高中物理人教版 (2019)必修 第一册2 时间 位移第一课时导学案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册2 时间 位移第一课时导学案，共23页。
[学习任务] 任务1．知道时刻和时间间隔的含义以及它们的区别。
任务2．知道坐标系的类型，会建立坐标系和定量描述物体位置的变化。
任务3．掌握位移的概念，知道位移是矢量，掌握位移和路程的区别。
[问题初探] 问题1 时间轴上怎样区分时间间隔和时刻？
问题2 描述物体在平面中的运动应如何建立坐标系？
问题3 位移和路程是一回事吗？
[自我感知] 经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。
时刻和时间间隔
[链接教材] 如图是时间轴上的一些数据，图中的 “10 min” 是时间间隔还是时刻？图中数据“9 h”指的是时间间隔还是时刻？
提示：“10 min”是时间间隔；“9 h”是时刻。
1．时刻：表示某一瞬间，在时间轴上用点表示，如第2 s末、第8 s初等均为时刻。
2．时间间隔：表示两个时刻之间的时间，在时间轴上用线段表示，如前4 s内(0至4 s末)、第4 s内(3 s末至4 s末)等均为时间间隔。
根据下列对话回答问题。
情境一：小丽：“我五点钟在操场等你哦。”
小菲：“还有半个小时的时间呢！”
情境二：小明：“快点跑啊，还有10分钟就上课了。”
小浩：“你看错表了吧，8点才上课呢！”
问题1 “五点钟”“半个小时”“10分钟”“8点”请把它们分类，它们的含义相同吗？
提示：不同，“五点钟”“8点”指时刻；“半个小时”“10分钟”指时间间隔。
问题2 如图所示，在时间轴上标出“第3 s初”“第3 s末”“第3 s内”“前3 s内”，然后指出哪些表示时刻，哪些表示时间间隔？
提示：“第3 s初”“第3 s末”表示时刻，“第3 s内”“前3 s内”表示时间间隔。
问题3 时间间隔和时刻有什么区别？
提示：时刻在时间轴上对应一个点，时间间隔指两时刻间隔，在时间轴上对应一段线段。
1．时刻和时间间隔的比较
2．时刻和时间间隔在时间轴上的表示
(1)时刻(如图所示)
(2)时间间隔(如图所示)
【典例1】 (时间间隔和时刻的区别)关于时间间隔和时刻，下列说法正确的是( )
A．时刻表示时间短，时间间隔表示时间长
B．1 min只能分成60个时刻
C．学校作息时间表上的数字表示时刻
D．物体在第5 s内指的是物体在4 s末到5 s初这1 s的时间
C [时间间隔是指时间的长度，在时间轴上对应一段距离，时刻是指时间点，在时间轴上对应的是一个点，故A错误；1 min可以分成无数个时刻，故B错误； 学校作息时间表上的数字表示时刻，故C正确；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，故D错误。]
【典例2】 (选自鲁科版教材·时间间隔和时刻的表示方法)在涉及时刻与时间间隔的讨论中，常有以下说法：前2 s、第2 s内、第2 s末、第3 s初。它们分别指的是时刻还是时间间隔？请在时间轴上把它们标示出来。
[解析] 前2 s、第2 s内指的是时间间隔，第2 s末、第3 s初指的是时刻。
[答案] 见解析
时刻与时间间隔的两种判断方法
位置和位移
1．坐标系
(1)建立目的：定量描述物体的位置。
(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：一维坐标系、平面直角坐标系和空间坐标系。
2．路程：物体运动轨迹的长度。
3．位移
(1)物理意义：描述物体(质点)位置变化的物理量。
(2)定义：从初位置指向末位置的一条有向线段。
(3)大小：初、末位置间有向线段的长度。
(4)方向：由初位置指向末位置。
4．矢量和标量
(1)矢量：既有大小又有方向的物理量，如位移、力等。
(2)标量：只有大小，没有方向的物理量，如质量、时间、路程等。
某校举行教职工趣味运动会，其中一项比赛项目——“五米三向折返跑”，活动场地如图所示，AB＝AC＝AD＝5 m，参赛教师听到口令后从起点A跑向B点，用手触摸折返线后再返回A点，然后依次跑向C点、D点，最终返回A点。
问题1 A点到B点和A点到C点的位移相同吗？
提示：A点到B点和A点到C点的位移大小相等，方向不同，故位移不相同。
问题2 A点到B点和A点到C点的路程相同吗？
提示：A点到B点和A点到C点的路程相同。
问题3 比赛结束，参赛教师通过的总位移为多少？
提示：参赛教师从A点出发通过三方向折返跑后回到A点，位移为零。
问题4 路程和位移的计算方法相同吗？
提示：不相同。路程是标量，遵从算术加法法则，可以直接相加减；位移是矢量，不能直接相加减，位移的大小等于初位置指向末位置的有向线段的长度。
1．位移和路程的区别与联系
2．矢量和标量的区别
标量只有大小而没有方向，矢量既有大小又有方向。
【典例3】 (位移与路程的比较)下列关于质点运动的位移和路程的说法正确的是( )
A．路程是标量，数值上就等于位移的大小
B．位移是矢量，其方向即为质点的运动方向
C．在同一运动过程中，位移的值总小于路程的值
D．两地间的位移是唯一的，路程是不确定的，与运动的路径有关
D [路程是标量，大小等于物体运动轨迹的长度，不一定等于位移的大小，故A错误；位移是矢量，位移的方向由初位置指向末位置，不一定是质点运动的方向，故B错误；对于同一运动过程而言，位移的大小不会比路程大，其中在单向直线运动中，位移的值等于路程的值，故C错误；位移的方向由初位置指向末位置，两地间的位移是唯一的，路程是不确定的，与运动的路径有关，故D正确。]
【典例4】 (位移的计算)如图所示，足球运动员从A处开始出发，先向南跑了50 m到达B处，再向东跑了100 m到达C处，最后又向北跑了150 m到达D处。
(1)A、B、C、D各点位置如何表示？
(2)该运动员运动的总路程和总位移各是多少？(画出示意图)
[解析] (1)选取A点为坐标原点，向东为x轴的正方向，向北为y轴的正方向，建立二维平面直角坐标系，如图所示：
则各点坐标为：A(0，0)、B(0，－50 m)、C(100 m，－50 m)、 D(100 m，100 m)。
(2)运动员的运动轨迹如图所示：
该运动员的总路程为
s＝AB＋BC＋CD＝(50＋100＋150)m＝300 m
有向线段AD表示运动员的位移，大小为
x＝1002+150-502m＝1002 m
方向东偏北45°。
[答案] 见解析
位移的两种计算方法
直线运动的位移
研究直线运动时，在物体运动的直线上建立x轴，如图所示。
1．物体的位置表示：用位置坐标表示。如图所示，若物体从A向B运动，则x1表示初位置A；x2表示末位置B。
2．物体的位移表示
(1)大小：末位置与初位置的坐标之差：Δx＝x2－x1。
(2)方向：初位置指向末位置。
①Δx＞0，表示位移的方向指向x轴的正方向。
②Δx＜0，表示位移的方向指向x轴的负方向。
如图所示，一辆轿车从超市出发，向东行驶了300 m到达电影院，继续行驶了150 m到达度假村，又向西行驶了950 m到达博物馆，最后回到超市。
问题1 以超市所在的位置为原点，以向东的方向为正方向，用1个单位长度表示100 m，能否用一维坐标系表示出超市、电影院、度假村和博物馆的位置？试画出。
提示：能。以超市所在的位置为原点，以向东的方向为正方向，则电影院的坐标为300 m，度假村的坐标为450 m，博物馆的坐标为450 m－950 m＝－500 m，位置如图所示。
问题2 如何求轿车从电影院经度假村到博物馆的位移的大小和方向？
提示：轿车从电影院经度假村到博物馆的过程中位移x′＝－500 m－300 m＝－800 m，即大小为800 m，方向向西。
1．位置在一维坐标系中的表示
一维坐标系中位置用一个点的坐标表示；坐标值的正负表示物体所在位置在坐标原点的正方向上还是负方向上；坐标值的绝对值表示物体所在位置到坐标原点的距离。
2．直线运动位移的计算
物体做直线运动时，它的位移可通过初、末位置的坐标值计算。如图所示，在t1～t2时间内，物体从位置xA移动到位置xB，发生的位移Δx＝xB－xA。对于图甲，Δx＝3 m；对于图乙，Δx＝－5 m。
3．直线运动位移的方向
在直线运动中，位移的方向一般用正负号来表示。如图甲所示，Δx>0，表示位移的方向沿x轴正方向；如图乙所示，Δx