名校学案高中新课程同步导学丛书.docx

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名校学案高中新课程同步导学丛书

《名校学案——高中新课程同步导学丛书》

物理必修1

《山东科技版》

第2章运动的描述

第1节运动、空间和时间

认知·探索

[问题导思]

一、参考系指的是什么？

其意义何在？

在描述一个物体A的运动时，选作标准（假定不动）的另一个物体B，则把物体B叫做参考系。

选择不同的参考系观察同一个物体的运动，观察结果可能不同。

参考系可以任意选取，实际选择参考系时，以研究问题的方便为原则。

描述地面上物体的运动时，通常以地面或相对地面静止不动的其他物体为参考系。

在研究直线运动中，在我们选定参考系后，通常可以通过建立一个坐标系来定量描述物体的位置变化。

二、如何进行空间位置的描述?

位置是一个有方向的量。

在生活中，人们用东、南、西、北、上、下、左、右等词汇描述一个物体所在位置的方向.但这些词汇都是相对而言的。

例如某个同学要说明他家位置时可以说他的家在学校东南方向2公里处,也可以说他的学校在他家西北方向2公里处,前一种说法是以学校为基准点,后一种说法是以家为基准点.在物理研究中,我们可以通过建立坐标来简明实现以上描述,我们一般取正东方向为X轴的正方向,取正北方向为Y轴的正方向,以上所说的基准点就是坐标原点,同学们可以自行研究一下上述两种关于家的位置表述用坐标来表示了。

三、时间和时刻有何区别？

时间是指一段过程，是过程量，在时间轴上用线段表示；时刻是指一个状态，是状态量，在时间轴上用点表示。

举例来说，我们下午4点半从学校放学回家，5点到家。

这里，4点半和5点称为时刻，而这两个时刻之间相隔30分钟，就是从学校回到家所经历的时间，所以时间等于终止时刻减去起始时刻。

明确了时间和时刻的区别，我们就能把一些有关时间、时刻的提法从概念上严格区分开来，例如，“3s末”、“3s内”、“第3s内”这三者是不相同的。

“3s末”是指3s末这个时刻；“3s内”是指一段3s的时间间隔；“第3s内”是指第2s末这一时刻与第3s末这一时刻之间的时间间隔，时间是1s。

[例题演示]

例1关于机械运动和参考系，下列说法正确的是（）

A.平常说的运动和静止都是相对参考系而言的

B.所谓参考系就是我们假设为不动的物体，以它为标准来研究其他物体的运动

C.相对于不同的参考系来描述同一个物体的运动，其结果一定相同

D.研究航行的轮船内的每个人的运动，取轮船为参考系最为适宜

分析与解在描述一个物体的运动时，选择作为标准的另外的物体，叫做参考系，选择不同的参考系来观察同一运动，观察的结果可能会有所不同。

所以选项ABD正确。

点拨本题考查同学们对参考系概念的理解及参考系的选取对运动描述的影响。

运动是绝对的，也是相对的，静止是相对的。

例2下列说法中，指时间的是（）

A.每天上午8点上第一节课

B.第三节课上物理

C.2s末

D.物体M运动了2s

分析与解时间是一个过程，时刻是一个状态。

在时间轴上时刻是轴上的一个点，时间是一段距离。

所以选项BD正确。

点拨正确理解时间与时刻的区别是解决此类问题的关键。

演练·评估

1、行驶着的列车里的乘客看到铁轨两旁的树木迅速后退，则这位乘客选取的参照物是（D）

A.树木B.地面C.迎面驶来的列车D.乘客乘坐的列车

2、两汽车在平直的公路上行驶，甲车内的人看见窗外树木向东移去，乙车内的人看见甲车没有运动，如果以大地为参照物，则以下说法正确的是（D）

A.甲车向西运动，乙车不动

B.乙车向西运动，甲车不动

C.甲车向西运动，乙车向东运动

D.甲、乙两车以相同的速度向西运动

3、甲、乙二人以相同速度向东运动，则下列说法中正确的是（ABC）

A.以甲为参照物乙是静止的B.以地为参照物甲是运动的

C.以房子为参照物甲是运动的D.以房子为参照物甲是静止的

4.关于时刻与时间,下列说法正确的是（BC）

A.时刻表示时间极短,时间表示时间较长

B.在时间轴上,时刻对应的是一个点,时间对应的是一段

C.作息时间表上的数字均表示时刻

D.1min只能分成60个时刻

5.在如图1-1所示的时间坐标轴上找到:

第2s末,

第2s初,

第3s初,

3s内,

第3s内

（答案:

C点,

B点,

C点,

AD段,

CD段）

第2节质点和位移

认知·探索

[问题导思]

一、质点是什么？

什么时候可以把一个物体看成是质点？

尽管任何物体都有一定的形状和大小，但如果在我们所研究的问题中，只有当物体的形状和大小对所研究的问题不起作用或起作用很小，可以忽略不计，为了研究的方便，可以把物体看做一个有质量的点。

这种用来代替物体的没有大小和形状，但有质量的点，叫做质点。

可见，质点是一种科学的抽象，是在研究物体运动时，抓住主要因素，忽略次要因素，是对实际物体的近似，是一个理想化模型。

一个物体是否可以视为质点，要具体情况具体分析。

例如：

一列火车从北京开往上海，在计算运行时间时，可以忽略列车的长短，可把它视为质点；但是同样这列火车，要计算它通过黄河铁路大桥所需时间时，必须考虑列车的长度，不可把列车视为质点。

一个物体能否被看成质点不能以大小而论。

例如当我们研究自行车的气门芯运动轨迹时，就不能把自行车看作质点，但在研究地球绕太阳公转时，可把整个地球看作质点。

二、怎么区分位移和路程？

位移是描述质点位置变化的物理量，既有大小，又有方向，是矢量，是从起点A指向终点B的有向线段。

有向线段的长度表示位移的大小，有向线段的方向表示位移的方向，位移通常用字母“s”表示，它是一个与运动路径无关，仅由初、末位置决定的物理量。

路程是质点运动轨迹的长度，它是标量，只有大小，没有方向。

路程的大小与质点运动的路径有关，但它不能描述质点位置的变化。

例如，质点环绕一周又回到出发点时，它的路程不为零，但其位置没有改变，因而其位移为零。

很多同学都会问，位移和路程什么时候会相等？

由于一个是矢量，另一个是标量，故两者绝对不可能相等。

但如果一个物体是向着单一方向做直线运动，则在一段时间内，其位移的大小与路程相等。

三、什么是物体运动的s-t图象,匀速直线运动的s-t图象有何特点?

物体运动的规律可以用公式表示,也可用图象表示.s-t图象即为位移—时间图象.从s-t图象可知不同时刻物体的位移,匀速直线运动的s-t图象是一条直线,但该直线并不是代表物体的运动轨迹.

[例题演示]

例1在研究下述运动时，能把物体看作质点的是（）

A.研究地球的自转效应

B.研究乒乓球的旋转效应

C.研究火车从南京到上海运行需要的时间

D.研究一列火车通过长江大桥所需的时间

分析与解：

地球自转和乒乓球旋转时，各部分运动情况不完全相同，不能当作质点。

火车从南京到上海，火车的长度与行驶的距离相比小得多，可以看作质点。

但在研究一列火车通过长江大桥所需时间时，由于大桥长度与火车的长度可相当，此时就不能把火车当作质点来处理。

所以选项C正确。

点拨：

一个物体能否视为质不是绝对的。

同一物体作不同运动研究时，是否可抽象为质点，必须依实际情况来确定。

例2关于位移和路程，正确的说法是（D）

A.位移和路程是相同的物理量

B.路程是标量，即表示位移的大小

C.位移是矢量，位移的方向即质点运动的方向

D.若物体做单一方向的直线运动，位移的大小等于路程

分析与解要注意路程与位移的区别。

位移是由初始位置指向终止位置的有向线段，是矢量，位移的大小即等于这段直线段的长度；路程是标量，是物体运动轨迹的总长度。

只有质点一直向着单一方向运动时，位移的大小才等于路程。

所以选项D正确。

点拨：

位移是矢量，路程是标量。

它们是不可能相等的，但在特定的条件下，我们可以说位移的大小与路程相等。

例3如图1-2所示，某人沿半径R=50m的圆形跑道跑步，从A点出发逆时针跑过3/4圆周到达B点，试求由A到B的过程中，此人跑步的路程和位移。

分析与解此人运动的路程等于ACB所对应的弧长，即路程L＝

此人从A点运动到B点的位移大小等于由A指向B的有向线段的长度，即

位移的方向由A→B，与半径AO的夹角为45°.

点拨由于位移是矢量，因此在求位移时，不仅要指出其大小，而且还要指明其方向。

例4如图1－3所示是某物体在0~10s内的s-t图象,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

分析与解由图象可知,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;从2s到6s物体的位移都是8m,即在2s~6s内物体是静止的;从6s~10s物体的位移从8m均匀增加到16m,即每秒钟发生的位移是2m.由以上分析可知,物体在第1s内的位移是4m,A选项正确;物体在第5s内是静止的,故位移为零,B选项错;物体在前5s内的位移即为前2s内的位移,等于8m,C选项正确;物体在后5s内的位移即为6s~10s的位移,等于8m,D选项错。

本题正确选项:

AC

点拨:

正确理解s-t图象的内涵是解决此类问题的关键.

演练·评估

1.在研究下列物体的运动时，可以把物体当作质点的有（ABD）

A.公路上行驶着的汽车B.绕太阳公转的地球

C.在车床转动着的零件D.被运动员推出的铅球

2.关于质点下述说法中正确的是（BC）

A.只要体积小就可以视为质点

B.在研究物体的运动时，其大小与形状可以不考虑时，可视为质点

C.物体各部分运动情况相同，在研究其运动规律时，可视为质点

D.上述说法均不正确

3.关于位移与路程的下述说法中正确的是（BC）

A.沿直线运动的物体，位移和路程是相等的

B.质点沿不同路径由A到B，其路程可能不同而位移是相同的

C.质点通过一段路程，其位移可能是零

D.质点运动的位移大小可能大于路程

4.下列运动不可能存在的是（AB）

A.路程随位移的增大而减小B.路程随时间的增大而减小

C.位移随路程的增大而减小D.位移随时间的增大而减小

5.小球从3m高处落下，被水平地面弹回，在离地面1m高处被人接住，则小球在上述运动中，其路程和位移大小分别是（D）

A.4m4mB.3m1mC.3m2mD.4m2m

6.质点做半径为R的圆周运动，在它运动一周过程中，位移的最大值和路程的最大值分别为（D）

A.0，2RB.2R，2RC.2

，2

D.2

，2

7.一同学骑自行车从学校出发向南骑了1200m，而后又向东骑了1200m到达自己的家，问他总共骑了多少路程？

位移大小和方向如何？

用一根带箭头的线段把位移表示出来。

（路程2400m；位移大小1692m，方向南偏东45°）

8.如图1-4所示,A、B二物体从O点开始运动,从A、B二物体的位移图象可知，下述说法中正确的是（ABD）

A.A、B二物体的运动方向相同

B.A物体2s内发生的位移是10m

C.B物体发生10m的位移的时间是2s

D.A、B两物体同时运动

第3节速度和加速度

认知·探索

[问题导思]

一、什么是匀速直线运动?

物体在直线运动中,如果在任意相等的时间间隔内通过的位移相等,我们把这样的运动称为匀速直线运动.根据速度的定义,我们可知匀速直线运动是速度不变的运动。

二、平均速度和瞬时速度有何区别和联系?

平均速度与位移或一段时间相对应,它反映了一段时间内运动的平均快慢程度.可以想象,如果所选取的时间段越短,该短时间段内的平均速度就越能精确地描述短时间内物体的运动快慢,因此,如果以某时刻（或某位置）为中心选取一段时间（或一段位移）计算平均速度,当所选取的时间间隔（或位移）足够小,以至趋近于零时,其平均速度就能精确地反映物体在该时刻的运动情况,此情况下的平均速度等于该时刻的瞬时速度.所以,瞬时速度总是与某一时刻相对应,它反映了某时刻（某位置）物体运动的方向和快慢程度。

三、为何要引入加速度的概念,其物理意义是什么?

在变速运动中,为了比较物体运动速度变化的快慢程度而引入加速度的概念.我们将物体的速度变化与发生这一变化所用时间的比值,定义为物体的加速度.用公式

表示.物体的加速度越大,说明物体速度变化的越快.它是表示物体速度变化快慢的物理量,不是表示速度变化的多少,在数值上等于单位时间内速度的改变.它是矢量,加速度的方向与速度改变量的方向相同.加速度的单位是m/s2.

四、加速度方向和物体的运动有何关系?

其关系主要可概括为以下三点:

当a与v方向相同时,v随时间增加而增大,物体做加速运动;

当a与v方向相反时,v随时间增加而减小,物体做减速运动;

当a=0时,v随时间的增加而不发生变化,物体做匀速直线运动。

[知识拓展]

利用匀速运动公式和哈勃定律估算宇宙年龄

天文观测表明,几乎所有遥远的恒星（或星系）都在以各自的速度背离我们而运动.离我们越远的恒星,背离我们运动的速度（称为退行速度）越大,也就是说宇宙在膨胀。

美国天文学家哈勃（E.P.Hubble）根据观察总结出一条规律:

不同星体的退行速度v跟它们离开我们的距离r成正比.用公式表示为

V=Hr

式中H=3.17×10-18s-1,称为哈勃常数.

现在关于宇宙的起源较为认同的一种理论,认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的.假设大爆炸后形成的各星体从爆炸中心以速度v向外匀速运动,并设想我们恰位于这个中心,设当它们离我们的距离为r时,经历的时间为t,则由匀速运动公式知

结合哈勃定律,我们就可以得到形成如今尺度为r的宇宙所经历的时间,即宇宙的年龄为

以每年3.15×107s计,即我们宇宙的年龄约有1010年,即100亿年.

[例题演示]

例1一个运动员在百米赛跑时,50m处的速度是6m/s,16s末到达终点时的速度为7.5m/s,则整个跑动过程中他的平均速度的大小是（）

A.6m/sB.6.25m/sC.6.75m/sD.7.5m/s

分析与解根据相关概念,题中的6m/s及7.5m/s两个速度分别表示的是运动员在两个不同位置的瞬时速度.根据平均速度的定义,整个过程中运动员的平均速度的大小为:

所以选项B正确.

点拨正确把握相关概念是解决此类问题的关键.有的同学会把6m/s及7.5m/s两个速度的简单算术平均的结果,即6.75m/s,也就是C选项作为本题的答案,其错误的原因还是在于没有搞清平均速度的概念.

例2一质点始终向着一个方向做直线运动,在前t时间内平均速度为v/2,后t/2时间内平均速度为v,则物体在这3t/2时间内平均速度大小是（）

A.3v/4B.3v/2C.vD.2v/3

分析与解从平均速度的定义出发,物体在这3t/2时间内平均速度,等于在该段时间内的总位移除以总时间,即:

所以选项D正确.

点拨必须从定义出发,不可简单地认为

例3汽车由静止开始启动,10s末速度为20m/s,以后匀速行驶30min,遇到紧急情况后急刹车,4s停下,求汽车在加速、匀速、减速三个阶段的加速度.

分析与解利用加速度公式

，一般选v0方向或运动的方向为正方向

（1）加速阶段,原来静止,

=0,末速度

=20m/s,t=10s,

（2）匀速阶段,汽车的速度的变化量为零,所以加速度为零.

即

（3）减速阶段,初速度就是匀速运动的速度,也是加速阶段的末速度,最后停下,速度为零。

a<0表示汽车的加速度方向与我们选定的正方向相反,即与初速度方向或运动方向相反,汽车做减速运动。

点拨

均为矢量,两者同向则为加速,两者反向则为减速.

演练·评估

1.在匀速直线运动中,关于速度的概念,以下说法中正确的是（BC）

A.速度表示路程跟时间的比值

B.速度是描述物体运动快慢的物理量,它是个矢量

C.速度越大,表示在单位时间内位移越大

D.速度是标量,只有大小没有方向

2.跑百米的运动员,跑到中点时的速度是8m/s,跑到终点时速度是11m/s,全程共用10s,则下述说法中正确的是（AC）

A.8m/s与11m/s是运动员在中点与终点的瞬时速度

B.8m/s与11m/s是运动员在前50m与后50m的平均速度

C.运动员在百米跑中的平均速度是10m/s

D.运动员在百米跑中的平均速度是9.5m/s

3.一辆汽车以速度v1匀速行驶全程的2/3的路程,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（C）

A.24km/hB.34km/hC.35km/hD.28km/h

※4.甲,乙两质点沿直线从A处运动到B处,甲前一半时间的速度为V1,后一半时间的速度为V2;乙前一半路程的速度为V1,后一半的速度为V2,则（A）

A.甲先到达BB.乙先到达B

C.甲、乙同时到达BD.因不知V1及V2大小,无法比较谁先到达B

5.发令员的位置距运动员5m,距计时员100m,运动员听到枪声开始跑,计时员听到枪声再计时（声音在空气中的速度为340m/s）,则记录的时间比运动员实际运动的时间小s.（0.28）

6.质点从A地向B地作直线运动,第1秒内位移是2m,第2秒内位移是4m,第3秒内位移是8m,第4秒内位移是6m,第5秒内位移是4m,则此质点前2秒内的平均速度是3m/s,在最后2秒内的平均速度是5m/s,全程5秒内的平均速度是4.8m/s.

7.一列长200m的火车以10m/s的速度匀速地通过长6700m的长江大桥,则从车头驶入大桥到车尾完全通过大桥所用的时间是多少?

（690s）

8.自行车以5m/s速度沿公路向东运动,汽车在自行车后3km的A地,以20m/s的速度追自行车,求经多长时间在什么位置追上自行车?

（200s,在距自行车出发地1km的地方）

单元小结

知识链接

一、速度计是怎样工作的

如图1-5所示是汽车速度计的基本结构,其工作原理如下:

速度计的转轴通过一系列传动装置与汽车驱动轮相连,速度计转轴的上端铆接了一个永久磁铁,磁铁上罩了一块铝片,铝片又固定在指针轴上.当磁铁随转轴旋转时,在铝片中会产生感应电流,图1－5

这时铝片相当于一个电磁铁,与永久磁铁产生力的作用,使指针转动,由于弹簧游丝的弹力作用,最终指针会稳定地指在一个刻度上.汽车运动越快,转轴旋转越快,指针偏转的角度越大,从指针的示数就可知道汽车的瞬时速度的大小了.

二、应用运动相对性的杰作—风洞

在汽车和飞机的制造中,常需要研究它们在高速运动中所受空气阻力的影响.为了方便,可以根据运动的相对性作一次逆向转换—研究以同样速度运动的空气流对静止的汽车或飞机部件的作用.风洞就是这样一种实验设备.

如图1-6所示,一个很大的管子,通过强大的风扇能产生一股高速的空气流.当气流进入狭颈吹向

图1－6

工作段时,速度会进一步提高.被测试的机翼或整部汽车悬挂在中间,受到这股气流的狂吹,就仿佛它们正在高速行驶一样.通过风洞对静止的汽车或飞机部件进行实验得出的结果,完全可选用于实际工作.

单元评估

1.在下列各物体的运动中，可视为质点的物体有（AC）

A.研究绕地球运动是的航天飞机的位置

B.正在表演的芭蕾舞演员

C.在斜向下推力作用下，沿水平面运动的箱子

D.研究自转运动时的地球

2.在下面的例子中，不能把被研究的物体视为质点的有（ABC）

A.计算箱子对地面的压强B.研究地球的昼夜交替

C.运动员发球时用球拍使乒乓球旋转D.计算汽车行驶的距离

3.以下关于路程和位移关系的说法中正确的有（BCD）

A.物体沿直线向某一方向运动，那么通过的路程就是位移

B.物体沿直线向某一方向运动，那么通过的路程就等于位移的大小

C.物体通过的路程不同，但位移可能相同

D.物体通过一段路程后，位移可能为零

4.某人由西向东走，从A点出发到达B点，然后由B点向正南走到达C点，如图1-7所示，已知AB=s1,

BC=s2,AC=s3,则该人的位移和路程分别是（B）图1－7

A.s3，s1B.s3，s1＋s2

C.s2，s1＋s2D.s1，s2

5.关于平均速度与瞬时速度的下述说法中正确的是（AD）

A.手榴弹出手时的速度是20m/s,是瞬时速度

B.汽车通过某电线杆的速度是30km/h,是平均速度

C.小球在下落中第1秒末的速度为10m/s,是平均速度

D.火车从甲站到乙站的速度是60km/h,是平均速度

6.在两个作匀速直线运动的物体中,甲的速度是乙的一半,乙的位移是甲的两倍,则它们所用时间满足以下各关系中的（C）

A.甲是乙的两倍B.乙是甲的两倍

C.甲、乙所用的时间相等D.甲是乙的四倍

7．一个质点在半径为R的圆形轨道上运动了

圈，则它的（C）

A．位移、路程的大小都是R

B．位移、路程的大小都是

πR

C．位移大小为R，路程大小为

πR

D．以上均不对

8．如图1-8所示为某一质点在做直线运动中0~6s内的s-t图象，下列说法中正确的是（ACD）

A．质点在第1s内的位移大小是2.5m

B．质点在第3s和第4s内的总位移大小为2m

C．质点在前4s内的位移大小为5m

D．质点在最后2s内的位移大小为5m

9.质点从A点出发向东移动100m，再向北移动200m，再向东移动100m停下，则在此全过程中，质点的位移大小等于m，方向，质点通过的路程等于m。

（200

，东偏北45°，400）

10.如图1-9所示，A、B两物体自同

一地点沿同一方向同时开始做匀速直

线运动，则经过6s时间A和B两物体

相距m。

（2）图1－9

11.甲、乙两辆汽车，在行驶时甲车能达到的最大速度是乙车能达到的最大速度的2倍。

如果两车都从静止开始做加速直线运动，甲车达到最大速度所用的时间是乙车达到最大速度所用时间的1/3，则甲、乙两车的加速度大小之比a1:

a2=。

（6:

1）

12.一个乒乓球以30m/s的速度飞来,被运动员挥拍一击,仍以30m/s的球速度逆着原方向反弹,测得球触拍的时间是0.02s,求这个过程中乒乓的加速度.（3×103m/s2，方向与飞来的方向相反）