高中物理教科版必修一13《运动快慢与方向的描述速度》教案.docx
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高中物理教科版必修一13《运动快慢与方向的描述速度》教案
1.3运动快慢与方向的描述——速度
教学目标
1.理解速度的概念。
知道速度是描述物体运动快慢的物理量，知道它的定义、公式、符号和单位，知道它是矢量。
2.理解平均速度、瞬时速度的概念。
3.知道速度和速率关系。
教学重难点
1.理解速度的概念，领会其矢量性，知道速度的方向．
2．理解平均速度和瞬时速度的概念，知道速度与速率的区别与联系，并能进行相应计算．（重点）
3．理解速度—时间图像．（难点）
4．掌握打点计时器的工作原理，并能测平均速度．（难点）
教学内容
1、速度
1．物理意义
表示物体运动的．
2．定义
位移与发生这段位移所用的比值．
3．定义式
v＝＝.若物体沿直线运动，X1、X2分别为物体在t1、t2两时刻的位置，若X2＞X1，说明物体的速度方向与Ox轴正方向，若X2＜X1，说明物体的速度方向与Ox轴正方向．
4．单位
国际单位制单位：
米每秒，m/s或m·s－1.常用单位：
千米每小时（km/h或km·h－1）、厘米每秒（cm/s或cm·s－1）等．
5．矢量性
速度是矢量，既有大小又有方向．速度的方向就是的方向．
练习
1．速度在数值上等于单位时间内通过的路程．（）
2．两物体的速度分别是v1＝2m/s，v2＝－3m/s，则它们的大小关系为v1>v2.（）
3．A物体的位移大于B物体的位移，则A物体的速度一定大于B物体的速度．（）
4.蜗牛要横向爬过一本教科书，至少得用2min的时间．乌龟爬行1m需要50s，猎豹平均每秒可跑32m．如何比较哪种动物运动得快呢？
有几种比较方法？
讨论：
以下有三个物体的运动，请比较它们运动的快慢．
初始位置（m）
经过时间（s）
末位置（m）
A.自行车沿平直道路行驶
0
20
100
B.公共汽车沿平直道路行驶
0
10
100
C.火车沿平直轨道行驶
500
30
1250
讨论1：
如何比较A和B的运动快慢？
讨论2：
如何比较B和C的运动快慢？
1．对速度概念的理解
（1）这里的速度指运动物体的位移与所用时间的比值，而不再是初中所学的路程与时间的比值．
（2）两种速度的定义并不矛盾，因为初中只研究匀速直线运动，不关注运动方向，路程即位移大小．
2．对速度定义式v＝
的理解
（1）公式v＝
中的Δx是物体运动的位移，不是路程．
（2）v＝
是速度的定义式，不是决定式，不能认为v与位移Δx成正比、与时间Δt成反比．
3．对速度矢量性的理解
（1）速度既有大小，又有方向，是矢量．速度的方向就是物体的运动方向．
（2）比较两个速度是否相同时，既要比较其大小是否相等，又要比较其方向是否相同．
4．路程与速度的关系
（1）物体在某一阶段的路程为零时，物体的速度一定为零．
（2）物体在某一阶段的路程不为零时，由于位移可能为零，也可能不为零，所以物体的速度可能为零，也可能不为零．
例题1（多选）甲、乙两质点在同一直线上匀速运动，设向右为正，甲质点的速度为2m/s，乙质点的速度为－4m/s，则可知（ ）
A．乙质点比甲质点运动的快
B．因为＋2>－4，所以甲质点的速度大于乙质点的速度
C．这里的正、负号的物理意义是表示运动的方向
D．若甲、乙两质点同时由同一点出发，则10s后甲、乙两质点相距60m
练习1 下列关于速度的说法正确的是（ ）
A．由v＝
知，v与Δx成正比，与Δt成反比
B．速度大小不变的运动是匀速直线运动
C．因为2>－3，所以2m/s>－3m/s
D．速度的方向与物体运动的方向一致
练习2 （多选）关于速度的定义式v＝
，以下叙述正确的是（ ）
A．物体做匀速直线运动时，速度v与运动的位移Δx成正比，与运动时间Δt成反比
B．速度v的大小与运动的位移Δx和时间Δt都无关
C．此速度定义式适用于任何运动
D．速度是表示物体运动快慢及方向的物理量
2、
速度矢量性的应用
1．速度是矢量，做直线运动的物体的速度可用正、负号表示其运动的方向，速度的方向与正方向相同时取正值，相反时取负值．
2．物体做直线运动时，一般规定速度的正方向与位移的正方向相同，即在同一坐标系中同时分析速度和位移的问题．
平均速度和瞬时速度
1．平均速度
（1）定义：
在变速直线运动中，位移
跟发生这段位移所用时间
的比值叫做变速直线运动的平均速度．
（2）公式：
（3）物理意义：
粗略地描述物体运动的．
（4）矢量性：
平均速度既有大小又有方向，是矢量，其方向与一段时间
内发生的位移的方向相同．
2．瞬时速度
（1）定义：
物体在（或某一位置）的速度叫做瞬时速度．
（2）物理意义：
描述物体在某一时刻（或某一位置）运动的和。
3．速率和速度的区别
（1）速率：
瞬时速度的叫做瞬时速率，简称速率．
（2）速度与速率的区别：
速度是矢量，速率是标量；速率只反映物体运动的快慢，而速度却同时反映运动的和运动的．
练习
1．物体的瞬时速度总为零，则平均速度一定为零．（）
2．瞬时速率是瞬时速度的大小．（）
3．物体的平均速度为零，则物体可能处于静止状态．（）
4．平均速度是速度的算术平均值．（）
5．某运动员沿半径为R的圆形跑道运动了一圈，经历的时间为t，则该过程中运动员的平均速度、平均速率怎样表示？
6．瞬时速率是瞬时速度的大小，平均速率是平均速度的大小，这句话对吗？
讨论：
某同学百米比赛用时12s，前2s内的位移为12m，第2个2s内位移为14m，第3个2s内位移为16m，第4个2s内位移为19m，第5个2s内位移为20m，第6个2s内位移为19m.
问题1：
计算上述6个时间间隔内的平均速度，并说明哪段时间运动得最快？
8s末的速度一定等于12s末的速度吗？
问题2：
通过以上数据，你能知道这个同学的“起跑速度”、“冲刺速度”以及“最大速度”吗？
1．平均速度与瞬时速度的比较
平均速度
瞬时速度
区别
对应关系
与某一过程中的一段位移、一段时间对应
与运动过程中的某一时刻、某一位置对应
物理意义
粗略描述质点在一段位移或时间上的运动快慢和方向
精确描述质点在某一位置或某一时刻运动的快慢和方向
矢量性
与对应时间内物体的位移方向相同
与质点所在位置的运动方向相同
联系
（1）在公式v＝
中，Δt→0，平均速度即为瞬时速度
（2）在匀速直线运动中，各点的瞬时速度都相等，所以任意一段时间内的平均速度等于任一时刻的瞬时速度
2．平均速度与平均速率的比较
平均速度
平均速率
定义
平均速度＝
平均速率＝
标矢性
矢量，有方向
标量，无方向
联系
都粗略地描述物体运动的快慢
单位相同，在国际单位制中，单位是米每秒，符号是m/s
平均速度的大小一般小于平均速率，只有在单方向直线运动中，平均速度的大小才等于平均速率．但此时也不能说平均速度就是平均速率
例题2下列语句的描述中，有关速度的含义是指平均速度的是（ ）
A．子弹射出枪口的速度是800m/s，以790m/s的速度击中目标
B．小球在光滑路面上滑行，第3s末的速度是6m/s
C．汽车从甲站行驶到乙站的速度是40km/h
D．2019年4月27日，“新飞人”张培萌在全国田径大奖赛百米比赛中以10秒04的成绩夺冠，并以10.34m/s的速度冲过终点
练习3 物体沿一直线运动，先以5m/s的速度运动一段时间，接着以2m/s的速度运动相等的时间，其整个过程的平均速度为v1；若该物体以5m/s的速度运动一段位移，接着以2m/s的速度运动相等的位移，其平均速度为v2.则v1、v2的大小关系是（ ）
A．v1＞v2B．v1＜v2
C．v1＝v2D．不确定
练习4 某人沿着平直公路由A出发到达D点，前t1＝5s内向东运动了Δx1＝30m经过B点，又运动了t2＝5s前进了Δx2＝60m到达C点，在C点停了t3＝4s后又向西行，经历了t4＝6s运动Δx4＝120m到达A点西侧的D点，其运动过程如图所示，求：
（1）全过程的平均速度；
（2）全过程的平均速率．
3、
求平均速度时常见的错误
1．认为平均速度就等于速度的平均值，即＝（v1、v2分别是物体的初、末速度）．实际上这个式子对于极个别的运动适用，但对于一般的直线运动和曲线运动是不适用的．
2．认为平均速度大小等于平均速率．在计算平均速度时，用路程与时间的比值去求解．而实际上平均速度必须依据其定义用位移与时间的比值去求解，并且必须强调针对的是哪段位移（或哪段时间）．
打点计时器
1.两种打点计时器
①电火花计时器：
结构如图所示，使用电压为220V交流电源，电源频率是50Hz时，打点周期为0.02_s.
②电磁打点计时器：
结构如图所示，使用低压交流电源，电源频率是50Hz时，打点周期为0.02_s.
（2）实验器材：
电火花计时器、纸带、墨粉纸盘、交流电源、小车、铁架台、木板、刻度尺．
（3）利用纸带求平均速度
①利用刻度尺测量两计数点间的距离Δx.
②根据打点周期求出两计数点间的时间间隔Δt.
③根据公式v＝
求出计数点间的平均速度．
练习
1．打点计时器是记录做直线运动的物体的位置和时间的仪器．（）
2．两种打点计时器的打点周期都是0.02s．（）
3．两种打点计时器使用的都是220V的交变电源．（）
4.打点计时器是计时仪器，还是测量长度的仪器？
讨论：
下图是用频闪照相的形式拍摄的“鸽子飞翔时”的照片，在这里连续的运动被分离成了离散的“景”，这就为研究鸽子的飞翔提供了一种非常好的方法．
问题1：
在实验中我们如何记录很短的时间呢？
问题2：
利用记录的位移和时间可求鸽子的平均速度吗？
1．实验步骤
（1）了解打点计时器的结构，把打点计时器固定在桌面上．
（2）把纸带装好．
（3）启动电源，用手水平地拉动纸带，纸带就打出一行小点，随后立即关闭电源．
（4）取下纸带，从能够看清的某个点开始，往后数出n个点，n个点之间的间隔数为（n－1），纸带从打第1个点到打第n个点的运动时间
＝0.02（n－1）s.
（5）用刻度尺测量出第1个点到第n个点间的距离
.
（6）把测量的结果填入自己事先设计的表格中．
2．瞬时速度的计算
测量方法：
用打点计时器测量某一位置瞬时速度时，可以取包含这一位置在内的一小段位移
，测出这一段位移的平均速度，用这个平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度．
如图所示，测量出包含E点在内的D、F两点间的位移
和时间
，算出纸带在这两点间的平均速度
，这个平均速度可代表纸带经过E点时的瞬时速度．
3．注意事项
（1）使用打点计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再拉动纸带．
（2）手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集．
（3）打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立即关闭电源．
（4）对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量完毕（可先统一测量出各个测量点到起始点O之间的距离），可减小相对误差．读数时应估读到毫米的下一位．
（5）为了减小实验误差，要每隔T＝0.1s选一个计数点，即每隔四个点取一个计数点，而计算计数点的瞬时速度时，
、
应取此计数点前、后两个点之间的位移和时间．即
.
（6）使用电火花计时器时，应注意把纸带正确穿好，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．
例题3电火花计时器通常的工作电压为________V，实验室使用我国民用电时，每隔________s打一次点；如图所示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的速度变化情况是________（选填“速度减小”或“速度增大”）．若所用电源的频率为50Hz，从打下A点到打下B点共14个点迹，历时________s.
练习5 为完成“练习使用打点计时器”实验，在如图1 3 7所示的四种器材中，找出这两种打点计时器，并完成以下填空：
________图为电磁打点计时器，工作电压为交流________；________图为电火花打点计时器，工作电压为交流________V.
练习6 打点计时器所用电源的频率为50Hz，某次实验中得到的一条纸带，用毫米刻度尺测量情况如图1 3 8所示，纸带在A、C间的平均速度为______m/s，在A、D间的平均速度为________m/s，B点的瞬时速度更接近于________m/s.
4、速度——时间图像（v-t图）
1．定义：
以速度为纵轴，时间为横轴，建立一个平面直角坐标系，在该坐标系中画出物体的速度v随时间t变化关系的图像．
2．匀速直线运动的速度—时间图像
如图所示，是一条平行于时间轴的直线．
3．利用速度—时间图像求位移
匀速直线运动的速度—时间图像与t轴所围的矩形的“面积”表示物体对应时间内的位移．
练习：
1．匀速直线运动的vt图像是平行于t轴的一条直线．（）
2．vt图像中的倾斜直线表示物体做变速运动．（）
3．vt图像就是物体运动的轨迹．（）
4.怎样由vt图像看物体的速度方向？
学业分层测评（三）
1．（多选）通过打点计时器得到的一条纸带上的点不均匀，下列判断正确的是（ ）
A．点密集的地方物体运动的速度比较大
B．点密集的地方物体运动的速度比较小
C．点不均匀说明物体在相等时间内发生的位移不相等
D．点不均匀说明打点计时器有故障
2．关于瞬时速度、平均速度，以下说法中正确的是（ ）
A．瞬时速度可以看成时间趋于无穷小时的平均速度
B．做变速运动的物体在某段时间内的平均速度，一定和物体在这段时间内各个时刻的瞬时速度的平均值大小相等
C．物体做变速直线运动，平均速度的大小等于这段时间内初末时刻瞬时速度的平均值的大小
D．物体做变速运动时，平均速度是指物体通过的路程与所用时间的比值
3．为了使公路交通有序、安全，道路两旁都竖立了许多交通标志．如图所示，甲图是广州市环市路高架桥上的限速标志（白底、红圈、黑字），表示允许行驶的最大速度是60km/h；乙图是路线指示标志，表示离下一出口还有25km.上述两个数据的物理意义是（ ）
甲 乙
A．60km/h是平均速度，25km是位移
B．60km/h是平均速度，25km是路程
C．60km/h是瞬时速度，25km是位移
D．60km/h是瞬时速度，25km是路程
4．瞬时速度是指（ ）
A．运动物体在某一段时间内的速度
B．运动物体在某一段位移内的速度
C．运动物体在某一段路程内的速度
D．运动物体在某一时刻（或某一位置）的速度
5．从甲地到乙地的高速公路全程是197km，一辆客车8点从甲地开上高速公路，10点到达乙地，途中曾在一高速公路服务区休息10min，这辆客车从甲地到乙地的平均车速是（ ）
A．98.5km/h B．27.4km/h
C．107km/hD．29.8km/h
6．如图所示是三个质点A、B、C的运动轨迹，三个质点同时从N点出发，又同时到达M点，下列说法正确的是（ ）
A．从N到M的过程中，A的平均速率最大
B．三个质点从N到M的平均速率相同
C．三个质点从N到M的平均速度不相同
D．到达M点时A的瞬时速率最大
7．一辆汽车在平直公路上行驶，若以速度v1匀速行驶全程的三分之二，接着以v2＝20km/h走完剩下的路程，若它全程的平均速度v＝28km/h，则v1应为（ ）
A．24km/h B．32km/h
C．35km/hD．36km/h
8．如图所示是一个物体运动的vt图像，从以下三个方面说明它的速度是怎样变化的．
（1）物体是从静止开始运动还是具有一定的初速度？
（2）运动的方向是否变化？
（3）速度的大小是否变化？
怎样变化？
9．某物体运动的vt图像如图所示，则物体（ ）
A．做往复运动B．速度时刻变化
C．朝某一方向做直线运动D．不能确定
10．如图所示，物体沿曲线轨迹的箭头方向运动，AB、ABC、ABCD、ABCDE四段曲线轨迹运动所用的时间分别是：
1s、2s、3s、4s．下列说法不正确的是（ ）
A．物体在AB段的平均速度为1m/s
B．物体在ABC段的平均速度为
m/s
C．AB段的平均速度比ABC段的平均速度更能反映物体处于A点时的瞬时速度
D．物体在B点的速度等于AC段的平均速度
11．使用电火花打点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．把电火花打点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220V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________是否夹在纸带之间．
12．如图所示，一辆汽车在从上海到南京的高速公路上行驶．汽车上的速度计指针在图中左图所示位置附近左右摆动，请你根据生活经验和图中提供的信息，回答下列问题：
（1）图中A、B两处相距多远？
其值是指A、B两处的路程还是位移大小？
（2）图中速度计指针所指的速度表示汽车的平均速度还是瞬时速度？
其值为多大？
（3）假设汽车在A、B间按速度计指针所指的速度做匀速运动，汽车从A处行驶到B处，需要多长时间？
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