物理必修 第一册2 时间 位移导学案
展开时间 位移
【学习目标】
物理观念
理解时刻和时间间隔、路程和位移的概念,认识矢量和标量,认识位移—时间图像
科学思维
(1)能区别日常生活中所说的时间的含义,区分路程和位移,知道矢量和标量遵从不同的运算法则
(2)能在坐标系中定量描述直线运动的位置和位移
科学探究
(1)时间和时间间隔的区别
(2)位移和路程的关系
科学态度与责任
具体情境中时间与时间间隔、路程与位移的描述
【学习重难点】
1.能区别日常生活中所说的时间的含义,区分路程和位移,知道矢量和标量遵从不同的运算法则;
2.能在坐标系中定量描述直线运动的位置和位移。
【学习过程】
一、知识纲要导引
二、基础导学
(一)时刻和时间间隔(自学教材“时刻和时间间隔”部分)
1.表示:时刻和时间间隔可以在时间轴上表示,时间轴上的每一个点都表示一个不同的时刻,时间轴上的一条线段表示的是时间间隔,如图,“8时”“8时45分”表示时刻,“45min”表示时间间隔.
上午前两节课开始和结束的时刻及
两节课和课间休息所持续的时间间隔
2.联系:两个时刻之间的间隔即为时间间隔.
(二)位置和位移(自学教材“位置和位移”部分)
1.坐标系
(1)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(coordinate system).
①若想说明地面上某人所处的位置,可以采用平面直角坐标系来描述.
②如果物体做直线运动,可以用一维坐标系来描述.
(2)一维坐标的建立
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.
2.路程和位移
(1)路程(path)
路程是物体运动轨迹的长度.
(2)位移(displacement)
①表示方法:由初位置指向末位置的有向线段,如图所示.
从初位置到末位置的有向线段表示位移
②物理意义:描述物体的位置变化.
③大小:从初位置到末位置的有向线段的长度.
④方向:从初位置指向末位置.
3.矢量和标量
(1)矢量
在物理学中,像位移这样的物理量叫作矢量,它既有大小又有方向.
(2)标量
像温度、路程这样的物理量叫作标量,它们只有大小,没有方向.
(三)直线运动的位移(自学教材“直线运动的位移”部分)
1.物体做直线运动时,如图所示,若物体在时刻t1处于位置x1,在时刻t2处于位置x2,那么位移Δx等于两时刻位置的坐标变化,即Δx=x2-x1.
2.Δx为正值表示物体向正方向运动,Δx为负值表示物体向负方向运动.(均选填“正方向”或“负方向”)
(四)位移—时间图像(自学教材“位移—时间图像”部分)
1.位移—时间图像建立
在直角坐标系中选时刻t为横轴,选位置x为纵轴,物体运动的初始位置选作位置坐标原点O,位置—时间图像就成为位移—时间图像,又称xt图像.
2.图像的意义
从xt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(自学教材“位移和时间的测量”部分)
1.位移和时间的测量方法
先记录某一时刻物体运动的位置,再推断出它在一段时间内的位移.
(1)用照相的方法记录物体的位置.
(2)用钟表记录物体运动的时刻.
(3)用频闪照相的方法同时记录物体运动的时刻和位置.
(4)用打点计时器来记录时间和位移.
2.电磁打点计时器
(1)电磁打点计时器是一种使用交变电源的计时仪器.
(2)结构
(3)工作电压
电磁打点计时器的工作电压是4~6V的低压交流电源.当电源频率是50Hz时,每隔0.02s打一次点.
3.电火花大点计时器
还有一种打点计时器叫作电火花打点计时器,它的计时原理与电磁打点计时器相同,不过,在纸带上打点的不是振针和复写纸,而是电火花和墨粉。
三、思考判断
(1)时刻就是时间间隔,两者都是时间,没有本质区别.( )
(2)“现在是北京时间8点整”,这里的“8点整”指的是时刻.( )
(3)路程是标量,位移是矢量,两者都描述物体的运动.( )
(4)做直线运动的物体,其位移大小一定等于路程.( )
(5)如果位移x1=2 m,x2=-5m,则x1>x2.( )
(6)物体前半阶段的路程是2m,后半阶段的路程是3m,则总路程一定是5m.( )
(7)电磁打点计时器正常工作时使用220V交流电.( )
答案:(1)×(2)√(3)√(4)×(5)×(6)√(7)×
四、思考与讨论
某物体从A点运动到B点,坐标xA为5m,xB为2m,物体的位移大小等于多少?方向如何?
问题解答:因为xA=5m,xB=2m,
所以物体的位移Δx=xB-xA=2m-5m=-3m.
位移的大小为3m,位移的方向指向x轴负方向.
五、启迪思维,突破重点
(一)主题一:时刻和时间间隔
问题探究
探究点1:时刻和时间间隔的区别
读图区分时刻和时间间隔.
提示:对应数轴来看就可以啦,10分钟对应的是一段,为时间间隔.8点对应的是一点,是时刻.
探究点2:时刻和时间间隔的生活用语和专业术语
时刻和时间间隔既有联系又有区别.我们经常会遇到生活用语和专业术语,要注意它们的区别,这一点要引起重视.甲同学问:什么“时间”上课?乙同学说:8时上课.甲又问:一节课多长“时间”?答:45分钟.
(1)甲同学第一次问到的“时间”是“时刻”还是“时间间隔”?
(2)第二次问到的“时间”是“时刻”还是“时间间隔”?
提示:(1)第一次问到的“时间”是“时刻”.
(2)第二次问到的“时间”是“时间间隔”.
知识链接:
关键词:时初、末、时,是时刻对应着物体运动过程中的某个位置,显示运动的一个瞬间.
关键词:内、经历、历时.数值后跟“内”、“中”一般为时间,两个时刻之间的间隔,表示用时多少,对应着运动的一个过程.
探究总结
1.时刻和时间间隔的表示方法
(1)时刻的表示方法
在时间轴上用一个点来表示,如第1s末,第1s初等,如图所示:
(2)时间间隔的表示方法
在时间轴上用一段线段来表示,如第2s内,前2s内等,如图所示:
知识链接:在国际单位制中,时间和时刻的单位都是秒,符号是s,常用的单位还有min、h,换算关系是1h=60min=3600s.
2.时刻和时间间隔的区别与联系
时刻
时间间隔
区别
(1)时刻指一瞬间,对应于物体所处的位置;
(2)在时间轴上用一个点表示;
(3)只有先后、早迟的区别,没有长短之分
(1)时间间隔指两时刻之间的间隔,对应于物体的一段路程或位移;
(2)在时间轴上用线段表示;
(3)有长短之分
联系
(1)用t1和t2分别表示先后两个时刻,Δt表示两个时刻之间的时间间隔,则Δt=t2-t1;
(2)时间轴上的两个点无限靠近时,它们之间的时间间隔就会趋于0,时间间隔就趋于时刻了
知识链接:时刻对应着某个事件开始、结束或进行到某一状态时所对应的瞬间,时间间隔对应着某个事件所经历的某个过程.
典例示范
例1:下列说法正确的是( )
A.“北京时间10点整”,指的是时间,一节课是45min,指的是时刻
B.列车在上海站停了20min,指的是时刻
C.在有些情况下,时间就是时刻,时刻就是时间
D.电台报时时说:“现在是北京时间8点整”,这里实际上指的是时刻
解析:“北京时间10点整”,指的是时刻,一节课是45min,指的是时间,故A错误.列车在上海站停了20min,指的是时间,故B错误.在日常生活中,人们对时间与时刻的说法并不是特别明确,在有些情况下,“时间”就是时刻,如“现在是什么时间?”但是时刻不能是时间,故C错误.电台报时时说:“现在是北京时间8点整”,这里实际上指的是时刻,故D正确.
答案:D
方法技巧
时刻与时间间隔的两种判断方法
(1)利用上下文判断:分析所给的说法,根据题意去体会.时刻指一瞬间,对应某一位置;时间间隔指两时刻之间的时间间隔,对应一段过程.
(2)利用时间轴判断:画出时间轴,把所给的时刻或时间间隔标出来,时刻对应一个点,时间间隔对应一条线段.
训练1:下表是D3111次动车宁德至福州南站区间运行时刻表,则( )
车次
出发站
开车时间
到达站
到达时间
用时
里程
硬座
软座
D3111
宁德
12:13
福州南
12:48
35分
88km
25.5元
30.5元
A.表中“12:13”表示时刻
B.该动车从宁德至福州南的位移为88km
C.表中的“35分”表示时刻
D.该动车从宁德至福州南全程做匀速直线运动
解析:表中“12:13”表示时刻,选项A正确;该动车从宁德至福州南的路程为88km,选项B错误;表中的“35分”表示时间间隔,选项C错误;该动车从宁德至福州南全程中不是直线运动,故不可能做匀速直线运动,选项D错误.故选A.
答案:A
(二)主题二:位置和位移
问题探究
探究点1:位移和路程的关系
2018元旦到元宵节期间,北京举办以“激情冰雪·魅力北京”为主题的冰雪文化旅游节.爸爸带李想同学去参加系列冰雪文化旅游活动,同时参观清华、北大等名校,让李想设计出行路线,路线起点:济南,终点: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?
(2)如何描述位置的变化?
提示:(1)三种方式路程不同,但结果是一样的,即都是从济南到北京,初位置一样,末位置一样,即位置的变化相同.
(2)可以用一条从济南到北京的有向线段,即位移来描述位置的变化.
探究点2:位移和路程的大小关系
(1)在体育比赛中,有很多不同的赛事.
一位同学参加百米比赛,另一位同学沿着400m的跑道跑一圈.则他们的位移和路程分别是多少?
(2)请思考:位移的大小等于路程吗?什么情况下相等?
提示:(1)参加百米比赛的同学,从起点到终点的位移是100m,路程是100m.沿着400m的跑道跑一圈的同学,位移是0,路程是400m.
(2)一般情况下,位移的大小不等于路程.只有物体在一条直线上运动且运动方向不变时,位移的大小才等于路程.
知识链接:同样的位置变化,位移只有一个,路程可以有无数个.
探究点3:直线运动的位置和位移
如图所示,一辆轿车从超市出发,向东行驶了300m到达电影院,继续行驶了150m到达度假村,又向西行驶了950m到达博物馆,最后回到超市.
(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100m,请用直线坐标系表示出超市、电影院、度假村和博物馆的位置.
(2)求轿车从电影院经度假村到博物馆的位移与路程分别为多少?
提示:(1)如图所示:
(2)轿车从电影院经度假村到博物馆的位移为x=-500m-300m=-800m,负号表示其方向与规定的正方向相反,即方向向西.其路程为s=150m+450m+500m=1100m.
知识链接:位移方向不一定是运动方向.
探究总结
1.位移和路程的区别与联系
位移
路程
区别
物理意义
表示物体的位置变化
表示物体运动轨迹的长度
大小
等于物体由初位置到末位置的距离,与运动轨迹无关
按运动轨迹计算的实际长度
标矢量
矢量
标量
联系
(1)二者都是为了描述物体的运动而引入的物理量,它们的单位相同,国际单位制中的单位是m;
(2)同一运动过程的路程不小于位移大小,在单向直线运动中,位移大小等于路程
2.直线运动的位置和位移的关系
(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,正值表示与正方向相同,负值表示与正方向相反.
知识链接:位移和路程的确定方法
(1)找到研究的过程.
(2)确定过程的初位置和末位置.
(3)作出从初位置到末位置的有向线段就是位移.
(4)画出物体运动轨迹示意图,实际路线总长度就是路程.
典例示范
例2:
如图表示垒球场的内场,它是一个边长为16.77m的正方形,四角分别为本垒和一、二、三垒.一位球员击球后由本垒经一垒、二垒跑到三垒,他的位移是多少?方向怎样?经过的路程是多少?
解析:明确运动员的轨迹及其初、末位置,运动员由本垒经一垒、二垒到达三垒,则初位置是本垒,末位置是三垒,故位移大小x=16.77m,方向由本垒指向三垒.路程s=16.77m×3=50.31m.
答案:16.77m;方向由本垒指向三垒;50.31m
拓展:在例2中该运动员在由本垒经一垒、二垒跑到三垒过程中,他的最大位移是多少?方向如何?经过的最大路程是多少?
解析:当运动员跑到二垒时,其位移最大,xmax=L=×16.77m≈23.72m,方向由本垒指向二垒;运动员只要运动,路程会越来越大,故运动员跑到三垒时,路程最大,smax=50.31m.
答案:23.72m;方向由本垒指向二垒;50.31m
训练2:[2019·池州高一检测]党的十九大报告指出,广泛开展全民健身活动,加快推进体育强国建设.当全民健身上升为国家战略后,百姓以各种方式强身健体,获得幸福感.某人晨练,按图所示走半径为R的中国古代八卦图,中央S部分是两个直径为R的半圆,BD、CA分别为西东、南北指向.他从A点出发沿曲线ABCOADC行进,则当他到D点时,他的路程和位移大小及位移的方向分别为( )
A.2πR,R向西南
B.4πR,2R向东南
C.2.5πR,R向东南
D.3πR,R向西北
解析:位移的大小等于首末位置的距离,方向由初位置指向末位置,路程等于运动轨迹的长度.从A点出发沿曲线ABCOADC行进.当他走到D点时,路程为s=πR+2π+=2.5πR.位移大小为=R.方向为南偏东45°.故选C.
答案:C
知识链接:
矢量的“+”“-”号不表示矢量的大小,只表示矢量的方向与规定的正方向相同或相反
训练3:一质点沿x轴运动,如图所示,t1时刻质点位于x1=-3m处,t2时刻质点到达x2=5m处,t3时刻到达x3=-7m处,则:
(1)物体在t1到t2这段时间内位移的大小和方向如何?
(2)t2到t3这段时间内位移的大小和方向如何?
(3)t1到t3这段时间内位移的大小和方向如何?
解析:(1)物体在t1到t2这段时间内位移Δx1=x2-x1=5m-(-3m)=8m,为正值,说明位移方向为x轴正方向.(2)t2到t3这段时间内的位移为Δx2=x3-x2=-7m-5m=-12m,为负值,说明位移方向为x轴负方向.(3)t1到t3这段时间内位移为Δx3=x3-x1=-7m-(-3)m=-4m,为负值,说明位移方向为x轴负方向.
答案:(1)8m;与x轴同向(2)12m;与x轴反向(3)4m;与x轴反向
(三)主题三:练习使用打点计时器
1.使用打点计时器的步骤
(1)了解打点计时器的构造,然后把它固定好.
(2)安装纸带.
(3)启动电源,用手水平拉动纸带(如图),纸带上就打出一行小点.随后关闭电源.
(4)取下纸带,从能够看清的某个点开始(起始点),往后数出若干个点.例如数出n个点,算出纸带从起始点到第n个点的运动时间t.
(5)用刻度尺测量出从起始点到第n个点的位移x.如图所示.
(6)记录测量数据并填入表格.
位置
0
1
2
3
4
5
6
x/m
t/s
Δx/m
Δt/s
知识链接:固定以后再接电,复写纸压纸带上;先通电后释放,先断电后卸带.
纸带上的点记录了物体的运动时间,也记录了运动物体在不同时刻的位置.
2.计时点和计数点
通常每隔四个计时点选取一个计数点,则n=5,相邻计数点间时间间隔为0.1s.
(1)计时点是打点计时器在纸带上打出来的点.计数点是从计时点中选出来的具有代表性的点,一般相邻两个计数点之间还有若干个计时点.
(2)计数点通常不从第一个计时点开始取,而是选择点迹清晰、与相邻的计时点间距适中的点开始.
典例示范
例3:[2019·徐州高一检测]用打点计时器可测纸带运动的时间和位移.下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤,按照你对实验的理解,在各步骤空白处填上适当的内容,然后按实际操作的合理顺序,将各步骤的字母代号按顺序写在空白处.
A.在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线,导线的另一端分别接在低压________(填“交流”或“直流”)电源的两个接线柱上.
B.把电磁打点计时器固定在桌子上,让纸带穿过________,并压在________下面.
C.用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离x.
D.切断电源,取下纸带,如果共有n个清晰的点,则这段纸带记录的时间t=________________.
E.打开电源开关,再用手水平地拉动纸带,纸带上打下一系列小点.
实验步骤的合理顺序是________.
解析:A项中电磁打点计时器应使用低压交流电源;B项中应将纸带穿过电磁打点计时器的限位孔,并放于复写纸的下方;D项中纸带上记录的时间t=(n-1)×0.02s.合理的实验步骤为BAEDC.
答案:交流;限位孔;复写纸;(n-1)×0.02s;BAEDC
训练4:(多选)关于打点计时器的原理和使用方法,下列说法中正确的是( )
A.打点计时器应接交流电源,交流电频率通常为50Hz
B.若纸带上相邻两个计数点之间有四个点,则相邻两个计数点间的时间间隔是0.08s
C.若打点计时器在纸带上打下的点先密集后稀疏,则说明纸带的速度由小变大
D.电磁打点计时器接在220V电源上
解析:B错:相邻两计时点的时间间隔是0.02s,如果纸带上相邻两个计数点之间有四个点,则相邻两个计数点间的时间间隔是0.1s.D错:电磁打点计时器使用6V以下的低压交流电源.
答案:AC
六、达标检测
1.今年,洛阳市迎来新年首场降雪,不少市民出门享受雪中乐趣,当日20时20分,洛阳市气象台发布暴雪黄色预警信号,提醒市民注意安全.1月4日上午,洛阳市消防支队特勤大队官兵们冒着零下10摄氏度的低温进行抗寒训练.两个小时过去了,没有一名战士因为风雪天气而畏惧退却.其中20时20分和两个小时分别指的是( )
A.时间;时间
B.时刻;时刻
C.时间;时刻
D.时刻;时间
解析:时刻表示一个时间点,时间间隔表示一段时间,20时20分表示时刻,两个小时表示时间间隔,是时间.故选D.
答案:D
2.小英从家门口打车到车站接上同学后,立即随车回到家,出租车票如图所示,则此过程中出租车的位移和行驶的路程分别是( )
A.0,0
B.12.3km,0
C.0,12.3km
D.12.3km,12.3km
解析:由题意可知,出租车返回出发地,初位置和末位置重合,故位移为零;由车票可知,汽车经过的路程为12.3km,C正确,A、B、D错误.
答案:C
3.下列关于矢量和标量的说法正确的是( )
A.规定正方向,做直线运动的甲、乙两物体位移x甲=3m,x乙=-5m,则x甲>x乙
B.甲、乙两运动物体的位移大小均为50m,这两个物体的位移必定相同
C.温度计读数有正有负,所以温度也是矢量
D.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
解析:直线运动中位移的正、负号表示方向,不表示大小,故选项A错误;两个矢量大小相等、方向相同时,它们才相同,故选项B错误;温度是标量,温度的正负号表示温度的高低,故选项C错误,选项D正确.
答案:D
4.如图所示是一位同学使用打点计时器得到的两条纸带,他将两条纸带(甲、乙)上下并排放在一起进行比较,在图中A、B两点之间,两条纸带(甲、乙)运动的时间之比是( )
A.1:1
B.2:1
C.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.
答案:B
5.(多选)物体做直线运动时可以用坐标轴上的坐标表示物体的位置,用坐标的变化量表示物体的位移.如图所示,一个物体从A运动到C,它的位移Δx1=-4m-5m=-9m;从C运动到B,它的位移Δx2=1m-(-4m)=5m.下列说法中正确的是( )
A.C到B的位移大于A到C的位移,因为正数大于负数
B.A到C的位移大于C到B的位移,因为符号表示位移的方向,不表示大小
C.因为位移是矢量,所以这两个矢量的大小无法比较
D.物体由A到B的合位移Δx=Δx1+Δx2
解析:位移是矢量,比较位移的大小时,只需比较数值,正负号表示方向,选项A、C错误;选项B正确;因Δx1=xC-xA,Δx2=xB-xC,所以物体由A到B的合位移Δx=xB-xA=Δx1+Δx2,选项D正确.
答案:BD
6.
(多选)如图所示是某物体在0~10s内的xt图像,下列说法中正确的是( )
A.物体在第1s内的位移为4m
B.物体在第5s内的位移为8m
C.物体在前5s内的位移为8m
D.物体在后5s内的位移为16m
解析:由题中图像可知,物体在0~2s内位移从0均匀增加到8m,即每秒钟发生的位移是4m,A正确;物体在第5s内是静止的,位移为零,B错误;物体在前5s内的位移即为前2s内的位移,等于8m,C正确;物体在后5s内的位移为6~10s的位移,等于8m,D错误.
答案:A
高中物理人教版 (2019)必修 第一册3 匀变速直线运动的位移与时间的关系学案: 这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册3 匀变速直线运动的位移与时间的关系学案,共12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。
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