2019版高中物理新教材1.2 位置 位移教学设计（1）粤教版高中物理必修第一册 Word版

第一章　运动的描述
1.2 位置 位移
　　路程和位移是描述机械运动的两个最基本的物理量，要准确理解其定义及物理意义.在实际问题中，能区别路程和位移；通过实例分析，比较位移与路程的区别和联系；掌握表示位移的数学方法；明确用位移表示位置变化时，不仅要考虑其大小，还要考虑其方向；要认识到矢量运算与标量运算的法则不同，通过在一维坐标系中进行矢量运算，领悟正与负、加与减的意义；学会用有向线段表示失量运算，这样能直观、形象地认识失量运算法则.
【物理观念】理解位移的概念，知道位移与路程的区别和联系；知道矢量和标量以及两者的区别。
【科学思维】空间坐标系需要在脑海中形成立体图像，偏于解题。
【科学探究】知道直线运动中位置和位移的关系，学会用坐标系去探究位移。
【科学态度与责任】掌握物理量的矢量性，了解常见的矢量，对于后期物理的学习事半功倍。
【教学重点】
1、位移概念的理解
2、知道矢量和标量；
【教学难点】
1、路程和位移的区别与联系；二者的确定方法
2、矢量和标量的对比
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【新课导入】
我国西部的塔克拉玛干沙漠，远眺不见边际，抬头不见飞鸟，沙漠中布满了一两百米高的沙丘，像大海的巨浪.塔克拉玛干沙漠又被称为“死亡之海”
如果一支探险队要进入该沙漠探险，那么他们需要弄清楚三个重要的问题：身处何方？要去哪里？最佳路线是什么？而这三个问题涉及描述物体运动的三个物理量：位置、位移和路程.
【新课讲授】
位置
在生活、生产和技术应用中，人们经常要关心或考虑物体的位置及位置的变化，如行驶的汽车、航行的船只、移动的台风、飞行的火箭等.位置是指运动质点某一时刻在空间所处的地方.
为了表示运动质点的位置，首先应该选取一个参考系，然后在参考系上建立坐标系.
质点的位置，可由质点在坐标系中的坐标来确定.坐标系就是为了定量的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。下面介绍三中常用坐标系：
1.一维直线坐标系：物体做直线运动时，其位置可用直线坐标系的坐标x表示。适用于物体做直线运动。
2.二维平面直角坐标系：物体在某一平面上运动时，其位置可用平面直角坐标系的坐标来表示。适用于物体做曲线运动。
3.三维空间坐标系：物体在某一空间上运动时，其位置可用平面直角坐标系的坐标来表示.适用于物体做较复杂的运动。
【典型例题】
湖中O点有一观察站，一小船从O点出发向东行驶4km，又向北行驶3km，则在O点的观察员对小船位置的报告最为精确的是（sin370=0.6）（ ）
小船的位置变化了7km
小船向东北方向运动了7km
小船向东北方向运动了5km
小船的位置在东偏北370方向，距离O点5km处
【答案】D
【解析】小船从O点出发向东行驶4km，又向北行驶3km，则位移大小为，则0=370，即小船的位置在东偏北370方向，距离O点5km处.故选D.
二、位移
问题：质点在运动过程中，它的位置随时间不断地变化，那么怎样表示质点位置的变化呢？
条条大路通罗马，在通往罗马不同的道路上，他们所走过的路是一样的吗？
“广州白云国际机场”和目的地“祖庙”后，软件界面上会显示出多条不同的路线。我们所选择的出行路线不同，经过的路程也就不同.
★我们该如何描述物体的运动呢？
我们知道，路程是物体运动轨迹的长度.在上例中，我们所选择的出行路线不同，经过的路程也就不同.为此，我们需要引入一个新的物理量描述物体位置的变化.
一般而言，当物体从起始位置A运动到末位置B时，尽管可以沿不同的轨迹、经历不同的路程，但位置变动的大小和方向是确定的，在物理学中就用位移（displacement）来表示质点的位置变化.位移用从物体运动的起始位置指向末位置的有向线段来表示。如图所示，质点从点A运动到点B的位移可以用从起始位置A指向末位置B的有向线段AB来表示，其大小就是有向线段AB的长度，其方向是有向线段AB的方向.
物体的位移既有大小又有方向.一旦确定物体的起始位置和末位置，物体的位移就确定了。质点的位移与运动路径无关，只与始、末位置有关.位移与路程不同，路程是质点运动轨迹的长度（如图中从A到B的曲线1和曲线2），只有大小没有方向.
位移和路程在国际单位制中的单位都是米，符号为m.常用的单位还有千米（km）、厘米（cm）、毫米（mm）等.
★概念辨析：
1.路程和位移是从不同角度来描述物体的运动。
2.路程无法确定位置的变化，而位移表示位置的变化.
3.同样的位置变化，位移只有一个，路程可能有无数个。
4.位移和路程是两个不同性质的物理量，两者不可能相同.
★方法技巧：
位移和路程的确定方法
1.明确研究过程。
2.确定过程的初位置和末位置.
3.作出从初位置指向末位置的有向线段，这条线段就是位移。
4.画出物体运动轨迹的示意图，实际路径的长度就是路程。
★拓展延伸：
关于直线运动的位置和位移，可以归纳如下：
x为正时，位置在正半轴
直线 位置用坐标x表示位移
运动 x为负时，位置在负半轴
的位
置和 为正时，位移是正方向
位移 为负时，位移是负方向
★解题模板：
直线运动的位移的计算方法
1.先沿直线运动的方向建立一维坐标系.
2.确定运动初、末位置的坐标、
3.由初、末位置坐标之差计算运动的位移，若>0，表示位移的方向沿x轴正方向；若<0，表示位移的方向沿x轴负方向.这样就可以用一个带正负号的数值，把直线运动的位移大小和方向表示出来了。
【典型例题】一位同学去天安门广场观看升旗仪式.如图所示，他从西四（图中A位置）出发，沿西四南大街向南走到西单（图中B位置），然后沿西长安街向东到达天安门广场（图中C位置）.他利用网络地图的测距功能测得：A、B间的距离约为1.9km，B、C间的距离约为2.0km，A、C间的距离约为2.7km.由以上信息可知，他从西四到天安门广场的位移大小约为（ ）.
A.2.7.km B.3.9km C.4.7km D.6.6km
【答案】A
三、位移-时间图像
当质点做直线运动时，可以把位置看成是一种特殊的位移，即物体相对于坐标原点的位移，它的起点在坐标原点，终点在该时刻物体所在的位置.
我们可以用多种方法来描述一个物理量随另一个物理量变化的情况，如在上述问题中，我们用列表的方法描述小车P的位置随时间变化的情况；我们也可以以时间t为横坐标，以位移s为纵坐标，通过在坐标纸上描点作图的方法来描述小车P的位移随时间变化的情况.我们把这种描述方法称为图像法，以此得到的图像称为位移一时间图像或s-t图像。
★图像的建立：
在平面直角坐标系中，用横轴表示时间t，纵轴表示位移x，如图所示，根据给出（或测定）的数据，作出几个点的坐标，用平滑曲线（包括直线）将几个点连起来，则这条线就表示了物体的运动特点，这种图象就叫作位移一时间（x-t）图象，简称位移图象.
★图像的意义：
x-t因象描述的是位移x随时间：变化的规律。
★对位移一时间图象的理解
（1）物体的x-t图象和物体的运动轨迹不同。
（2）若图象不过原点，有两种情况：a.图线在纵轴上的截距表示开始计时时物体相对于参考点的位移；b.图象在横轴上的裁距表示物体从参考点出发前的时间。
（3）两图线相交说明两物体相遇，其交点的横坐标表示相遇的时刻，纵坐标表示相遇处相对于参考点的位移。
（4）图线是倾斜的直线（如图甲中图线②③④），表示物体做匀速直线运动；图线是曲线（如图乙中图线⑤④），则表示物体做变速运动。
（5）图线与横轴有交点（如图甲中图线④），表示物体从参考点的一边运动到参考点的另一边.
（6）图线平行于t轴，即斜率为零，说明物体的速度为零，表示物体静止，如图甲中图线①；图线斜率为正值，表示物体沿与规定的正方向相同的方向运动；图线斜率为负值，表示物体沿与规定的正方向相反的方向运动。
★误区防错：
1.位移一时间图象不是物体的运动轨迹。
2.位移一时间图象无论是直线还是曲线，物体都是做直线运动。
3.判断物体有无往返，要看位移一时间图象的斜率，斜率有正有负，则表示有往返运动。
【典型例题】（多选）如图所示，A、B两物体从同一地点开始运动.由A、B两物体的位移一时间图象可知，下列说法中正确的是（ ）
A、B两物体同时从同一位置向同一方向运动
A、B两物体自同一位置向同一方向运动，B比A晚出发2s
A、B两物体速度大小均为10m/s
A、B两物体在A出发后4s、距出发点20m处相遇
【解析】两物体在同一地点、沿同一方向运动，但是B物体比A物体晚出发2s，选项A错误，B正确；A物体的速度为5m/s，B物体的速度为10m/s，选项C错误；4s时两物体的位移都是20m，表示两物体相遇，选项D正确。
【答案】B、D
四、矢量和标量
在物理学中，像位移这样的物理量叫作矢量（vector），它既有大小又有方向；而像温度、质量、体积、长度、时间、路程这些只有大小没有方向的物理量，叫作标量（scalar）.
矢量和标量的算法遵从不同法则
★概念辨析：
1.标量：只有大小、没有方向的物理量。
2.矢量：既有大小、又有方向的物理量。
3.失量的表示方法：
（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，可以先建立直线坐标系，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.同一直线上的失量运算可简化为代数运算.
★标量和矢量的对比：
1.数值上的差异
（1）有些标量只能取正值，其数值表示标量的大小.有些标量数值可取正，也可取负，其中有的正负表示大小，如温度；有的正负表示电性，如电荷量的正负；还有一些标量，如功，它们的正负表示能量转化的方向。
（2）矢量的数值，均可分为正负号和绝对值两部分，其中正负号表示失量的方向，绝对值表示矢量的大小.
2.逗然不同的运算法则
（1）标量均是按一般的代数运算法则对其包含正负号在内的数值进行运算.
（2）失量运算不是按一般的代数法则，而是运用平行四边形定则（或三角形定则）进行运算。
【典型例题】
（多选）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.位移一10m比5m小
D.-10C比5℃的温度低
【答案】A、D
1、本节课在高考中有两个考点，需要理解位移的概念，知道位移与路程的区别和联系；知道矢量和标量及两者的区别，考察的形式多以选择题，单独考查时难度较小，主要考查位移的计算、矢量和标量的辨析。
2、本节的相关考点会和力学或电学综合计算试题中，一般涉及对位移和时间概念的理解和运用。