选择必修第二册 第五章 5.1.1 变化率问题（第1课时） 课件(共19张PPT)

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选择必修
第五章 一元函数的导数及其应用
5.1导数的概念及其意义
5.1.1变化率问题（第1课时）
教学目标
学习目标 数学素养
1.理解平均变化率的概念,掌握平均变化率解法的一般步骤． 1.特殊到一般的数学素养和逻辑推理素养.
2.经历由平均速度过渡到瞬时速度的过程． 2.特殊到一般的数学抽象素养.
知识背景
第五章 一元函数的导数及其应用
为了描述现实世界中的运动、变化现象，在数学中引入了函数.刻画静态现象的数与刻画动态现象的函数都是数学中非常重要的概念.在对函数的研究中，数学家创立了微积分，这是具有划时代意义的伟大创造，被誉为数学史上的里程碑.
微积分的创立与处理四类科学问题直接有关.一是已知物体运动的路程作为时间的函数，求物体在任意时刻的速度与加速度，反之，已知物体的加速度作为时间的函数，求速度和路程；二是求曲线的切线；三是求函数的最大值与最小值；四是求长度、面积、体积和重心等.历史上科学家们对这些问题的的兴趣和研究经久不衰，终于在17世纪中叶，牛顿和莱布尼茨在前人探索与研究的基础上，凭着他们敏锐的直觉和丰富的想象力，各自独立地创立了微积分.
导数是微积分的核心内容之一，是现代数学的基本概念，蕴含着微积分的基本思想；导数定量地刻画了函数的局部变化，是研究函数增减、变化快慢、最大（小）值等性质的基本工具，因而在解决诸如增长率、膨胀率、效率、密度、速度、加速度等实际问题中有着广泛应用.
在本章，我们将通过丰富的实际背景和具体实例，学习导数的概念和导数的基本运算，体会导数的内涵与思想，感悟极限的思想.通过具体实例感受导数在研究函数和解决实际问题中的作用，体会导数的意义.
新知探究
5.1.1 变化率问题（第1课时）
在必修第一册中，我们研究了函数的单调性，并利用函数单调性等知识定性地研究了一次函数、指数函数、对数函数增长 速度的差异，知道“对数增长”是越来越慢，“指数爆炸”比“直线上升”快得多.进一步地，能否精确定量地刻画变化速度的快慢呢？下面我们就来研究这个问题.
问题1 跳水运动员的速度
在一次跳水运动中，某运动员在运动过程中的重心相对于水面的高度h(单位：m)与起跳的时间t(单位：s)存在函数关系
h(t)=-4.9t2+2.8t+11.
如何描述运动员从起跳到入水的过程中运动的快慢程度呢？
知新探究
例如，在0≤t≤0.2这段时间里，
=1.82(m/s).
直觉告诉我们，运动员从起跳到入水过程中，在上升阶段运动得越来越慢，在下降阶段运动得越来越快.我们可以把整个运动时间段分成许多小段，用运动员在每段时间内的平均速度 近似地描述他的运动状态.
=-9.45(m/s).
一般地，在t1≤t≤t2这段时间里，
在1≤t≤1.5这段时间里，
.
知新探究
我们发现，运动员在0≤t≤这段时间里的平均速度为0.显然，在这段时间内，并不处于静止状态.因此，用平均速度不能准确反映运动员在这一时间段力度的运动状态.
为了精确刻画运动员的运动状态，需要引入瞬时速度的概念.
我们把物体在某一时刻的速度称为瞬时速度(instantaneous velocity).
计算运动员在0≤t≤这段时间里的平均速度，你发现了什么？你认为用平均速度描述运动员的运动状态有什么问题吗？
知新探究
设运动员在t0时刻附近某一时间段内的平均速度是，可以想象，如果不断缩短这一时间段的长度，那么将越来越趋近于运动员在t0时刻的瞬时速度.
为了求运动员在时的瞬时速度，我们在t=1之后或之前，任意取一个时刻1+ t， t是时间改变量，可以是正值，也可以是负值，但不为0.当 t>0时，1+ t在1之后；当 t<0时，1+ t在1之前.
瞬时速度与平均速度有什么关系？你能利用这种关系求运动员在时的瞬时速度吗？
当 t>0时，把运动员在[1,1+ t]时间段内近似看成做匀速直线运动，计算时间段[1,1+ t]内的平均速度，用平均速度近似表示运动员在t=1时的瞬时速度.当 t<0时，在时间段[1+ t,1]内可作类似处理.为了提高近似表示的精确度，我们不断缩短时间间隔，得到如下表格
（表5.1-1）.
用运动变化的观点研究问题是微积分的重要思想.
知新探究
表5.1-1
当 t<0时，在时间段[1+ t,1]内 当 t>0时，在[1,1+ t]时间段内 t . . . t .
.
.
-0.01 -6.951 0.01 -7.049
-0.001 -6.9951 0.001 -7.0049
-0.0001 -6.99951 0.0001 -7.00049
-0.00001 -6.999951 0.00001 -7.000049
-0.000001 -6.9999951 0.000001 -7.0000049
…… …… 知新探究
事实上，由.可以发现，当 t无限趋近于0时，
-4.9 t也无限趋近于0，所以无限趋近于，这与前面得到的结论一致.
我们发现，当 t无限趋近于0，即无论t从小于1的一边，还是从大于1的一边无限趋近于1时，平均速度都无限趋近于-7.
数学中，我们把-7叫做“当 t无限趋近于0时，的极限”，记为.
给出 t更多的值，利用计算工具计算对应的平均速度的值.当 t无限趋近于0时，平均速度有什么变化趋势？
从物理的角度看，当时间间隔| t|无限趋近于0时，平均速度就无限趋近于t=1时的瞬时速度.因此，运动员在t=1s时的瞬时速度v(1)=-7m/s.
知新探究
⑴∵.
∴.即运动员在t=0.5s时的瞬时速度为v(0.5)=-2.1m/s.
.
⑵∵.
（1）求运动员在t=0.5s时的瞬时速度；
（2）如何求运动员从起跳到入水过程中在某一时刻t0的瞬时速度？
∴.即运动员在某一时刻t0的瞬时速度为
v(t0)=-9.8t0+2.8.
知新探究
【例1】某物体的运动路程s(单位:m)与时间t(单位:s)的关系可用函数s(t)=t2+t+1表示,求物体在t=1 s时的瞬时速度.
解：
∵.
=Δt+3.
分析:计算物体在[1,1+Δt](Δt>0)或[1+Δt,1](Δt<0)内的平均速度
计算 的t=1时的瞬时速度.
∴,
∴物体在t=1 s处的瞬时的变化率为3，即物体在t=1 s时的瞬时速度为3m/s.
新知探究
拓展1：在例1条件不变的前提下,试求物体的初速度.
解：
∵=Δt+1.
∴1.
拓展2：在例1条件不变的前提下,试问物体在哪一时刻的瞬时速度为9 m/s？
∴物体在t=0 s处的瞬时的变化率为1，即物体的初速度为1m/s.
解：
设物体在t0时的瞬时速度为9 m/s.
∵.
∴=2t0+1.
∴2t0+1=9,即t0=4.
则物体在4s时的瞬时速度为9 m/s.
知新探究
反思感悟求运动物体在t=t0的瞬时速度的三个步骤
1.求时间改变量Δt和位移改变量Δs=s(t0+Δt)-s(t0)；
2.求平均速度；
3.求瞬时速度，当Δt无限趋近于0时，无限趋近于常数v,即为t0时刻的瞬时速度.
初试身手
⑴t=0时的速度为初速度，在时间段[0,0+Δt](Δt>0)，
⑵在时间段[2,2+Δt](Δt>0)，
2.一做直线运动的物体，其位移s与时间t的关系是s(t)=3t-t2.
⑴ 求此物体的初速度；
⑵求此物体在t=2时的瞬时速度.
∵=-Δt+3.
解：
∴3.
∴物体在t=0 处的瞬时的变化率为3，即物体的初速度为3.
∵=-Δt-1.
∴-1.
∴物体在t=2处的瞬时的变化率为-1，即物体在t=2时的瞬时速度为-1.
课堂小结
1. 平均速度：
2.瞬时速度
．
运动员在时间段[t0, t0＋Δt]内的平均速度为
当Δt无限趋近于0时，平均速度的极限为瞬时速度，记为
v(t0)=.
作业布置
作业：
P70 习题5.1 第1，2,3,4题.
尽情享受学习数学的快乐吧！
我们下节课再见！
谢谢
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