高一物理机械运动和匀速直线运动北师大版-知识精讲.doc

高一物理机械运动和匀速直线运动北师大版【本讲教育信息】一. 教学内容： 1. 描述机械运动的基本物理量：参考系，质点，位移和路程，时刻和时间，速度，速率，平均速度。 2. 匀速直线运动速度、位移与时间关系，以及v-t图，s-t图的理解。二. 知识归纳与总结 1. 参考系 为了描述物体的运动而假定为不动的物体叫做参考系。 2. 质点 用来代替物体的有质量的点叫质点。它是一个理想的物理模型。物体能简化为质点的条件是：在所研究的问题中，物体只做平动，或物体的形状和大小可以忽略不计时才可以把物体简化为质点。 3. 位移和路程 位移是做机械运动的物体从初位置指向末位置的有向线段。路程是物体运动所经轨迹的长度。 4. 速度和速率 （1）平均速度：运动物体的位移和所用时间的比值，叫做这段位移（或时间内）的 （2）瞬时速度：运动物体经过某一时刻（或某一位置）的速度，叫做瞬时速度，其大小叫速率。 （3）平均速率：物体在某段时间内通过的路程l跟通过这段路程所用时间t的比值，是它并不是平均速度的大小。 5. 区别状态量与过程量：时刻、位置、瞬时速度都是状态量；时间、位移、平均速度都是过程量。 例如：在时间轴上画出1秒末 第2秒初 3秒内 第4秒内（如图1）图1 6. 区别路程和位移 例如：一质点绕半经为R的圆周运动。 （1）若沿圆周逆时针运动了一周，则其位移大小是多少？路程是多少？ （2）若质点只运动了1/4周，则路程是多少？位移又怎样？（如图2）图2 答：（1）位移是0；路程是2R； AC所示。 7. 关于平均速度和瞬时速度的理解 在匀速直线运动中，由于速度不变，即s跟t的比值s/t不变，平均速度与瞬时速度相s/t随s或t的选取的不同而不同，而且是反映这段位移上的平均速度，它只能粗略地描述这段位移上运动的快慢程度。对做变速运动的物体，在它过某个位置附近选很小一段位移s，s小到在这段位移上察觉不到速度有变化，即在s上物体是匀速。那么这段位移上的平均速度与这段位移上各个时刻的瞬时速度相等。即定义为：物体在一位置的速度等于在这一位置附近取一小段位移s，与这段s所用时间t之比值，即t趋近于0时，【典型例题】 例1. 通讯兵从一列长度为L的前进着的队伍的排尾到排头之间往返一次，在这段时间内，队伍向前运动的位移4L，则通讯兵位移多大？ 解析：本题考查位移的概念，由起点指向终点的有向线段。 对于这个过程比较复杂的题目，我们用运动草图解释。 如图3：图3 则人的位移为4L，方向向右 例2. 某测量员是这样利用回声测距的。他在平行峭壁间某一位置鸣枪，经过1.00s第一次听到回声，又经0.5s再次听到回声。已知声速为340m/s，求两峭壁的距离？ 解析：声音在峭壁间同时向各个方向匀速传播。 设从一端峭壁反射回来的时间t1，另一端反射回来的时间t2，则由题意： t1=1.00s，t2=1.50s，由匀速运动规律，峭壁间距离为d，则： 例3. 汽车从甲地到丙地做直线运动，乙地在甲、丙二地的中点，车从甲到乙的速度为60km/h，从乙到丙的速度为30km/h，求此车从甲到丙的全过程的平均速度。 错解： 分析和解答： 不是匀变速运动，不能使用这一公式。求平均速度应由其定义出发，以s表示从甲地到乙地的位移，t1、t2表示车从甲到乙和从乙到丙的时间，应有： 题目拓展 若汽车从甲到丙，前半时间速度为60km/h，后半时间速度为30km/h，求汽车从甲到丙直线运动过程中，全程的平均速度多大？ 分析和解答： 疑难分析：综合以上两个题目，我们可以看出求解平均速度的关键在于理解，并应用 例4. 一质点沿直线Ox方向做加速运动，它离开O点的距离x随时间t变化的关系为t=2s间的平均速度和t=2s到t=3s间的平均速度的大小分别为（ ） A. 12m/s，38m/sB. 8m/s，38m/s C. 12m/s，19.5m/sD. 8m/s，13m/s 解析： 正确答案：A。 例5. 如图4所示，甲、乙、丙是三个在同一直线上运动的物体，做匀速直线运动的是_，按速度大小的排列顺序是_。图4 解析：该题目考查位移时间关系。 对于匀速直线运动位移与速度关系为s=vt，在s-t图中为一条直线。 所以：甲、乙、丙均做匀速运动。 例6. 物体做直线运动的s-t（位移随时间）变化图，如下图5所示：图5 试分析说明OA，AB，BC段运动情况，并指出运动速度的大小，方向。 解析： OA段位移随时间均匀变化，做匀速运动： AB段位移随时间无变化，处于静止状态： BC段位移随时间均匀减小，反方向匀速运动： 方向与正方向相反。 例7. 天文观测表明，几乎所有远处的恒星（或星系）都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度（称为退行速度）越大；也就是说，宇宙在膨账。不同星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比。即 v=Hr 式中H为一常量，称为哈勃常数，已由天文观察测定。为解释上述现象，有人提出一种理论，认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的。假设大爆炸后各星体以不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心，则速度大的星体现在离我们越远。这一结果与上述天文观测一致。 由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄T，其计算式为T=_。根据近期观测，哈勃常数H=310-2m/s光年，其中光年是光在一年中行进的距离，由此估算宇宙的年龄约为_。 解析： 宇宙形成是从宇宙大爆炸开始，每一个星体都以各自的速度匀速地远离中心，这就是我们所观测到的膨胀现象，对于不同的星体远离的速度不同，离中心越远速度越大，即 由于爆炸后各星体做的匀速运动，令宇宙年龄为T，则星球现在距我们距离为得： 【模拟试题】课堂练习 1. 物体沿一条直线运动，下列说法正确的是（ ） A. 物体在某1s内的平均速度是3m/s，则物体在这1s内一定位移3m。 B. 物体在某时刻的速度是3m/s，则物体在1s内一定位移3m。 C. 物体在某段时间内的平均速度是3m/s，则物体在其中1s内一定位移3m。 D. 物体在某段位移内的平均速度是3m/s，则物体在通过这段位移一半时的速度一定是3m/s。 2. 一列火车从甲地开往乙地，先以120km/h匀速驶完前一半路程，又以80km/h驶完后一半路程，则其驶完全程的平均速度大小是（ ） A. 108km/hB. 100km/h C. 96km/hD. 90km/h 3. 一短跑运动员在100m比赛中跑到50m时速度大小是9.5m/s，在10s末到达终点冲刺时速度大小为11.5m/s，这名运动员在百米赛程中的平均速度大小是（ ） A. 11.5m/sB. 10.5m/sC. 10m/sD. 9.5m/s 4. 想一想，看一看，议一议 王小二的行程 王小二骑着自行车尽快地从家出发去奶奶家送东西，在很短的时间之后，他又尽可能快地返回，图6（a）表示他出行的位置-时间图像。试画出王小二出行的速度-时间图像，根据已知情况和你画出的图象，你能对王小二和他奶奶两家之间的道路做出合乎情理的推测吗？解答这个问题的关键在于了解位置-时间图像和速度-时间图像的关系。我们知道某时刻质点运动的瞬时速度就是位置-时间曲线上相应点的切线的斜率；如果曲线是直线，那么其切线就是直线本身。本题的位置-时间图像是由折线组成的，我们分段求出每条线段的斜率就得到了相应时间段内王小二的行进速度：图6（a） 00.4小时： 0.40.5小时： 0.50.8小时： 0.81.3小时： 1.31.5小时： 于是得到图6（b）的速度-时间曲线。必须注意速度的符号，因为它代表了王小二骑车行驶的方向，选他去奶奶家的方向为正，那么负速度表示他正在赶回自己的家。下面的问题是对王小二骑车所经路途的“路况”评价。既然王小二是尽快来回的，如果路途是单一的平路或斜坡，他的速度就不会如此复杂。我们可以估计他去时先遇到一个3千米长的较缓的上坡，速度较慢，然后是一个2千米的很陡的下坡，速度大增；回来则恰好相反，不信你可以再仔细研究一番（途中的虚线是更合乎实际一些的速度曲线虽然所给的位置时间图像中看不出来，因为王小二骑车的速度是不可能突然改变的，除非途中发生了“碰碰车”事件）。图6（b） 王小二的运动图像课后练习 1. 在下述问题中，被选作研究对象的物体哪些可以看成是质点（ ） A. 选地球为研究对象，研究它绕太阳的公转 B. 选地球为研究对象，研究它的自转 C. 选门为研究对象，研究开门时的受力情况 D. 选万吨货轮为研究对象，确定它在航行过程中某时刻的位置 2. 下列物体在研究其运动时，可以看作质点的是： A. 研究门或窗转动时 B. 研究小孩沿滑梯向下滑动 C. 研究地球自转时 D. 研究地球绕太阳公转时 3. 车从甲地开往乙地，前半程的平均速度为v1，后半程的平均速度为v2，则全程的平均速度为（ ） A. B. C. D. 4. 为了研究物体的运动而假定为不动的那个物体，叫做_，必须选定_才能判断物体是否运动。【试题答案】课堂练习 1. A2. C3. C课后练习 1. A2. BD3. D 4. 参考系、参考系