人教版高中物理必修第一册第一章第二节第二课时位移—时间图像位移和时间的测量课件+学案

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第2课时　位移－时间图像　位移和时间的测量第一章　运动的描述第2节　时间　位移1．了解位移－时间图像的物理意义，并能利用图像分析物体的运动。2．知道打点计时器的基本结构和工作原理，会用打点计时器记录物体运动的位移和时间。1．x-t图像：x-t图像实质是位置－时间图像，选取物体运动的__________为坐标原点，则位置坐标与位移大小______，位置－时间图像就成为位移－时间图像。2．物理意义：描述了物体在不同时间内的______。探究重构·关键能力达成知识点一　位移－时间图像初始位置相等位移如图所示，一位同学为了描述一列火车沿直线轨道的运动情况，画出了它的位移－时间图像。问题1　火车离开出发点的最远距离是多大？提示：90 m。问题2　火车在2.5～3 min时间内运动情况如何？提示：静止。问题3　火车的位移－时间图像是火车的运动轨迹吗？提示：不是，位移－时间图像表示位移随时间变化的规律。1．从x-t图像中获得的信息(1)任一时刻质点的位移。(2)质点发生某段位移所用的时间。(3)判断质点是静止还是运动；若图线与t轴平行，表示质点静止，如图中0～t1时间内；若图线是一条倾斜的直线，表示质点做匀速直线运动，如图中t1～t2时间内。(4)判断质点运动的快慢，运动的快慢由图线的斜率直观表示，斜率越大，质点运动得越快，如图中乙比甲运动快。 (5)交点：两图线的交点表示两质点在这一时刻相遇，如图中P点所示。(6)截距：图像不过原点时，若从纵轴开始，则表示开始计时时，位移不为零(如图中甲所示)。若从横轴开始，则表示计时一段时间后，质点才开始运动(如图中乙所示)。2．常见的几种x-t图像的比较 【典例1】　如图所示为某客车的x-t图像。(1)根据图像说明客车在各时间段的运动情况。(2)客车最远位置距离出发点多少千米？ [思路点拨]　在x-t图像中，图线反映了物体的位移随时间的变化规律。在t轴上方的位移为正，表示位移方向与规定的正方向相同；t轴下方位移为负，表示位移方向与规定的正方向相反。[解析]　(1)0～1 h，客车向正方向前进40 km。1～1.5 h，客车静止在40 km处。1.5～3 h，客车沿负方向返回。(2)由图像可知，1 h末客车离出发点最远，最远距离为40 km。 [答案]　(1)见解析　(2)40 km规律总结　在分析处理位移－图像问题时的3点注意：(1)无论物体的位移－时间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)物体的位移越来越大，表示物体沿着正方向运动，反之物体沿负方向运动。 [跟进训练]1．(多选)A、B两质点从同一地点同时出发的x-t图像如图所示，下列说法正确的是(　　)A．前4 s内A质点的位移比B质点的位移小B．A质点做匀速直线运动C．B质点运动方向不变D．4 s时B质点离出发点最远√√BD　[由题图可知，A质点和B质点从同一位置出发，4 s时又在同一位置，两质点的位移相等，A项错误；A质点的x-t图线为一倾斜直线，说明A质点做匀速直线运动，B项正确；B质点的位移先增大，然后减小，4 s时位移最大，4 s前后的运动方向不同，C项错误，D项正确。]1．两种打点计时器(如图所示)知识点二　位移和时间的测量(1)电磁打点计时器使用______电源的______仪器；工作电压约为____ V，当电源频率是50 Hz时，每隔_______打一次点。(2)电火花计时器使用220 V交变电源，打点周期_______。交变计时80.02 s0.02 s2．时间的测量从能够看清的某个点(起始点)开始，往后数出若干个点，例如数出n个点，则纸带从起始点到第n个点的运动时间t＝_______ s。3．位移的测量用________测量纸带上两个点之间的距离，即为相应时间间隔内物体的位移大小。0.02n刻度尺如图所示的纸带是某同学练习使用电火花计时器时得到的，纸带的左端先通过电火花计时器，问题1　从点迹的分布情况可以断定纸带运动有什么特点？ 提示：纸带运动得越来越快。问题2　若所用电源的频率为50 Hz，从打下A点到打下B点共14个点迹，历时多长时间？提示：0.26 s。1．两种打点计时器的比较2．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。(2)测时间：可用钟表、打点计时器。3．用打点计时器测量位移和时间的步骤(1)安装、固定打点计时器，并将纸带穿过打点计时器的两个限位孔。(2)接通电源待打点计时器稳定工作后，用手水平拉动纸带，纸带上就打出一行小点。随后关闭电源。(3)取下纸带从便于测量的位置开始(起始点)，往后数出若干个点。如数出n个点，算出纸带从起始点到第n个点的运动时间t。(4)用刻度尺测量出从起始点到第n个点的位移x。【典例2】　某同学在“用打点计时器测时间和位移”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，其相邻点间的距离如图所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.10 s。(本题计算结果保留三位有效数字) (1)常见的打点计时器有两种：________________和____________，它们使用的都是______(选填“直流”或“交变”)电源，当电源频率为50 Hz时，每隔______ s打一个点。(2)每两个计数点间还有____个点没有标出。物体从A到G的位移是________m。电磁打点计时器电火花计时器交变0.0240.336[解析]　(1)常见的打点计时器有两种：电磁打点计时器和电火花计时器，它们使用的都是交变电源。当电源频率为50 Hz时，每隔0.02 s打一个点。(2)每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.10 s，故两个计数点间还有4个点没标出；物体从A到G的位移约是 0.336 m。[跟进训练]2．某一学习小组的同学想通过打点计时器在纸带上打出的点迹来探究小车速度随时间变化的规律，实验装置如图所示。(1)常见的打点计时器有两种：______________和______________，它们使用的都是________电源(填“直流”或“交变”)，当电源频率为50 Hz时，每隔_____ s打一个点。(2)关于本实验，下列说法正确的是____。A．释放纸带的同时，接通电源 B．先接通电源打点，后释放纸带运动C．先释放纸带运动，后接通电源打点D．纸带上的点迹越密集，说明纸带运动的速度越大(3)要测量小车的速度。除打点计时器(含所用电源、纸带、墨粉纸盘)外还必须使用的测量工具是________。电磁打点计时器电火花计时器交变0.02B刻度尺[解析]　(1)常见的打点计时器有两种：电磁打点计时器和电火花计时器，它们使用的都是交变电源。当电源频率为50 Hz时，每隔0.02 s打一个点。(2)由于小车速度较快，且运动距离有限，打出的纸带长度也有限，为了能在长度有限的纸带上尽可能多地获取间距适当的数据点，实验时应先接通电源，后释放纸带，故A、C错误，B正确；纸带上的点迹越密集，说明纸带运动的速度越小，故D错误。(3)除打点计时器(含所用电源、纸带、墨粉纸盘)外还必须使用的测量工具是刻度尺，用于测量纸带上的点间距离。1．关于电磁打点计时器的使用，下列说法正确的是　(　　)A．电磁打点计时器使用的是10 V以下的直流电源B．在测量物体速度时，先让物体运动，后接通打点计时器的电源C．使用的电源电压越高，打点的时间间隔就越大D．纸带上打的点越密，说明物体运动越慢应用迁移·随堂评估自测243题号1√D　[电磁打点计时器使用的是约8 V的交变电源，故A错误；实验时应先接通电源，后释放纸带，否则在纸带上留下的点很少，不利于数据的处理和减小误差，故B错误；打点的时间间隔取决于交变电源的频率，与电源电压无关，故C错误；纸带上打的点越密，说明相等的时间间隔位移越小，即物体运动越慢，故D正确。]234题号12．(多选)一质点运动的 x-t 图像如图所示，下列说法正确的是(　　)A．0～6 s内位移为－4 mB．2～4 s内位移为4 mC．0～6 s内路程为4 mD．2～6 s内质点一直向同一方向运动23√4题号1√AD　[由题图可知，开始时位移为0，6 s时位移为 －4 m，则0～6 s内位移为－4 m－0＝－4 m，故A正确；2 s时位移为4 m，4 s时位移为0，则2～4 s内位移为0－4 m＝－4 m，故B错误；0～6 s内路程为 4 m＋4 m＋4 m＝12 m，故C错误；2～6 s内质点一直向负方向运动，故D正确。]234题号13．(多选)某一质点沿直线运动的位移x随时间t变化的图像如图所示，则(　　)A．10 s时，质点所处的位置坐标为5 mB．在10 s内，质点的位移为5 mC．在20 s内，质点的位移为9 mD．第5 s末和第15 s末，质点的运动方向相反23√4题号1√AD　[图像反映质点位置随时间的变化关系，10 s时质点处在5 m的位置，A项正确；在10 s内，质点的初位置坐标为1 m，末位置坐标为5 m，位移大小为4 m，B项错误；在20 s内，质点的位移为Δx＝x2－x1＝0－1 m＝－1 m，C项错误；5 s末质点沿正方向运动，15 s末质点沿负方向运动，D项正确。]234题号14．使用电火花计时器分析物体运动情况的实验中：(1)在如下基本步骤中，正确的排列顺序为________。A．把电火花计时器固定在桌子上B．安放纸带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)在安放纸带时，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。243题号1ABDEC纸盘轴墨粉纸盘[解析]　根据实验原理，通过对实验仪器的观察，掌握新仪器的使用方法是一种重要的实验能力。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。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。243题号1回归本节知识，自我完成以下问题：1．如何绘制x-t图像？x-t图像的物理意义是什么？提示：在平面直角坐标系中，用纵坐标表示物体的位置，用横坐标表示时间，根据给出的(或测量的)数据，在坐标系中描点，用平滑的曲线连接各点，图像表示物体在每一时刻的位置或每一段时间间隔的位移。2．生活中我们通常用来测位移和时间的方法有哪些？提示：频闪照相法、打点计时器法。3．由于我国交流电的频率为50 Hz，电磁打点计时器的打点周期是多少？打出的纸带上相邻两点间的时间间隔为多少？提示：0.02 s　0.02 s。题组一　位移－时间图像1．如图所示是一个物体的位移－时间图像，由图可知(　　)A．在O～t3时间内物体位移为－s0B．在O～t3时间内物体位移为s0C．物体在O～t3时间内一直在运动D．物体在O～t3时间内物体一直朝着一个方向运动题号课时分层作业(三)　位移－时间图像　位移和时间的测量35246879101112√113B　[在0～t3时间内物体位移为0－(－s0)＝s0，故A错误，B正确；物体t1～t2时间内为静止，故C错误；物体在O～t3时间内的最后一段时间内向反方向运动，故D错误。]题号352468791011112132．(多选)某物体的位移－时间图像如图所示，则下列叙述正确的是(　　)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．物体做往返运动题号234568791011√11213√√BCD　[x-t图像描述的是做直线运动物体的位移随时间的变化关系，虽然题图是抛物线，但运动轨迹是直线，A错误；从题图可以看出，题图描述的是物体在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。]题号234568791011112133．(多选)某物体的x-t图像如图所示，下列判断正确的是(　　)A．物体在一条直线上做往返运动B．物体运动轨迹与图中折线相同C．物体在第1 s末、第3 s末、第5 s末、第 7 s 末的位置距离出发点一样远D．物体在第1 s末、第3 s末、第5 s末、第 7 s 末又回到出发点题号324568791011√11213√AC　[由题图可知，物体在一条直线上做往返运动，物体在第1 s末、第3 s末、第5 s末、第7 s末的位置距离出发点一样远，均为x0。故B、D错误，A、C正确。]题号324568791011112134．(多选)如图所示是一辆电动车做直线运动的x-t图像，对相应的线段所表示的运动说法正确的是(　　)A．AB段表示电动车静止B．BC段发生的位移大于CD段发生的位移C．t＝3 s时电动车离出发点最远D．t＝5 s时电动车回到出发点题号423568791011√11213√AC　[AB段电动车位移不随时间变化，处于静止状态，选项A正确；BC段发生的位移大小为12 m－4 m＝8 m，CD段发生的位移大小为12 m，所以CD段发生的位移大于BC段发生的位移，选项B错误；从题图可以看出t＝3 s时电动车离出发点最远，为8 m，选项C正确；出发点的坐标为4 m，t＝5 s时电动车的坐标为0，距离出发点4 m，选项D错误。]题号42356879101111213题组二　位移和时间的测量5．(多选)打点计时器在纸带上的点迹，直接记录了(　　)A．物体运动的时间B．物体在不同时刻的位置C．物体在不同时间内的位移大小D．物体在不同时刻的速度题号245368791011√11213AB　[打在纸带上的每一个点对应着物体的一个位置，每隔0.02 s打下一个点，所以打点计时器也能记录物体的运动时间，A、B对。]√6．(多选)关于电磁打点计时器和电火花计时器的有关说法正确的是(　　)A．电磁打点计时器和电火花计时器都使用交流电B．两种打点计时器的打点频率与交流电源的频率一样C．电火花计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸D．电磁打点计时器在纸带上打点是靠放电针和墨粉纸盘题号245368791011√11213√AB　[电磁打点计时器使用8 V以下的交流电，电火花计时器使用220 V的交流电，A正确；两种打点计时器的打点频率都由交流电源的频率决定，B正确；电火花计时器在纸带上打点是靠放电针和墨粉纸盘，C错误；电磁打点计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸，D错误。]题号245368791011112137．关于打点计时器的使用，说法正确的是(　　)A．电磁打点计时器使用的是8 V以下的直流电源B．在使用打点计时器时，先让物体运动，后接通打点计时器的电源C．使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越小D．纸带上打的点越密，说明打点的时间间隔就越小题号245376891011√11213C　[电磁打点计时器使用的是8 V以下的交流电源，故A错误；实验过程中应先接通电源，后释放纸带，否则纸带上留下的点太少，不利于数据的处理，故B错误；打点的时间间隔，由交流电源的频率决定，交流电源的频率越高，打点的时间间隔就越小，故C正确，D错误。]题号245376891011112138．如图所示，根据打点计时器打出的纸带判断哪条纸带表示物体做匀速运动(　　)题号24538679101111213√B　[匀速直线运动中相等位移所用的时间相等。打点计时器打出的点与点之间的时间都相同，只要点与点之间的距离相等，就可判断物体做匀速直线运动。]9．(1)图甲是电火花计时器的示意图。电火花计时器和电磁打点计时器一样，工作时使用________(选填“交流”或“直流”)电源，当电源的频率是50 Hz时，每隔________ s打一次点。电火花计时器使用时的基本步骤如下：A．当纸带完全通过电火花计时器后，及时关闭电源B．将电火花计时器电源插头插入相应的电源插座C．将纸带从墨粉纸盒下面穿过电火花计时器D．接通开关，听到放电声，立即拖动纸带运动上述步骤正确的顺序是________。(按顺序填写步骤前字母)题号92453867101111213交流0.02CBDA(2)如图乙所示的纸带是某同学练习使用电火花计时器时得到的，纸带的左端先通过电火花计时器，从点迹的分布情况可以断定纸带运动得__________(选填“越来越快”或“越来越慢”)。若所用电源的频率为50 Hz，从打下A点到打下B点共14个点迹，历时______ s。题号92453867101111213越来越快0.26[解析]　(1)电火花计时器和电磁打点计时器都是使用交流电源的计时仪器，当电源的频率为50 Hz时，每隔0.02 s打一次点；实验步骤要遵循先安装器材后进行实验的原则，故正确的步骤顺序是CBDA。(2)从左往右，纸带上两点之间的距离越来越大，说明纸带运动得越来越快。打点计时器所用电源频率为50 Hz时，每隔0.02 s打一个点，从打下A点到打下B点共14个点迹，从A到B共有13个时间间隔，所以所用时间t＝13×0.02 s＝0.26 s。题号9245386710111121310．(多选)甲、乙两物体在同一直线上运动的x-t图像如图所示，以甲的出发点为原点，出发时刻为计时起点，则从图像中可以看出(　　)A．甲、乙同时出发B．乙比甲先出发C．甲开始运动时，乙在甲前面x0处D．甲在中途停了一会儿，但最后还是追上了乙题号924538671011√11213√√ACD　[在题图所示直线运动的x-t图像中，直线与纵轴的交点表示出发时物体离原点的距离。当直线与t轴平行时，物体位置没有变化，故处于静止状态，两直线的交点表示两物体处在同一位置，即在这一刻两物体相遇，故A、C、D正确，B错误。]题号9245386710111121311．a、b两车在同一平直公路上行驶，两车的位移x随时间t的变化如图所示，下列说法正确的是(　　)A．b车运动方向始终不变B．a、b两车相遇两次C．t1到t2时间内，a车的路程小于b车的路程D．t1到t2时间内，a车和b车的位移都在均匀增大题号924538671011√11213B　[由题图可知，b车的位移先增大后减小，因此b车的运动方向发生了变化，故A错误；图线a与b有两个交点，说明两车相遇两次，故B正确；t1到t2时间内，两车的位移和时间均相同，且在单向直线运动中，位移大小与路程相等，故C错误；由题图可知，t1到t2时间内，a车的位移均匀增大，b车位移不是均匀增大的，故D错误。]题号9245386710111121312．如图所示是描述汽车在一条直线上运动的位移－时间图像。(1)作出与该图像对应的运动示意图。(2)假定向东为正方向，向西为负方向，请回答下列问题：①汽车于何时到达原点东面25.0 m处？②1.0 s时汽车位于何处？③7.0 s时汽车位于何处？题号92453867101111213[解析]　(1)汽车的运动示意图如下题号92453867101111213(2)①由汽车运动的位移－时间图像知x＝25.0 m时，t＝4 s。②1.0 s时汽车位于东x＝100.0 m处。③7.0 s时汽车位于西x＝－50.0 m处。[答案]　见解析13．如图所示是“龟兔赛跑”的位移－时间图像，看图回答：题号92453867101111213(1)哪一条图线表示获胜者乌龟的运动？哪一条图线表示兔子的运动？(2)兔子在什么时候、什么地方开始睡觉？(3)乌龟何时悄悄地爬过兔子身旁？(4)兔子睡了多长时间？(5)兔子醒来时乌龟在什么地方？(6)谁先到达终点？[解析]　(1)由题意可知，图线OBCE表示乌龟运动的位移－时间图线；图线OABDF表示兔子运动的位移－时间图线。(2)兔子在t1时刻开始睡觉，位置在距出发点距离为x1处。(3)在t2时刻乌龟悄悄地爬过兔子身旁。(4)兔子从t1时刻开始睡觉，到t3时刻醒来，故兔子睡觉的时间为t3－t1。(5)当兔子醒来时乌龟在距出发点距离为x2的地方。(6)乌龟先到达终点。题号92453867101111213[答案]　见解析