高中物理必修1描述直線運動的基本概念.ppt

第二章 直線運動,2.1 描述直線運動的基本概念,A B,1.機械運動與參考系,甲看到樓房勻速上升,乙看到甲勻速上升,甲看到丙勻速上升,丙看到乙勻速下降,甲在勻速下降,甲看到乙勻速下降，說明乙在勻速下降，且,有三種可能， 丙停在空中；丙勻速上升；丙勻速下降 。,乙看到丙勻速上升，丙也有三種可能：丙停在空中止；丙勻速上升；丙勻速下降，且 。,例2太陽從東邊升起，西邊落下，是地球上的自然現(xiàn)象，但在某些條件下，在緯度較高地區(qū)上空飛行的飛機上，旅客可以看到太陽從西邊升起的奇妙現(xiàn)象這些條件是 A時間必須是在清晨，飛機正在由東向西飛行，飛機的速度必須較大 B時間必須是在清晨，飛機正在由西向東飛行，飛機的速度必須較大 C時間必須是在傍晚，飛機正在由東向西飛行，飛機的速度必須較大 D時間必須是在傍晚，飛機正在由西向東飛行，飛機的速度不能太大,解析：如圖，ObO為晨線， ObO為昏線（右半球上為白天，左半球上為夜晚）若在緯度較高的d點（在昏線上），飛機向東（如圖上向左）飛行，飛機處于地球上黑夜區(qū)域，旅客看不到太陽；飛機向西（如圖上向右）飛行，若v機v地，旅客可看到太陽從西邊升起，若v機v地，飛機在黑夜區(qū)域，因此，飛機必須在傍晚向西飛行，并且速度要足夠大時才能看到“日頭從西天出”的奇景。,C,例1.關于質點的說法中正確的是( ) A.質量和體積很小的物體可看做質點 B.研究地球繞太陽公轉規(guī)律時，可以把地球看做質點 C.研究一列火車通過南京長江大橋時間時，不能把火車看做質點 D.計算列車從北京開到上海的時間時，可以把列車看做質點 E.做直線運動的物體能看成質點，而做曲線運動的物體不能看成質點 F.雜技演員做空翻動作時，可視為質點,B C D,點評：一個物體能否看作質點，不是由物體自身的大小決定的，而是由研究問題的實際情況決定的，當物體自身的形狀和大小與所研究的問題范圍相比較，可以忽略時，抓主要因素、忽略次要因素，這是一種科學抽象方法，因此要具體問題具體分析。雜技演員在空中優(yōu)美的動作被人欣賞，不能視為質點,2.質點,3.時間與時刻,例1.參照所示時間坐標軸，下列關于時刻和時間的說法是正確的是,0,0,t1,1,2,t2,t3,3,tn-1,tn,n-1,n,t/s,A.t2表示時刻，稱為第2秒末或第3秒初，也可稱為2秒內 B.t2-t3表示時間，稱為第3秒內 C.0t2表示時間，稱為最初2秒內或第2秒內 D.tn-1tn表示時間，稱為第n-1秒內,解析：分析此題首先注意時刻和時間分別對應于時間軸上的一個點和一段線段。其次再注意(1)“第n秒末=第(n+1)秒初”；(2)“n秒內第n秒內”， n秒內是指的0-n秒的時間。可知此題答案為B。,B,例2：勻變速直線運動的物體第3s內走過8m，第10s內走過15m，求其加速度和初速度。,例1.汽車先向東行駛了40km,接著又向南行駛了30km,求整個過程中: (1)汽車通過的路程. (2)汽車的位移.,4.位移與路程,位移是始點到終點的有向線段,是矢量；路程是質點在空間運動軌跡的長度，是標量。只有當質點做單向直線運動時，二者才相等。在研究機械振動中，物體的位移是指物體離開平衡位置的位移，實質上是一個位置矢量,汽車位移方向為東偏南370,例2一實心的長方體，三邊長分別是a、b、c（abc），如圖所示有一質點，從頂點A沿表面運動到長方體的對角B，求：（1)質點的最短路程（2)質點的位移大小,解析：將長方體的上表面向前翻轉900, 跟其前表面在同一平面內，A、B的連線是直線時，質點通過的路程最短質點的位移就是過A、B的長方體的對角線。,（1）,(2）,例3一列長100m的隊伍在勻速前進，隊尾的通訊員接到命令，立即快步勻速追趕到隊前，然后又以同樣的速率返回隊尾，當通訊員回到隊尾時，整個隊伍又前進了100m的路程，這一過程中，通訊員一共走的路程是m，位移大小是m 。,241.4,100,求解“追擊問題”的關鍵是找兩個物體的時間關系位移關系速度關系,例4在與x軸平行的勻強電場中，一帶電量q=1.010-8C、質量m=2.510-3kg的物體在光滑水平面上沿著x軸作直線運動，其位移與時間的關系是x0.16t0.02t2，式中x以m為單位，t以s為單位。從開始運動到5s末物體所經(jīng)過的路程為m，克服電場力所做的功為J。,5. 速度與速率,例1以某一速度豎直向上拋出一個小球,小球經(jīng)過2s上升到最大高度H=20m,又經(jīng)過2s回到拋出點.求(1)從拋出點到最高點 (2)從拋出點到落回拋出點中小球的平均速度和平均速率.,平均速度是位移除以時間，平均速率是路程除以時間平均速度是矢量，方向就是位移的方向。平均速率是標量只有物體做單方向的直線運動時，平均速度的大小才等于平均速率,瞬時速度是矢量，方向就是該時刻的運動方向；瞬時速率是標量瞬時速度的大小總等于瞬時速率（極限）,例1.一個做變速直線運動的物體，通過一段位移，在前1/5段位移上的平均速度為1m/s，在接下來的1/5段位移上的平均速度為2m/s，在最后3/5段位移上的平均速度為3m/s，求該物體在整段位移上的平均速度為多少？,6.平均速度的計算,求解平均速度的兩種途徑,求平均速度或平均速率時，必須指明“哪段時間”或“哪段過程”。,例2.甲、乙兩質點沿直線從A運動到B處，甲前一半時間的速度為V1，后一半時間的速度為V2；乙前一半路程的速度為V1，后一半路程的速度為V2，則 A.甲先到達B B.乙先到達B C.甲、乙同時到達B D.因不知V1和V2大小，無法比較誰先到達B,A,例3. 汽車從甲地由靜止出發(fā)，沿直線運動到丙地，乙在甲丙兩地的中點汽車從甲地勻加速度運動到乙地，經(jīng)過乙地速度為60kmh；接著又從乙地勻加速運動到丙地，到丙地時速度為120kmh，求汽車從甲地到達丙地的平均速度,解：設甲丙兩地距離為2s，汽車通過甲乙兩地時間為t1，通過乙丙兩地的時間t2。從甲到乙是勻加速運動,從乙到丙也是勻加速運動，同理,計算平均速度常見的錯誤是濫用 如將本例 求解為：60km/h或90km/h，這種解法的錯誤是認為汽車全過程作加速度恒定的直線運動其實，汽車從甲地到乙地和從乙地到丙地兩段的加速度并不相同。,7.速度、速度變化、速度變化率（加速度）,速度,速度的變化量,速度的變化率即加速度,描述物體運動的快慢和方向,描述物體速度變化的大小和方向,描述物體速度的大小和方向變化快慢,三個量都是矢量，它們之間沒有直接關系,有速度,不一定有加速度;有加速度,不一定有速度。,如：作勻速運動的物體，有速度，但沒有加速度；豎上拋的物體在最高點時，有加速度，但沒有速度。,速度大,加速度不一定大;加速度大,速度不一定大。,如：天上勻速飛行的飛機，速度很大，但加速度為0；射擊時火藥爆炸瞬間，子彈的加速度很大，而速度幾乎為0。,加速度的方向可以與速度方向成任意夾角。,加速度的方向由合外力的方向決定，加速度的方向由與物體速度的變化量的方向相同去量度，加速度的方向與速度的方向可能相同，可能相反，還可能垂直，可以成任何角度,速度變化大，加速度不一定大；加速度大，速度變化不一定大。,由a=v/t知，a的大小還與t有關。由v=at知，v的大小還與t有關。,物體有加速度，速度一定變化；物體速度變化，一定有加速度。,速度變化：速度的大小或方向之一發(fā)生變化，速度就發(fā)生了變化。做曲線運動的物體一定有加速度，其所受合外力一定不為0。,例1小球以3m/s的速度水平向右運動，碰到墻壁經(jīng)=0.01s后以=2m/s的速度沿同一直線反彈，如圖所示，則小球在這0.01s內的平均加速度的大小為m/s2，方向為。,500,水平向左,解：規(guī)定水平向左為正方向,正號說明加速度方向為水平向左,求解加速度的兩種基本途徑,對于勻變速直線運動還有運動學公式和v-t圖像法求加速度等方法,研究物理過程為小球與墻壁的碰撞過程，V1和V2初速度和末速度同一條直線上的矢量合成建立符號規(guī)則，把矢量運算變成代數(shù)運算,對于自由落體運動和豎直上拋運動根據(jù)加速度的物理意義口算可以快速解決問題,例2：一個物體以40m/s的初速度從地面豎直上拋，問5s末物體的速度是多大？方向如何？ 此物體經(jīng)多長時間落回地面？ 最高可上升到距地面多高處？ （忽略空氣阻力，取g=10m/s2）,t=8s,H=80m,v=10m/s 方向豎直向下,物體做豎直上拋運動g=10m/s2,上升段物體的加速度與速度方向相反，且物體加速度恒定，物體做勻減速直線運動，速度每秒鐘減少10m/s； 下降段物體的加速度與速度方向相同，且加速度恒定，物體做勻加速直線運動，速度每秒鐘增加10m/s,例3.一個做變速直線運動的物體，加速度逐漸減小到零，那么，該物體的運動情況可能是： A.速度不斷增大，到加速度減到零時，速度達到最大，而后做勻速運動 B.速度不斷減小到零，然后反向做加速運動，最后做勻速運動 C.速度不斷減小，直到加速度為零時，速度減到最小而后做勻速運動 D.速度不斷增大,A B C D,例1.一輛實驗小車可沿水平地面（圖中紙面）上的長直軌道勻速向右運動。有一臺發(fā)出細光束的激光器裝在小轉臺M上，到軌道的距離MN為d=10m，如所示。轉臺勻速運動，使激光束在水平面內掃描，掃描一周的時間為T=60s。光束轉動方向如圖中箭頭所示。當光束與MN的夾角為450時，光束正好射到小車上。如果再經(jīng)過t=2.5s光束又射到小車上，問小車的速度為多少？（結果保留兩位有效數(shù)字）,8、勻速運動的基本規(guī)律應用,求解“追擊問題”的關鍵是找兩個物體的時間關系位移關系速度關系,光束轉過角度,光束照到小車時，小車可能正在從左側接近N點，也可能小車正在從右側遠離N點。,接近N點時，在t內光束與MN夾角從450變?yōu)?00,遠離N點時，在t內光束與MN夾角從600變?yōu)?50,例2.天文觀測表明，幾乎所有遠處的恒星（或星系）都在以各自的速度背離我們運動，離我們最遠的星體，背離我們運動的速度（成為退行速度）越大。也就是說，宇宙在膨脹，不同星體的退行速度v和星體與我們的距離r成正比，即vHr。式中H為一常量，稱為哈勃常數(shù)，已由天文觀察測定。為解釋上述現(xiàn)象，有人提出一種理論，認為宇宙是從一個大爆炸的火球開始形成的。假設大爆炸后各星體即以不同的速度向外做勻速運動，并設想我們就位于其中心，則速度越大的星體現(xiàn)在離我們越遠這一結果與上述天文觀測一致。 由上述理論和天文觀測結果，可估算宇宙年齡t，其計算式為t。根據(jù)近期觀測，哈勃常數(shù)H310-m/(sly)(ly表示“光年”：光在一年中行進的距離），由此估算宇宙的年齡約為Y(Y表示“年”）。,解析：根據(jù)題目提供的宇宙大爆炸理論，認為宇宙是從一個大爆炸的火球開始形成的假設大爆炸后各星體即以不同的速度向外做勻速運動（想象禮花爆炸時的情景），并設想我們就位于中心，那么宇宙的年齡就是星體遠離我們的運動時間。,解：星體遠離我們的運動時間就是宇宙的年齡，由勻速運動公式可得：trv，天文觀察結果：vHr。所以,例3圖A是在高速公路上用超聲波速度儀測量車速的示意圖，測速儀固定并正對被測物發(fā)出和接收超聲波脈沖信號，根據(jù)發(fā)出和接收到的信號間的時間差，測出被測物體的速度。圖B是測量儀記錄脈沖信號得到的紙帶，p1、p2表示測速儀發(fā)出的超聲波信號，n1、n2表示pl、p2經(jīng)汽車反射回來的信號。設記錄時紙帶勻速移動，p1、p2之間的時間間隔t1.0s，超聲波在空氣中傳播的速度是v340 ms ，若汽車是勻速行駛的，則根據(jù)圖B可知，汽車在接收到p1、p2兩個信號之間的時間內前進的距離是_，汽車的速度是_ ms。,解：p1p2=30格,所以每格代表,因此從p1到n1需時間,因此從p2到n2需時間,汽車與第一個脈沖相遇的時刻為p1n1段的時間中點，汽車與第二個脈沖相遇的時刻為p2n2段的時間中點,兩次相遇的時間差,汽車與第一個脈沖相遇的位置離測速儀的距離為,汽車與第二個脈沖相遇的位置離測速儀的距離為,汽車與兩次與超聲脈沖信號相遇的這段時間內運動距離為,這段時間內汽車的速度為,例2.一輛汽車沿一條公路行駛，如果以速度V1行駛了全程的1/4，接著以速度V2=20m/s行駛完其余的3/4路程。已知汽車在全部路程的平均速度是16m/s，則汽車在前1/4路程上速度大小V1是多大？,例2下列關于速度的說法中，正確的是 A平均速率就是平均速度的大小 B瞬時速率是指瞬時速度的大小 C勻速直線運動中任意一段時間內的平均速度都等于其任一時刻