2.3 匀变速直线运动的位移与时间的关系 课件 （共22张PPT）2024-2025学年高一上学期物理人教版必修第一册第二章 匀变速直线运动的研究（2019）必修第一册
文档属性
| 名称 | 2.3 匀变速直线运动的位移与时间的关系 课件 （共22张PPT）2024-2025学年高一上学期物理人教版必修第一册第二章 匀变速直线运动的研究（2019）必修第一册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 676.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-07-25 12:23:27 | ||
图片预览
文档简介
(共22张PPT)
第二章 匀变速直线运动的研究
2.3 匀变速直线运动的位移与时间的关系
导入新课
由做匀速直线运动物体的v-t图像可以看出，在时间t内的位移x对应图中着色部分的矩形面积。
那么，做匀变速直线运动的物体，在时间t内的位移与时间会有怎样的关系？
匀速直线运动的位移x=vt
v
t
在v-t图像中图线与坐标轴围成的面积等于位移的大小。
匀速直线运动
在v-t图像中图线与坐标轴围成的面积等于位移的大小。
匀变速直线运动
做匀速直线运动物体的位移可以通过它的v-t图像求解。这个方法，对分析匀变速直线运动的位移问题有很好的启示。
图像法
匀变速直线运动的位移
图是某物体做匀变速直线运动的v-t图像，初速度为v0，加速度为a。做匀变速直线运动的物体，其位移大小可以用v-t图像中着色部分的梯形面积来表示。
梯形的面积：
上底=初速度v0
下底=末速度v
高=时间t
梯形的面积：
上底=初速度v0
下底=末速度v
高=时间t
得：
将v=v0+at代入上式，有
位移公式：
①不管图线的形状如何，在v-t图像中，图线与坐标轴所围的面积大小都表示相应的位移。面积在t轴上方表示位移为正，下方表示位移为负。
位移公式：
②因为υ0、α、x均为矢量，使用公式时应先规定正方向。若物体做匀加速运动,a取正值；若物体做匀减速运动,则a取负值。
③若v初=0,则x=
④代入数据时，各物理量的单位要统一用国际单位制。
v(m/s)
t/s
0 1 2 3 4
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
【例题 1】航空母舰的舰载机既要在航母上起飞，也要在航母上降落。
（1）某舰载机起飞时，采用弹射装置使飞机获得 10 m/s 的速度后，由机上发动机使飞机获得 25 m/s2 的加速度在航母跑道上匀加速前进，2.4 s 后离舰升空。飞机匀加速滑行的距离是多少？
（2）飞机在航母上降落时，需用阻拦索使飞机迅速停下来。若某次飞机着舰时的速度为 80 m/s，飞机钩住阻拦索后经过 2.5 s 停下来。将这段运动视为匀减速直线运动，此过程中飞机加速度的大小及滑行的距离各是多少？
【分析】两个问题都是已知匀变速直线运动的时间来计算位移。
第（1）问需要用匀变速直线运动的位移与时间的关系式计算。
第（2）问中，飞机着舰做匀减速直线运动的加速度需要根据速度与时间的关系式计算。匀减速运动各矢量的方向较为复杂，因此需要建立一维坐标系来确定它们的正负。
解：（1）根据匀变速直线运动的位移与时间的关系式，有
（2）沿飞机滑行方向建立一维坐标系，飞机初速度 v0 ＝ 80m/s，末速度 v ＝ 0，根据匀变速直线运动的速度与时间的关系式，有
加速度为负值表示方向与 x 轴正方向相反。
再根据匀变速直线运动的位移与时间的关系式，有
【答案】（1）飞机起飞时滑行距离为 96 m。（2）着舰过程中加速度的大小为 32 m/s2，滑行距离为100 m。
速度与位移的关系
位移公式： ①
速度公式： ②
联立求解，消去时间t。
由②式得
，代入①式得
v2-v02=2ax
这就是匀变速直线运动的速度与位移的关系式。如果在所研究的问题中，已知量和未知量都不涉及时间，利用这个公式求解，往往会更简便。
①当v0=0时，v2=2ax
物体做初速度为零的匀加速直线运动，如自由落体问题。
②当v=0时，-v02=2ax
物体做匀减速直线运动直到静止，如刹车问题。
【例题2】动车铁轨旁两相邻里程碑之间的距离是1km。某同学乘坐动车时，通过观察里程碑和车厢内电子屏上显示的动车速度来估算动车减速进站时的加速度大小。当他身边的窗户经过某一里程碑时，屏幕显示的动车速度是126km/h。动车又前进了 3 个里程碑时，速度变为 54 km/h。把动车进站过程视为匀减速直线运动。
那么动车进站的加速度是多少？
它还要行驶多远才能停下来？
【分析】 由于把动车进站过程视为匀减速直线运动，因此可以应用匀变速直线运动的速度与位移关系式计算动车的加速度。本题加速度方向跟速度方向相反，因此需要建立一维坐标系来处理相关物理量的正负号。
【解析】 沿动车运动方向为正方向建立一维坐标系。把动车通过 3000 m 的运动称为前一过程，之后到停下来称为后一过程。
设在前一过程中的末位置为 M 点。初速度 v0 ＝ 126 km/h ＝ 35 m/s，末速度 vM ＝ 54 km/h ＝ 15 m/s，位移 x1 ＝ 3 000 m。
对前一过程，根据匀变速直线运动的速度与位移的关系式，有
对后一过程，末速度 v ＝ 0，初速度 vM ＝ 15 m/s。
由 v2 ＝ vM2 ＋ 2ax2，有
【答案】动车进站的加速度大小为 0.167 m/s2，方向与动车运动方向相反；还要行驶 674 m 才能停下来。
拓展学习
匀变速直线运动位移公式的推导
图甲是某物体以初速度v0做匀变速直线运动的v-t图像。如果我们像图乙那样，把物体的运动分成几个小段，例如算一个小段，每小段起始时刻物体的瞬时速度由相应的纵坐标表示。在每一小段内，可粗略认为物体以这个速度做匀速直线运动。因此，我们以每小段起始时刻的速度乘时间，近似地当作各小段中物体的位移。在v-t图像中，各段位移可以用一个又窄又高的小矩形的面积代表。5 个小矩形的面积之和近似地代表物体在整个运动过程中的位移。
位移等于v-t 图线下面的面积
如果以这5个小矩形的面积之和算出的位移代表物体在整个过程中的位移，显然位移就少算了。为了精确一些，可以把运动过程划分为更多的小段，如图丙所示，用所有这些小段的位移之和，近似代表物体在整个过程中的位移。小矩形越窄，多个小矩形的面积之和越接近物体的位移。
可以想象，如果把整个运动过程分割得非常非常细，很多很多小矩形的面积之和就能非常精确地代表物体的位移了。这时，很多很多小矩形顶端的“锯齿形”就看不出来了，这些小矩形合在一起成了一个梯形OABC（图丁）。这个梯形的面积就代表做匀变速直线运动的物体从开始（此时速度是v0）到 t 时刻（此时速度是v）这段时间间隔的位移。
上面这种分析问题的方法具有一般意义，原则上对于处理任意形状的v-t图像都适用。对于右图所示的运动物体的位移，可用其v-t 图像着色部分图形的面积来表示。
在处理较复杂的变化量问题时，常常先把整个区间化为若干个小区间，认为每一小区间内研究的量不变，再求和。这是物理学中常用的一种方法。
位移等于v-t曲线下面的面积
完成课后相关练习
第二章 匀变速直线运动的研究
2.3 匀变速直线运动的位移与时间的关系
导入新课
由做匀速直线运动物体的v-t图像可以看出，在时间t内的位移x对应图中着色部分的矩形面积。
那么，做匀变速直线运动的物体，在时间t内的位移与时间会有怎样的关系？
匀速直线运动的位移x=vt
v
t
在v-t图像中图线与坐标轴围成的面积等于位移的大小。
匀速直线运动
在v-t图像中图线与坐标轴围成的面积等于位移的大小。
匀变速直线运动
做匀速直线运动物体的位移可以通过它的v-t图像求解。这个方法，对分析匀变速直线运动的位移问题有很好的启示。
图像法
匀变速直线运动的位移
图是某物体做匀变速直线运动的v-t图像，初速度为v0，加速度为a。做匀变速直线运动的物体，其位移大小可以用v-t图像中着色部分的梯形面积来表示。
梯形的面积：
上底=初速度v0
下底=末速度v
高=时间t
梯形的面积：
上底=初速度v0
下底=末速度v
高=时间t
得：
将v=v0+at代入上式，有
位移公式：
①不管图线的形状如何，在v-t图像中，图线与坐标轴所围的面积大小都表示相应的位移。面积在t轴上方表示位移为正，下方表示位移为负。
位移公式：
②因为υ0、α、x均为矢量，使用公式时应先规定正方向。若物体做匀加速运动,a取正值；若物体做匀减速运动,则a取负值。
③若v初=0,则x=
④代入数据时，各物理量的单位要统一用国际单位制。
v(m/s)
t/s
0 1 2 3 4
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
【例题 1】航空母舰的舰载机既要在航母上起飞，也要在航母上降落。
（1）某舰载机起飞时，采用弹射装置使飞机获得 10 m/s 的速度后，由机上发动机使飞机获得 25 m/s2 的加速度在航母跑道上匀加速前进，2.4 s 后离舰升空。飞机匀加速滑行的距离是多少？
（2）飞机在航母上降落时，需用阻拦索使飞机迅速停下来。若某次飞机着舰时的速度为 80 m/s，飞机钩住阻拦索后经过 2.5 s 停下来。将这段运动视为匀减速直线运动，此过程中飞机加速度的大小及滑行的距离各是多少？
【分析】两个问题都是已知匀变速直线运动的时间来计算位移。
第（1）问需要用匀变速直线运动的位移与时间的关系式计算。
第（2）问中，飞机着舰做匀减速直线运动的加速度需要根据速度与时间的关系式计算。匀减速运动各矢量的方向较为复杂，因此需要建立一维坐标系来确定它们的正负。
解：（1）根据匀变速直线运动的位移与时间的关系式，有
（2）沿飞机滑行方向建立一维坐标系，飞机初速度 v0 ＝ 80m/s，末速度 v ＝ 0，根据匀变速直线运动的速度与时间的关系式，有
加速度为负值表示方向与 x 轴正方向相反。
再根据匀变速直线运动的位移与时间的关系式，有
【答案】（1）飞机起飞时滑行距离为 96 m。（2）着舰过程中加速度的大小为 32 m/s2，滑行距离为100 m。
速度与位移的关系
位移公式： ①
速度公式： ②
联立求解，消去时间t。
由②式得
，代入①式得
v2-v02=2ax
这就是匀变速直线运动的速度与位移的关系式。如果在所研究的问题中，已知量和未知量都不涉及时间，利用这个公式求解，往往会更简便。
①当v0=0时，v2=2ax
物体做初速度为零的匀加速直线运动，如自由落体问题。
②当v=0时，-v02=2ax
物体做匀减速直线运动直到静止，如刹车问题。
【例题2】动车铁轨旁两相邻里程碑之间的距离是1km。某同学乘坐动车时，通过观察里程碑和车厢内电子屏上显示的动车速度来估算动车减速进站时的加速度大小。当他身边的窗户经过某一里程碑时，屏幕显示的动车速度是126km/h。动车又前进了 3 个里程碑时，速度变为 54 km/h。把动车进站过程视为匀减速直线运动。
那么动车进站的加速度是多少？
它还要行驶多远才能停下来？
【分析】 由于把动车进站过程视为匀减速直线运动，因此可以应用匀变速直线运动的速度与位移关系式计算动车的加速度。本题加速度方向跟速度方向相反，因此需要建立一维坐标系来处理相关物理量的正负号。
【解析】 沿动车运动方向为正方向建立一维坐标系。把动车通过 3000 m 的运动称为前一过程，之后到停下来称为后一过程。
设在前一过程中的末位置为 M 点。初速度 v0 ＝ 126 km/h ＝ 35 m/s，末速度 vM ＝ 54 km/h ＝ 15 m/s，位移 x1 ＝ 3 000 m。
对前一过程，根据匀变速直线运动的速度与位移的关系式，有
对后一过程，末速度 v ＝ 0，初速度 vM ＝ 15 m/s。
由 v2 ＝ vM2 ＋ 2ax2，有
【答案】动车进站的加速度大小为 0.167 m/s2，方向与动车运动方向相反；还要行驶 674 m 才能停下来。
拓展学习
匀变速直线运动位移公式的推导
图甲是某物体以初速度v0做匀变速直线运动的v-t图像。如果我们像图乙那样，把物体的运动分成几个小段，例如算一个小段，每小段起始时刻物体的瞬时速度由相应的纵坐标表示。在每一小段内，可粗略认为物体以这个速度做匀速直线运动。因此，我们以每小段起始时刻的速度乘时间，近似地当作各小段中物体的位移。在v-t图像中，各段位移可以用一个又窄又高的小矩形的面积代表。5 个小矩形的面积之和近似地代表物体在整个运动过程中的位移。
位移等于v-t 图线下面的面积
如果以这5个小矩形的面积之和算出的位移代表物体在整个过程中的位移，显然位移就少算了。为了精确一些，可以把运动过程划分为更多的小段，如图丙所示，用所有这些小段的位移之和，近似代表物体在整个过程中的位移。小矩形越窄，多个小矩形的面积之和越接近物体的位移。
可以想象，如果把整个运动过程分割得非常非常细，很多很多小矩形的面积之和就能非常精确地代表物体的位移了。这时，很多很多小矩形顶端的“锯齿形”就看不出来了，这些小矩形合在一起成了一个梯形OABC（图丁）。这个梯形的面积就代表做匀变速直线运动的物体从开始（此时速度是v0）到 t 时刻（此时速度是v）这段时间间隔的位移。
上面这种分析问题的方法具有一般意义，原则上对于处理任意形状的v-t图像都适用。对于右图所示的运动物体的位移，可用其v-t 图像着色部分图形的面积来表示。
在处理较复杂的变化量问题时，常常先把整个区间化为若干个小区间，认为每一小区间内研究的量不变，再求和。这是物理学中常用的一种方法。
位移等于v-t曲线下面的面积
完成课后相关练习