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第五章 物体的运动 精讲
首要的问题
为什么要学习“物体的运动”?
通过“物体的运动”的学习,应该形成的物理观念与方法?
如何学习“物体的运动”?
我们认识到世界是运动变化着的,变化是复杂的,但变化也是有规律的。我们可以从最基本的运动变化开始,用定量的方法去认识这个复杂多变的运动。
要学会如何描述物体的运动,首先从定量的测量开始,对选定的研究对象与参照物,从路程、时间、速度三个方面进行定量描述。
要学会观察与测量,会确定研究对象,建构物理模型,用比较与分析的方法手段,运用物理量描述运动,并进行定量计算与对比。
学习目标
能确定参照物与运动物体(研究对象),会利用示意图分析与判断物体的运动过程与状态;
知道测量的长度与时间的初步规范,了解测量误差。会用刻度尺、秒表探究物体直线运动的规律;
知道速度的意义,会用速度、路程等物理量或路程—时间等图像描述物体的运动;
知道匀速直线运动与变速直线运动的异同,并能分别用速度与平均速度进行计算。
构建物体的运动知识结构
一、运动的知识结构
参照物
研究对象:运动物体
物体的运动
运动情况(分类)
速度(运动快慢)
直线运动
曲线运动
两个基本量
速度与平均速度
长度
时间
匀速直线运动
变速直线运动
静止
运动
测量
计算
二、基础测量
测量
长度的测量
单位及换算
工具及使用
误差及减小方法
(无法避免)
公认的标准量
比较的方法规范
比较方法的改进
多次测量取平均
选用更精密工具
工具:刻度尺
使用规范:
会选、会放、会看、会读、会记
注意:(1)不要少估计值(一位)
(2)不要漏写单位
练一练:会记录长度测量值
1.某同学用毫米刻度尺去测量一物体的长度,五次测量的结果分别是5.32cm、5.34cm、5.335cm、5.35cm、5.53cm,其中错误的是__________,无意义的是__________ ,该物体的长度应记作__________cm
注意:(1)尺的放法与具体的尺有关
(2)不同刻度尺还有具体不同使用方法
分析
毫米刻度尺应该记录到毫米下一位;准确值部分应该相同。剩下三个求平均5.33666 …,估计值只能一位,所以记作5.34
5.34
5.53cm
5.335cm
二、基础测量
长度l 的单位
国际单位:
米 m
常用单位:
千米 km、分米dm、
厘米cm、毫米mm、
微米μm、纳米nm
练一练:会估测、会换算
体验:人体上的尺
大拇指甲宽度约1cm
指甲厚度约1mm
“一拃”约为8cm
“一庹”约为身高
成人一步约是75cm
脚长七倍约为身高
1km=103m
1m=10dm=102cm=103mm
1mm=103 μm
1μm=103 nm
2.李明的身高是16.8 ,合 km,或 μm;
一张纸的厚度约0.075 ,合 nm
mm
dm
1.68×10-3
1.68×106
7.5×104
特殊测量方法
一叠纸厚度/mm
一叠纸张数
方法一:测多算少
方法二:化暗为明
思路:用放大、变直、平移等方法,化不便测量为容易测量
二、基础测量
时间t 的测量
工具:计时器(秒表、停表、钟表)
使用规范:
会用、会读、会记
注意:不要漏写单位
主单位:
常用单位:
秒 s
1h=60min=3600s
说明:(1)光年不是时间单位,是长度单位;
(2)区分时间与时刻。
体验:人体上的“钟” ——脉搏
3s
1min40.3s
1s=1000ms(103ms)
物理实验室中,一般用秒表(停表)来计时,可以精确到0.1秒,而现在运动会电子计时系统可以精确到0.01秒,科学实验中运用的计时仪器还可以精确到几十万分之一秒,甚至更小。
分min、时h
还有:毫秒ms
三、机械运动
机械运动(运动)
运动物体
直线运动
曲线运动
匀速直线运动
变速直线运动
路径分
快慢分
一个物体相对于另一个物体位置改变的过程
参照物
研究对象
运动
时间
路程
相同时间比路程
相同路程比时间
快慢比较方法
速度
平均速度
快慢描述
判断一个物体是否运动时,被选作标准的物体(事先假定为不动的物体)
静止(相对静止)
运动(相对运动)
参照物的选择
任意(结果不同)
通常选地面或地面上固定物体
练一练:参照物判断
3.甲、乙、丙三辆汽车,同时沿水平公路向东行驶,甲、乙两车速度相同,丙车速度较快,试分析解答:
(1)某人看到三辆车均向东行驶,他是以什么作参照物的?
(2)以丙车为参照物,甲、乙两车作什么运动?
(3)以甲车为参照物,乙丙两车作什么运动?
(4)以什么物体为参照物,三辆车均向西运动?
分析
(1)我们讨论地面上物体运动时,通常以地面或相对地面静止的物体为参照物,且一般不另作说明。故题目中说三辆车向东行驶,就是以公路或路边的树木、建筑物为参照物。
(2)以地面为参照物,三辆车向东行驶,且丙车速度最大。以出发时三辆车平行行驶来研究,以丙车为参照物,甲、乙两车在远离丙车,即两车向西运动。
(3)以地面为参照物,三辆车向东行驶,甲、乙速度相同,丙车速度最大。以甲车为参照物,乙相对甲位置不发生改变,即乙静止;丙车离开甲车往前,即丙车在向东运动。
(4)若观察者站在另一辆向东行驶,且速度比丙更快的汽车上,会发现甲、乙、丙三辆车均在远离他向西而去。即以公路上一辆向东速度更大的汽车为参照物,甲、乙、丙三辆车均向西运动。
4.有一气球停留在空中不动,一位刚从飞机上跳下来的跳伞员,看到的是气球在向上运动,他选定的参照物是 ( )
A.气球 B.飞机 C.自己 D.地球
C
四、匀速直线运动与变速直线运动
匀速直线运动 变速直线运动
特征 直线运动
相等时间通过路程相同(速度不变) 直线运动
相等时间通过路程不同(速度改变)
描述 速度:单位时间通过的路程。 平均速度:路程与对应时间的比值。
描述物体运动快慢(物理意义) 粗略描述物体运动快慢(物理意义)
主单位:米/秒 m/s 常用单位:厘米 /秒 cm/s 、千米 /小时 km/h
换算关系:1m/s=100 cm/s 1m/s=3.6 km/h
路程-时间图像 速度-时间图像
举例
练一练:运动的鉴别
5.如图所示,小明同学在相等时间间隔里运动的情景,可能做匀速运动的是 ;做变速运动的是 。
练一练:区分平均速度与速度平均
6. 小华同学的家附近有一公共自行车站点,他经常骑公共自行车去上学,某一次从家到学校运动的s-t 图象如图所示,则小华从家到学校过程中各段的平均速度分别是,0~3min内是 ;3~5min内是 ;5~10min内是 ;全程总的平均速度是 。
分析
B
C、D
平均速度等于路程与对应时间的比值
0.83m/s
0
4m/s
2.25m/s
全程的平均速度
速度平均
平均速度与速度平均不是同一个概念,要注意区分。
练一练:计算题表达规范
7.一列长360m的火车以108km/h的速度匀速驶过隧道,测得火车完全通过隧道需要72s,求:
(1)火车的速度108km/h合 m/s;
(2)隧道的长度;
(3)火车全部在隧道内运动的时间.
分析
72秒火车完全通过隧道的距离包括隧道长和车长。
火车全部在隧道内运动的距离应该是隧道长减去车长。
解:
(2)火车72s通过距离
隧道的长度
(3)火车完全在隧道内通过距离
火车完全在隧道内的时间
30
答(2)隧道的长度为1800m;
(3)火车全部在隧道内运动的时间为48s。
示意图分析
五、学生实验
探究玻璃管中气泡的运动规律
实验目的:
实验方案:
实验器材:
实验记录:
数据处理:
实验反思:
测路程
测时间
相同路程比时间
为什么从10cm处开始计时,能否从管口处开始?
从何处开始计时比较合理呢?
能否采用相同时间比路程的方法进行测量呢?
玻璃管倾斜时气泡的运动规律一样吗?
等等
这里长度测量能够精确到毫米吗?为什么?
路程l/m 10 20 30 40
时间t/s
速度v/m·s-1
练一练:认识图像
8.如图是四个物体沿直线运动时的运动图像,其中能够表示物体做匀速直线运动的图像是 。
分析
A图:路程与时间成正比,物体运动速度不变;
B图:路程与时间是一次函数关系,路程随时间均匀减少,物体速度不变;
C图:物体做速度不变的直线运动;
D图:物体的速度随时间均匀增加,物体做加速运动。
A、B、C
练一练:实验问题
9.在学习《速度》一节内容后,同学们想探究纸锥下落快慢与锥角以及扇形半径的关系。他们用普通复印纸裁出3个不同规格的扇形纸片,制成了如图甲所示的3个纸锥实验中,纸锥每次从相同高度由静止释放,用秒表多次测量每个纸锥下落的时间,取平均值后记录在表格中。
纸锥编号 下落高度h/m 扇形纸片半径r/cm 剪掉的扇形圆心角θ/° 纸锥锥角α/° 下落时间t/s
1 1.9 10 90 81.9 2.20
2 1.9 10 135 71.1 1.84
3 1.9 5 90 81.9 2.20
(1)对于纸锥下落前的初始位置,有乙图所示的两种摆放方式,你认为正确的是
(选填“A“或“B”)。
(2)分析表中数据,根据实验探究目的,你得出的结论是:
。
(3)小明随后用同种纸张制成了质量相等的两个纸锥如图丙,其中4号纸锥的锥角比5号纸锥的锥角大,如果从相同的高度同时由静止释放两个纸锥,以下选项正确的是 。
A.4号纸锥先到地面? B.5号纸锥先到地????C.两个纸锥同时到达地面?
分析
(1)先着地的是锥尖,相同高度h,应是“A”
(3)利用(2)的结论即可知选“B”
A
B
纸锥下落的快慢与半径无关,而与锥角有关,锥角越小,下落越快
六、直线运动的问题解决
练一练:学会用示意图分析运动过程
10.小明家离学校2km,他以5km/h的速度步行上学,小明出发6min后,他父亲发现儿子的教科书忘记带上了,并立即骑车以15km/h的速度沿小明上学的方向去追赶。求:
(1)在这段时间里,小明走了多长距离;
(2)小明父亲追上小明需要的时间;
(3)如果小明父亲发现小明忘带教科书的同时,小明自己也发现了并立即掉头返回,则小明与父亲在途中相遇时离学校多远。
分析
示意图分析
家
学校
A
B
C
D
6min
父追t
t
(1)小明6min运动到C点
(2)父亲在D追上点小明
(3)如果小明父亲发现小明忘带教科书的同时,小明自己也发现了并立即掉头返回,则小明与父亲在途中相遇时离学校多远。
分析
(3)小明6min运动到C点掉头,
与父相遇在D点
示意图分析
家
学校
A
B
C
D
6min
父追t
t
相遇处离学校s
D点离学校
本题也可以用图像法求解
小题(1)(2)图解法
小题(3)图解法
练一练:列车时刻表类问题
11.2018年4月10日7点25分,银红配色的京沪高铁“复兴号”G6次动车组列车,首次驶入苏州北站.与“和谐号”相比,“复兴号”除了外表更鲜亮外,最显著的就是车厢的高度和宽度都有所增长,行车的稳定性和乘坐的舒适感更佳,下表为G6次列车运行时刻表:
(1)乘坐G6次列车,从苏州到北京的时间只需 h min;
(2)上海到北京南的高铁里程是1325 km,则G6次列车从上海到北京运行的平均速度是
km/h(保留一位小数)。
分析
(1)乘坐列车的时间应该是北京到站的时刻减去苏州发车的时刻;
4
6
(2)全程的平均速度应该是通过的路程s=1325km所用的全部时间
t=11:33-7:00=4h33min=4.55h
291.2
练一练:综合问题的解答
12.探究小球在斜面上的运动规律如图甲所示,小球以初速度20m/s从A点沿着足够长的光滑斜面滑下,它在斜面上的速度ν 随时间t 均匀变化。实验数据如下表
(1)根据表中数据,在图乙中描点并画出小球的v﹣t图象。
(2)小球的运动速度v 与时间t 的关系式为v= ;
(3)如图丙所示,以速度v1做匀速直线运动的物体在时间t 内通过的路程是s1=v1t1,它可以用图线与时间轴所围矩形(阴影部分)的面积表示。同样,图乙中图线与时间轴所围图形的面积,也能表示这个小球在相应时间t 內通过的路程s。上述小球从A点沿光滑斜面滑下,在时间t 内通过的路程的表达式为s= 。
t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
v/m·s-1 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
分析
(2)由图像,v与t 为一次函数v=kt+b ,取两组数据代入求出 b =2.0m/s k=5m/s2
5t+2.0
(3)由题意知在v﹣t 图象中用图像围的面积表示路程,求出t 时间小球图像围的面积即可
2.0t +2.5t2
(m/s)
(m)
七、总结:运动学的核心内容
参照物
时间与时刻
过程描述
速度—主要描述状态
图像—主要描述过程
运动与静止的相对性
运用手段
示意图直观化分析
运动学问题的解题思路
(1)确定研究对象
(2)判断清楚运动状态与过程
(3)找准已知条件和所求量
(4)合理运用公式正确求解
八、思考题
2.小明的家与学校之间隔有一座山。小明每天上学的过程中,有五分之二的路程是上坡路,其余都是下坡路,他从家到学校要走36分钟。如果小明上坡行走速度不变,下坡行走速度不变。而且上坡行走速度与下坡行走速度之比为2:3,那么小明放学回家要走多长时间?
1.车站中自动扶梯匀速运行时,用t1分钟将站在扶梯上不动的人从地下送到地面上。若扶梯不动,人沿自动扶梯从地下匀速走上地面需要t2分钟。那么这个人沿开动的扶梯,以相对扶梯相同的速度向上走,从地下到达地面所需要的时间是多少?
参考答案
1.
2. 39min
谢 谢 !