教科版高中物理必修1《位置变化的描述--位移》参考课件1（36张PPT）

(共36张PPT)
2.位置变化的描述——位移
1．在下述问题中，能够把研究对象当作质点的是(　　)
A．研究地球绕太阳公转一周所需的时间是多少
B．研究地球绕太阳公转一周地球上不同区域季节和昼夜长短的变化
C．将一枚硬币用力上抛，猜测它落地时正面朝上还是反面朝上
D．正在进行花样溜冰的运动员
【解析】　物体是否能视为质点，不能仅仅以它的大小和形状来确定，关键要看物体的大小和形状与所研究的问题是否有关．选项A中，地球可以看成一个质点，因为地球的大小和形状与它绕太阳公转一周的时间无关；选项B中，地球不能视为质点，因为在地球绕太阳公转的过程中，地球上不同地区季节和昼夜长短的变化是不同的，如果把地球看成一个质点，在一点上怎么能区分不同地区呢？选项C中，很显然硬币的形状与研究的问题关系非常密切，故硬币不能看成质点；选项D中，溜冰运动员在冰面上优美的动作被人欣赏，不能当做质点．
【答案】　A
2．下图是一小球从A点沿直线运动到F点的频闪照片，若频闪照相机每隔0.2 s闪拍一次．分析照片可知：小球从B点到E点共运动了________cm的路程，小球从A点运动到F点所用的时间是________s.
【答案】　7.50　1.0
一、确定位移的方法
1．坐标系
为了定量地描述物体(质点)的 以及位置的 ，需要在 上建立一个坐标系．
2．直线坐标系
对于一个沿直线运动的物体，要通过直线坐标系加以描述：在给定的一条直线上，确定一个 方向，取一个定点为 ，任取一定长度为单位长，这样就在该直线上建立了直线坐标系(又称数轴)．
位置
变化
参考系
正
原点
3．平面直角坐标系
对于一个在平面上运动的物体，要通过 坐标系来描述：为了用一对实数表示平面内的点(物体所处位置)，在平面内画两条相互垂直的数轴(x轴和y轴)即可组成平面直角坐标系．
4．物体在空间中运动时，可建立三维空间坐标系．
二维直角坐标
对于在海平面上做曲线运动的舰艇，要描述它的位置，你认为应该建立怎样的坐标系？
【提示】　海平面上的舰艇做的不是直线运动，在平面内运动，应用平面直角坐标系．
二、位移
1．定义：物理学中把物体在一段时间内 的变化称为位移．
2．表示方法：用从初位置至末位置的一条 表示位移．
3．方向：由质点运动的起始位置指向运动的终止位置．
4．大小：是起始位置与终止位置两点间的直线距离．
如下图所示，一个物体沿直线从A点运动到B点，若A、B两点的位置坐标分别为xA和xB，则物体的位移为Δx＝ .
位置
有向线段
xB－xA
三、矢量和标量
1．矢量：既有 又有 的物理量，如位移．
2．标量：只有 没有 的物理量，如路程、温度等．
3．运算法则：两个标量相加时遵从 的法则，矢量相加的法则与此不同．
大小
方向
大小
方向
算术加法
一、建立坐标系的意义及方法
1．意义
(1)物体做机械运动时，其位置会随时间发生变化，为了定量地描述物体的位置及位置的变化，需要在参考系上建立适当的坐标系．
(2)物体的位置可认为就是质点在某时刻所在的空间的一点．
2．方法
(1)直线坐标系：如果物体沿直线运动，即一维运动时，可以以这条直线为x轴，在直线上规定原点、正方向和标度，建立直线坐标系．
(2)二维坐标系：当物体在某一平面内做曲线运动，即二维运动时，需用两个相互垂直的坐标确定它的位置，即二维坐标(平面坐标)．
(3)三维坐标：当物体在空间内运动时，需采用三个坐标确定它的位置，即三维坐标(空间坐标)．
3．原则
建立坐标系的原则是确定物体的位置方便、简捷．
1．质点由西向东运动，从A点出发到达C点再返回B点后静止．如右图，若AC＝100 m，BC＝30 m，以B点为原点，向东为正方向建立直线坐标系，则出发点的位置为________m，B点的位置是________m，C点的位置为________m，A到B点的位置变化为________m，方向________．C点到B点位置变化为________m，方向________．
【解析】　以B点为原点，建立坐标轴，如下图所示．
【答案】　－70　0　30　70　向东　－30　向西
二、对位移和路程的正确理解
1．位移与路程的比较
不
同
点 位移 路程
含
义 是一条由起点指向终点的有向线段，用来表示物体的位置变化，与物体运动的路径无关 是质点运动轨迹的长度，不能描述质点位置的变化，与物体运动的路径有关
标矢量 是矢量，有向线段的指向表示位移的方向 是标量，只有大小，没有方向
相同点 单位 国际单位制中都是米(m)
2.二者的关系
(1)位移与路程不可能相同
由于位移是矢量而路程是标量，所以位移不可能和路程相同，但大小可能相等．
(2)位移小于等于路程
当物体做单方向的直线运动时，位移的大小才等于路程，但位移不是路程；当物体做曲线运动时位移的大小小于路程．
(3)同一位移路程多解
质点的始、末位置一旦确定，位移矢量是唯一的、而路程可能有多个取值．
(4)位移为零路程不一定为零
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．
位移只与始末状态的位置有关，而与中间运动过程无关．从数值上看，位移总是不大于路程．
2.如右图所示，一物体沿三条不同的路
径由A运动到B，下列关于它们位移大小的比较正确
的是(　　)
A．沿Ⅰ较大　　　　　 B．沿Ⅱ较大
C．沿Ⅲ较大 D．一样大
【解析】　该物体沿三条不同的路径由A运动到B，其路程不等，但初位置、末位置相同，即位置的变化相同，故位移一样大．
【答案】　D
三、关于矢量和标量
1．标量
只有大小而没有方向的物理量．如长度、质量、时间、路程、温度、功、能量等，其运算遵从算术法则．
2．矢量
有大小和方向的物理量．如位移、力、速度等．其运算法则不同于标量，将在后面学习．
3．矢量的表示
(1)矢量的图示：用带箭头的线段表示，线段的长短表示矢量的大小，箭头的指向表示矢量的方向．
(2)在同一直线上的矢量，可先建立直线坐标系，可以在数值前面加上正负号表示矢量的方向，正号表示与坐标系规定的正方向相同，负号则相反．
3.下列说法正确的是(　　)
A．两个运动物体的位移大小均为30 m，则这两个位移可能相同
B．做直线运动的两物体的位移x甲＝3 m，x乙＝－5 m，则x甲>x乙
C．温度计读数有正、有负，其正、负号表示方向
D．温度计读数的正、负号表示温度的高低，不能说表示方向
【解析】　当两个矢量大小相等、方向相同时，才能说两个矢量相同；直线运动的位移的“＋”、“－”号表示方向；温度是标量，标量的正、负表示大小(即温度的高低)．
【答案】　AD
小明所在学校的校门口是朝南的，他
进入校门后一直向前走120米，再向东走40
米就到了他所在的教室，请你画出他的教室
所在的位置．
【解析】　选校门口为坐标系原点，x轴正方
向表示向东，y轴正方向表示向北，以1厘米长的线段表示40米，建立坐标系，如右图所示．
【答案】　见解析
这是一道用基本知识解决实际问题的试题，建立坐标系可以准确地描述物体的位置，建立坐标系要注意：
(1)确定合适的坐标系原点，坐标系原点的确定视描述物体的位置的方便而定．
(2)确定合适的坐标系类型，若物体在平面内运动，则需建立平面直角坐标系．
(3)确定合适的标度，如果选择1厘米的线段代表10米，各坐标轴最好选相同的标度．当然，在某些特殊情况下，各坐标轴也可以选不同的标度，以便于描述物体的位置．
1－1：教室前面的讲桌桌面离地面的高度是0.8 m，坐标系原点定在桌面上，取竖直向上为正方向，如右图所示．则地面上A点的坐标是多少？
【解析】　坐标系原点定在桌面上，取竖直向上为正方向，桌面离地面的高度是0.8 m，因此A点的坐标为－0.8 m.
【答案】　－0.8 m
如右图所示，是一位晨练者每天早晨进行锻炼时的行走路线，从A点出发，沿半径分别为3 m和 5 m的半圆经B点到达C点，则他的位移和路程分别为(　　)
A．16 m，方向从A到C；16 m
B．8 m，方向从A到C；8π m
C．8π m，方向从A到C；16 m
D．16 m，方向从A到C；8π m
【解析】　位移是矢量，大小等于A、C之间的线段长度，即x＝ ＝2×3 m＋2×5 m＝16 m，方向由A指向C；路程是标量，等于两个半圆曲线的长度和，即l＝(3π＋5π)m＝8π m，故D正确．
【答案】　D
路程和位移的大小一般是不相等的，只有当质点做单向直线运动时路程才和位移的大小相等．路程只有大小、没有方向，位移既有大小又有方向．
2－1：在右图中，李明从市中心向南走400 m到一个十字路口，再向东走300 m就到了市图书馆，请在图上把李明所走的路程和位移表示出来，并说明其大小．
【解析】　如下图所示，路程是轨迹的长，是一条折线，其大小为700 m位移是从市中心到图书馆的一条有向线段，大小为500 m.
【答案】　如下图　700 m　500 m
一汽艇在广阔的湖面上先向东行驶了6 km，接着向南行驶了8 km.那么汽艇全过程的位移大小是多少？方向如何？
【解析】　汽艇在湖面上运动，它的位置及位置变化用一个平面坐标系来描述．选向东为x轴的正方向，向南为y轴的正方向，以起点为坐标原点．汽艇向东行驶了6 km，位移设为x1；再向南行驶了8 km，位移设为x2；全过程汽艇的位移设为x.汽艇的位置及位置变化情况如下图所示．由图中的几何关系可知：汽艇全过程的位移大小x＝ ＝10 km，方向tan α＝ ，α＝53°，即东偏南53°.
【答案】　10 km　东偏南53°角
3－1：如下图所示，一辆汽车在马路上行驶，t＝0时，汽车在十字路口中心的左侧20 m处；过了2 s，汽车正好到达十字路口的中心；再过3 s，汽车行驶到了十字路口中心右侧30 m处．如果把这条马路抽象为一条坐标轴x，十字路口中心定为坐标轴的原点，向右为x轴的正方向．
观测时刻 t＝0时 过2 s 再过3 s
位置坐标 x1＝ x2＝ x3＝
(1)试将汽车在三个观测时刻的位置坐标填入下表：
(2)说出前2 s内、后3 s内汽车的位移分别为多少？这5 s内的位移又是多少？
【解析】　(1)马路演化为坐标轴，因为向右为x轴的正方向，所以，在坐标轴上原点左侧的点的坐标为负值，原点右侧的点的坐标为正值，即：x1＝－20 m，x2＝0，x3＝30 m.
(2)前2 s内的位移s1＝x2－x1＝0－(－20 m)＝20 m
后3 s内的位移s2＝x3－x2＝30 m－0＝30 m
这5 s内的位移s＝x3－x1＝30 m－(－20 m)＝50 m
上述位移s1、s2和s都是矢量，大小分别为20 m、30 m和50 m，方向都向右，即与x轴正方向相同．
【答案】　(1)－20 m　0　30 m
(2)20 m　30 m　50 m　方向都与 x轴正方向相同
对位移和路程概念的区别不清，导致错误出现．
位移是表示物体位置变化的物理量，是矢量，其方向由质点初位置指向末位置，其大小是连接质点始、末位置线段的长度．路程是指质点所通过的实际轨迹的长度，它只有大小，没有方向，是标量．两点之间的位移大小为定值，但沿不同的路径经过这两点时，路程是不一样的，即路程和位移的大小没有必然联系，只有物体做单向直线运动时路程才等于位移大小．
关于质点的位移和路程，下列说法中正确的是(　　)
A．位移是矢量，位移的方向即质点运动的方向
B．路程是标量，即位移的大小
C．质点沿直线向某一方向运动，通过的路程等于位移的大小
D．物体通过的路程不等，位移可能相同
【错解】　AB
【正解】　CD
【错因分析】　举例来说明，如图甲所示，质点原来在A点，经过一段时间沿轨迹ACB运动到B点，有向线段AB表示其位移，而路程是曲线ACB的长度．
甲　　　　　　　　　 　乙
在曲线运动中，位移大小不等于路程，即使在直线运动中，位移的大小也不一定等于路程．如图乙所示，物体从初位置A经过B运动到C，后从C返回到末位置B，这时质点的位移是有向线段AB，而路程是AC＋CB.事实上，只有做直线运动的质点始终向着同一个方向运动时，位移的大小才等于路程．
位移的方向是由质点的初位置指向末位置的特定方向，通常它不是质点的运动方向．如图乙所示质点由A→B→C又返回到B整个过程中，位移方向为由A指向B，而质点回到B点时的运动方向为由B指向A.
1．关于矢量和标量，下列说法中正确的是(　　)
A．矢量是既有大小又有方向的物理量
B．标量是既有大小又有方向的物理量
C．位移－10 m比5 m小
D．－10 ℃比5 ℃的温度低
【解析】　由矢量的定义可知，A正确，B错；关于位移的正、负号只表示方向，不表示大小，其大小由数值和单位决定，所以－10 m的位移比5 m的位移大，故C错；温度的正、负是相对温度为0 ℃时高出和低于的温度，所以－10 ℃比5 ℃的温度低，故D正确．
【答案】　AD
2．关于位移和路程，以下说法正确的是(　　)
A．出租汽车按路程收费
B．出租汽车按位移的大小收费
C．在曲线运动中，同一运动过程的路程一定大于位移的绝对值(即大小)
D．在直线运动中，位移就是路程
【解析】　出租汽车按路程收费，曲线运动路径一定大于初末位置间线段的长度，所以路程一定大于位移大小，所以A、C正确．只有单向直线运动中，位移大小等于路程，而位移是矢量 ，路程是标量，任何情况下位移也不能是路程．所以D错误．
【答案】　AC
3．下图所示是为了定量研究物体的位置变化作出的坐标轴(x轴)，在画该坐标轴时规定原点在某长直公路上某广场的中心，公路为南北走向，规定向北为正方向．坐标上有两点A和B，A位置的坐标为xA＝5 m，B位置的坐标为xB＝－3 m．下列说法正确的是(　　)
①A点位于广场中心南边5 m处　②A点位于广场中心北边5 m处
③B点位于广场中心南边3 m处　④B点位于广场中心北边3 m处
A．①③　　　 　B．②④
C．①④ D．②③
【解析】　坐标系是定量化了的参考系．规定原点在广场中心，A点坐标xA＝5 m，即在广场北边(正方向)5 m处，而B点坐标xB＝－3 m即在广场南边(负方向)3 m处．
【答案】　D
4．如下图所示，一辆轿车从超市出发，向东行驶了300 m到达电影院，继续行驶了150 m到达度假村，又向西行驶了950 m到达博物馆，最后回到超市．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100 m，试求：
(1)在直线坐标系中表示出超市、电影院、度假村和博物馆的位置；
(2)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？
【解析】　轿车从电影院经度假村到博物馆的位移x＝－500 m－300 m＝－800 m，负号表示位移的方向与规定的正方向相反，即方向向西；路程为x′＝150 m×2＋300 m＋500 m＝1 100 m.
【答案】　(1)如下图
(2)800 m向西　1 100 m
5．2008年8月19日在北京奥运会主体育场“鸟巢”进行了1 500米决赛，晚上22时56分28秒发令枪一响，巴林选手拉希德·拉姆齐从400米标准跑道上最内圈的起跑点出发，绕运动场跑了三圈多，到达终点获得冠军，成绩是3分32秒，如下图所示．试根据上述信息回答下列问题：
(1)该运动员从起点到达终点所用的时间是多少？起跑和到达的时刻分别是多少？
(2)该运动员跑过的路程是多少？他的位置变化如何？
(3)如果运动员始终沿直线跑过这么长的路程，则他的位移是多少？
【答案】　(1)决赛的成绩就是所用时间，即为3分32秒，起跑时刻为22时56分28秒，到达终点的时刻为23时．
(2)路程就是路径的长度为1 500米，他的位置变化是从起跑点到终点．
(3)若沿直线，则路程就等于位移的大小，即位移大小是1 500米．