的位置用坐标值表示,位移用坐标的变化量表示。(2)位移Δx=x2-x1,其绝对值表示位移的大小。(3)Δx的正、负表示位移的方向,正值表示与规定的正方向相同,负值表示与规定的正方向相反。[例3] 一质点在x轴上运动,各个时刻的位置坐标如表:时刻/s012345…位置坐标/m20-4-1-76…(1)该质点在前2 s内的位移的大小是　　　　,方向是　　　　　　　　。 (2)该质点在第3 s内的位移的大小是　　　　,方向是　　　　　　　　。 (3)该质点在前5 s内的位移的大小是　　　　,方向是　　　　　　　　。 解析:(1)前2 s的位移Δx1=x2-x0=-4 m-2 m=-6 m,即位移的大小为6 m,方向沿x轴负方向。(2)第3 s内的位移Δx2=x3-x2=-1 m-(-4) m=3 m,即位移的大小为3 m,方向沿x轴正方向。(3)前5 s的位移Δx3=x5-x0=6 m-2 m=4 m,即位移的大小为4 m,方向沿x轴正方向。答案:(1)6 m　沿x轴负方向(2)3 m　沿x轴正方向(3)4 m　沿x轴正方向直线运动的位置和位移规律[针对训练3] 将一个小球从距地面4 m高处抛出,被地面反弹,在距地面1 m的高处被接住。坐标原点定在抛出点正下方2 m处,向下为坐标轴的正方向,则小球的抛出点、落地点、接住点的位置坐标分别是(　B　)A.2 m　-2 m　-1 m  B.-2 m　2 m　1 mC.4 m　0　1 m     D.-4 m　0　-1 m解析:建立如图所示的坐标系,A点为抛出点,坐标为-2 m,O点为坐标原点,C点为落地点,坐标为2 m,B点为接住点,坐标为1 m,所以选项B正确。探究点四　位移—时间图像“在x-t图像中,图线是直线时物体做直线运动,图线是曲线时物体做曲线运动”,这种说法对吗?为什么?答案:不对;x-t图像只能描述直线运动,不能描述曲线运动,在x-t图像中,不管图线是直线还是曲线,物体都做直线运动。1.x-t图像的物理意义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.x-t图像的应用由图像可求:(1)任一时刻所对应的位置。(2)任一时间内的位移。(3)发生一段位移所用的时间。3.常见的几种x-t图像的比较图像物理意义①②都表示物体处于静止状态,但静止的位置不同③表示物体从x1处沿正方向做匀速直线运动;④表示物体从x=0处沿正方向做匀速直线运动;⑤表示物体从x2处沿负方向做匀速直线运动⑥表示物体做变速直线运动,且运动得越来越慢 [例4] (多选)如图是甲、乙两个物体在同一直线上运动时的x-t图像,由图像可知(　BCD　)A.乙开始运动时,两物体相距20 mB.在0～10 s这段时间内,两物体间的距离逐渐增大C.在10～25 s这段时间内,两物体间的距离逐渐减小D.两物体在10 s时相距最远,在25 s时相遇解析:乙在t=10 s时开始运动,此时两物体间的距离大于20 m,故A错误;在0～10 s这段时间内乙静止,而甲向正方向运动,两物体间的距离逐渐增大,故B正确;在10～25 s这段时间内,甲在前,乙在后,并且两物体间的距离逐渐减小,10 s末两物体间的距离最大,25 s末两物体的位置相同即相遇,故C、D正确。 分析x-t图像时的三点注意事项(1)无论物体的x-t图像是直线还是曲线,物体均做直线运动。(2)物体开始运动的初始位置由t=0时的位移即纵轴的截距决定。(3)x-t图像的斜率为正值,表示物体沿着正方向运动；反之，物体沿负方向运动。[针对训练4] (多选)某物体的x-t图像如图所示,则下列叙述正确的是(　BCD　)A.物体运动的轨迹是抛物线B.物体运动的时间为8 sC.物体运动所能达到的最大位移为80 mD.物体做往返运动解析:x-t图像描述的是物体做直线运动的位移随时间的变化关系,虽然图像是抛物线,但运动轨迹是直线,A错误;从题图可以看出,图像描述的是物体在0～8 s内的位移随时间的变化情况,所以运动时间为8 s,最大位移为80 m,B、C正确;物体先远离出发点,后回到出发点,故物体做往返运动,D正确。探究点五　位移和时间的测量[问题情境]如图所示,两位同学分别拿着底部穿孔、滴水比较均匀的饮料瓶一起走路,想一想,时间和位移应如何记录?答案:用刻度尺量出各点到起始点的距离即为运动的位移。时间间隔的测量可借助停表,例如n滴水滴下所用时间为T,则滴水的时间间隔为 。1.测量位移和时间的方法(1)测位移:照相法(或频闪照相法)、打点计时器法等。(2)测时间:可用钟表、打点计时器。2.电磁打点计时器和电火花计时器的比较 电磁打点计时器电火花计时器结构示意图打点原理电磁作用下振针振动打点脉冲电流经放电针、墨粉纸盘放电打点电源4～6 V交流电源220 V交流电源周期电源频率为50 Hz时,都是每隔0.02 s打一次点阻力来源纸带与限位孔、复写纸的摩擦,纸带与振针的摩擦纸带与限位孔、墨粉纸盘的摩擦说明功能相同,都是计时仪器,但电火花计时器比电磁打点计时器更精确3.使用打点计时器的注意事项(1)实验前,应将打点计时器固定好,以免拉动纸带时晃动,并轻轻试拉纸带,应无明显的阻滞现象。(2)使用打点计时器时,应先接通电源,待打点计时器打点稳定后再释放纸带。(3)使用电火花计时器时,应注意把纸带穿好,使墨粉纸盘位于纸带上方;使用电磁打点计时器时,应让纸带穿过限位孔,压在复写纸下面。(4)打点计时器不能连续工作太长时间,打完点后应立即关闭电源。(5)对纸带进行测量时,不要分段测量各段的位移,可统一测量出各个测量点到起始点之间的距离,读数时应估读到毫米的下一位。[例5] (多选)下列关于打点计时器的说法中正确的是(　ABD　)A.电磁打点计时器是利用振针上下振动,通过复写纸在纸带上留下一行小点B.电火花计时器是利用火花放电的原理来工作的C.我国中学实验室中的打点计时器直接接到实验台上的插座上使用,这种打点计时器是电磁打点计时器D.从减小实验误差的角度考虑,选电火花计时器比电磁打点计时器好解析:根据电磁打点计时器和电火花计时器的构造及原理知,选项A、B正确;电火花计时器是利用火花放电的原理来工作的,使用时摩擦比电磁打点计时器的摩擦小,有利于减小实验误差,选项D正确;我国使用的是220 V交流电压,所以直接接到实验台上的插座上使用的打点计时器应该是电火花计时器,选项C错误。 纸带记录了物体在不同时刻的位置和某一段时间对应的位移。点迹分布情况反映物体运动的情况。(1)点迹密处速度小,点迹疏处速度大。(2)点迹均匀,说明物体做匀速运动。[针对训练5] (多选)使用打点计时器时应注意(　CD　)A.无论使用电磁打点计时器还是电火花计时器,都应该把纸带穿过限位孔,再把套在轴上的复写纸压在纸带的上面B.使用打点计时器时应先拉动纸带,再接通电源C.使用打点计时器时,拉动纸带的方向应与限位孔平行D.打点计时器只能连续工作较短时间,打点之后要立即关闭电源解析:电磁打点计时器使用复写纸,电火花计时器不用复写纸,故A错误;实验时应当先接通电源,再拉动纸带,故B错误;为减小摩擦,拉动纸带的方向应当与限位孔平行,故C正确;打点计时器不能长时间连续工作,故D正确。自主建构教材链接教材第16页“思考与讨论”提示:位移:Δx=xB-xA=2 m-5 m=-3 m,即位移大小等于3 m,方向由A点指向B点 课时作业1.下列物理量属于矢量的是(　C　)A.路程 B.体积 C.位移 D.质量解析:矢量是既有大小又有方向的物理量,位移既有大小又有方向,是矢量,而路程、体积和质量都没有方向,是标量,故A、B、D错误,C正确。2.(多选)关于时间间隔和时刻,下列说法正确的是(　ACD　)A.物体在5 s时指的是物体在5 s末时,指的是时刻B.物体在5 s内指的是物体在4 s末到5 s末这1 s的时间间隔C.物体在第5 s内指的是物体在4 s末到5 s末这1 s的时间间隔D.第4 s末就是第5 s初,指的是时刻解析:画出时间轴。从时间轴上分析,选项A、C、D正确。3. 2020年3月10日上午8点20分,白老师给高一(2)班的同学上网课,开始上课后,他先让学生自学了5分钟,接着讲了25分钟,然后让学生巩固知识,上课共用了40分钟,在上午9点整下课。下列说法正确的是(　B　)A.40分钟是时刻  B.上午8点20分是时刻C.25分钟是时刻  D.上午9点整是时间间隔解析:40分钟是时间间隔,不是时刻,故A错误;上午8点20分是时刻,故B正确;25分钟是时间间隔,故C错误;上午9点整是时刻,故D错误。4.如图所示,在距墙1 m的A点,小球以某一速度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,小球的位移大小和路程分别是(　D　)A.0.5 m、1.3 m   B.0.8 m、1.3 mC.0.8 m、1.5 m   D.0.5 m、2.1 m解析:位移的大小等于初、末位置的距离,可知位移的大小等于A、C两点的距离,即x=1.5 m-1 m=0.5 m;路程等于运动轨迹的长度,可知s=1 m+1.5 m-2×0.2 m=2.1 m,故D正确,A、B、C错误。5.如图所示是一位同学使用打点计时器得到的两条纸带,他将纸带甲、乙上下并排放在一起进行比较,在图中A、B两点之间,纸带甲、乙运动的时间之比是(　B　)A.1∶1 B.2∶1C.1∶2 D.无法比较解析:假设打点计时器使用的是频率为f的交流电源,纸带上每打出两个相邻点所经历的时间为T,所以纸带甲、乙上A、B两点间时间之比为==,B正确。6.国庆盛典上,游行的队伍和彩车依次从天安门前经过,以北京长安街为坐标轴x,向西为正方向,以天安门中心所对的长安街中心为坐标原点O,建立一维坐标系,一辆彩车最初在原点以东3 km处,一段时间后行驶到原点以西2 km处。这辆彩车最初位置和最终位置分别是(　B　)A.3 km,2 km  B.-3 km,2 kmC.3 km,-2 km D.-3 km,-2 km解析:坐标轴的正方向向西,则位置在原点以西为正,在原点以东为负,彩车最初在原点以东且距原点3 km处,所以最初位置是-3 km,同理最终位置是2 km,故B正确。7.质点运动的位移x与时间t的关系如图所示,其中运动方向发生变化的是(　C　)解析:A项,质点位移由负值变到0,一直向一个方向运动,故A项错误;B项,质点位移由正值变到0再变到负值,一直向一个方向运动,故B项错误;C项,质点位移由0增大再减小到0,故运动方向发生变化,故C项正确;D项,质点位移先由0增大后不变,故质点先朝一个方向运动后静止,故D错误。8.如图所示,自行车的车轮半径为R,车轮沿直线无滑动地滚动,当气门芯由轮子的正上方第一次运动到轮子的正下方时,气门芯位移的大小为(　D　)A.πR B.2R C.2πR D.R解析:如图所示,气门芯由轮子的正上方第一次运动到轮子的正下方的过程中,初、末位置之间的距离,也就是位移大小为x==R,选项D正确。9.某一质点做直线运动的位移x和时间t的关系如图所示,那么该质点在3 s内通过的路程和位移的大小分别为(　D　)A.6 m和1 mB.5 m和1 mC.5 m和5 mD.1 m和1 m解析:由位移x和时间t的关系图像可知,0～1 s内,质点静止在x1=3 m处,1～2 s内质点沿反方向运动,且t=2 s 时,质点运动至x2=2 m处,并且最后1 s静止在该处,所以整个过程中质点运动的路程和位移的大小相同,均为1 m,选项D正确。10.使用电火花计时器分析物体运动情况的实验中。(1)在下列基本步骤中,正确的排列顺序为　　　　。 A.把电火花计时器固定在桌子上B.安装纸带C.松开纸带让物体带着纸带运动D.接通220 V交流电源E.按下脉冲输出开关,进行打点(2)在安装纸带时,要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在　　　　　　上,还要检查　　　　　　是否夹在两纸带之间。 解析:(1)电火花计时器的特点是打点靠放电针和墨粉纸盘之间的火花放电来实现,故其操作步骤和电磁打点计时器是类似的,为ABDEC。(2)墨粉纸盘应套在纸盘轴上,目的是使它可以转动,均匀地被利用。墨粉纸盘夹在两条白纸带之间,目的是使墨粉纸盘可以更好地转动。答案:(1)ABDEC　(2)纸盘轴　墨粉纸盘11.如图所示,一辆汽车在马路上行驶,t=0时,汽车在十字路口中心左侧20 m处;过了2 s,汽车正好到达十字路口的中心;再过3 s,汽车行驶到了十字路口中心右侧30 m处。如果把这条马路抽象为一条坐标轴(x轴),十字路口中心定为坐标轴的原点,向右为x轴的正方向。(1)试将汽车在三个观测时刻的位置坐标填入下表;观测时刻t=0过2 s再过3 s位置坐标x1=　　 x2=　　 x3=　　 (2)说出前2 s内、后3 s内汽车的位移,这5 s内的位移又如何?解析:(1)马路抽象为坐标轴,因为向右为x轴的正方向,所以原点左侧点的坐标为负值,右侧点的坐标为正值,则x1=-20 m,x2=0,x3=30 m。(2)前2 s内的位移Δx1=x2-x1=0-(-20 m)=20 m,后3 s内的位移Δx2=x3-x2=30 m-0=30 m,这5 s内的位移Δx=x3-x1=30 m-(-20 m)=50 m。上述位移Δx1、Δx2和Δx都是矢量,大小分别为20 m、30 m 和50 m,方向都向右,即方向为x轴正方向。答案:(1)-20 m　0　30 m(2)20 m,方向为x轴正方向　30 m,方向为x轴正方向50 m,方向为x轴正方向