1.2　时间和位移—人教版（2019）高中物理必修第一册课件(共33张PPT)

(共33张PPT)
第二节　时间和位移
一、时刻和时间间隔
1．时刻：表示某一瞬间，在时间轴上用点来表示．
2．时间间隔：表示某一过程，在时间轴上用线段来表示．
3．二者的联系：两个时刻之间的间隔即为时间间隔．
（1）时刻只能显示运动的一瞬间，好比一张照片。常用来表示时刻的关键词有：初、末、时等。如图所示，E点表示第4
s末，亦即第5
s初。
（2）时间间隔能显示运动的一个过程，好比一段录像。常用来表示时间间隔的关键词有：内、经历、历时等。如图所示，前2
s内、第2
s内指的是时间间隔。
4．时刻和时间间隔的两个认识
物理认知的时间世界
典例1（多选）根据如图所示的时间坐标轴，下列有关时刻与时间间隔的叙述正确的是
(　
　)
A．t2表示时刻，称为第2
s末或第3
s内，也可以称为2
s
时
B．0～t2表示时间间隔，称为最初2
s内或第2
s内
C．t2～t3表示时间间隔，称为第3
s内
D．tn－1～tn表示时间间隔，称为第n
s内
CD
二、位置和位移
1．坐标系
(1)为了定量地描述物体的位置，需要在参考系上建立适当的坐标系(coordinate
system)．
①若想说明地面上某人所处的位置，可以采用平面直角坐标系来描述．
②如果物体做直线运动，可以用一维坐标系来描述．
(2)一维坐标的建立
物体做直线运动时，通常选取这条直线为x轴，在x轴上任选一点作为原点，规定好坐标轴的正方向和单位长度，物体的位置就可以用它的位置坐标来描述．
例如，我们要确定一辆行驶在北京长安街上汽车的位置，可以沿东
西方向建立一维坐标系，x轴的正方向指东，选取路上的某交通岗亭作为坐标原点O，汽车的位置就可以用它的坐标
准确地描述出来。如果汽车的坐标是30
m，表示它在岗亭
以东30
m处；如果汽车的坐标是－20
m，表示它在岗亭以西
20
m处（图1.2-2）。
2．路程和位移
(1)路程(path)：路程是物体运动轨迹的长度．
就位置的变动来说，无论使用什么交通工具、走过了怎
样不同的路径，他总是从北京到达了西南方向、直线距离约
1
300
km
的重庆，即位置的变化是相同的。从图中可以看
出，由初位置指向末位置的有向线段能准确地描述旅行者
位置的变化。只要物体的初、末位置确定，这个有向线段
就是确定的，它不因路径的不同而改变。物理学中用位移
（displacement）来描述物体位置的变化，并用l表示（图1.2-4）。
(2)位移(displacement)（物体位置的移动变化，数学中两点之间得距离，直线段最短）
①表示方法：由初位置指向末位置的有向线段，如图所示．从初位置到末位置的有向线段表示位移
②物理意义：描述物体的位置变化．
③大小：从初位置到末位置的有向线段的长度．
④方向：从初位置指向末位置．
3、矢量和标量
矢量：既有大小又有方向的物理量．如位移、速度、力等．
标量：只有大小、没有方向的物理量．如质量、时间、温度和路程等．
运算法则：
两个标量的加减遵从算术加减，而矢量则不同，后面将学习到．
4、位移和路程的区别与联系
位移
路程
区
别
物理意义
表示物体的位置变化
表示物体运动轨迹的长度
大小
等于物体由初位置到末位置的距离，与运动轨迹无关
按运动轨迹计算的实际长度
标矢量
矢量
标量
联系
(1)二者都是为了描述物体的运动而引入的物理量，它们的单位相同，国际单位制中的单位是m；
(2)同一运动过程的路程不小于位移大小，在单向直线运动中，位移大小等于路程
(1)在单向直线运动中，只能说位移大小等于路程，不能说位移等于路程．因为位移是矢量，路程是标量，两者不可能相等．
(2)位移为零，路程不一定为零，比如物体从某位置出发又回到出发点．路程为零，说明物体未动，所以位移一定为零．物体沿曲线运动时，位移的大小小于路程．
D
三、直线运动的位移
1、研究直线运动时，在物体运动的直线上建立x轴，如图所示．
(1)在直线运动中，坐标对应物体的位置，坐标的变化量对应物体的位移.
(2)物体的初、末位置：可用位置坐标x1、x2表示．
(3)物体的位移：Δx＝
x2－x1.无论初、末位置的坐标大小关系如何，坐标值正负如何，Δx＝x末－x初总是成立的．
甲　　　　　　　
乙
2、直线运动位移的计算
物体做直线运动时，它的位移可通过初、末位置的坐标值计算．如图所示，在t1～t2时间内，物体从位置xA移动到位置xB，发生的位移Δx＝xB－xA.对于甲图，Δx＝3
m；对于乙图，Δx＝－5
m.
3、直线运动位移的方向
在直线运动中，位移的方向一般用正负号来表示．如图甲所示Δx>0，表示位移的方向沿x轴正方向；如图乙所示，Δx<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，把直线运动中位移矢量的大小和方向表示出来了．我们可以规定一个正方向，凡是与规定的正方向相同的矢量都用“＋”号来表示，与规定的正方向相反的用“－”号来表示．
典例3（多选）物体做直线运动时，可以用坐标轴上的坐标表示其位置，用坐标的变化量表示其位移。如图所示，一个物体沿直线从A运动到C，然后又从C运动到B，物体的位移分别是ΔxAC＝－4
m－5
m＝－9
m；ΔxCB＝1
m－(－4
m)＝5
m。下列说法正确的是(
)
A．C到B的位移大于A到C的位移，因为正数大于负数
B．A到C的位移大于C到B的位移，因为符号表示位移的方向，不表示大小
C．因为位移是矢量，所以这两个矢量的大小无法比较
D．物体由A运动到B的位移ΔxAB＝ΔxAC＋ΔxCB
[解析]　位移是矢量，比较两位移的大小时，只需比较数值，符号表示方向，选项A、C错误，B正确；因ΔxAC＝xC－xA，ΔxCB＝xB－xC，则ΔxAC＋ΔxCB＝xC－xA＋xB－xC＝xB－xA＝ΔxAB，即ΔxAB＝ΔxAC＋ΔxCB，选项D正确。
BD
四、位移—时间图像（位置—时间图像）
1、位移—时间图像:物体在每一时刻的位置或每一时间间隔的位移可以用
图像直观地表示。
如图
1.2-6，在直角坐标系中选时刻
t
为横轴，选位置
x
为纵轴，其上的图线就是位置—时间图像，通过它能直观
地看出物体在任意时刻的位置。如果将物体运动的初始位
置选作位置坐标原点
O，则位置与位移大小相等（x
＝Δx
），
位置-时间图像就成为位移-时间图像，又称
x-t
图像。
从
x-t
图像可以直观地看出物体在不同时间内的位移。
2．根据位移—时间图像(x－t图象）分析物体的运动
(1)由x－t图象可以确定物体各个时刻所对应的位置和物体发生一段位移所需要的时间．
(2)若物体做匀速直线运动，则x－t图象是一条倾斜的直线，直线的斜率表示物体的速度．斜率的大小表示速度的大小，斜率的正、负表示物体的运动方向，如图中的a、b所示．
(3)若x－t图象为平行于时间轴的直线，表明物体处于静止状态．如图中的c所示．
(4)纵截距表示运动物体的初始位置，图中所示a、b物体分别是从原点、原点正方向x2处开始运动．
(5)图线的交点表示相遇，如图所示中的交点表示a、b、c三个物体在t1时刻在距原点正方向x1处相遇．
典例4[多选]如图所示为A、B两个物体从O点开始运动的位移—时间图像的一部分。从A、B两物体的位移—时间图像可知，下列说法中正确的是(　　
)
A．A、B两物体的运动方向相同
B．A物体4
s内发生的位移是10
m
C．B物体发生10
m位移的时间是4
s
D．A、B两物体同时开始运动
解析：选ACD　A、B两物体的运动图线相对时间轴的倾斜方向相同，即A、B两物体的运动方向相同，选项A正确；由题图可知，B物体在4
s内的位移是10
m，A物体在4
s内的位移为20
m，选项B错误，C正确；A、B两物体都是从0时刻开始运动，选项D正确。
ACD
五、位移和时间的测量
生活中，人们可以用多种方法记录某一时刻物体运动
的位置，从而推断出它在一段时间内的位移。例如，可以
用照相的方法记录物体的位置，用钟表记录物体运动的时
刻，也可以用频闪照相的方法同时记录物体运动的时刻和
位置。学校实验室中常用打点计时器来记录时间和位移。
1、电磁打点计时器：是一种使用交变电源的计时仪器
（图
1.2-7），工作电压为
4~6
V，能够按照相同的时间间
隔，在纸带上连续打点。当电源频率是
50
Hz
时，每隔
0.02
s
打一次点。如果把纸带和运动的物体连在一起，纸
带上各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的位移大小。由这些点的位置，我们可以了解物体运动的情况
2、电火花打点计时器是利用火花放电使墨粉在纸带上打出墨点而显出点迹的一种计时仪器，它的计时原理与电磁打点计时器相同，不过，在纸带上打点的不是振针和复写纸，而是电火花和墨粉。给电火花打点计时器接220V电源，按下脉冲输出开关，计时器发出的脉冲电流，接正极的放电针和墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在纸带上打出一系列的点，而且在交流电的每个周期放电一次，因此电火花打点计时器打出点间的时间间隔等于交流电的周期，当电源频率为50赫兹时，它每隔0.02S打一次点。是高中常用测速仪器。
3、练习使用打点计时器
(1)了解打点计时器的构造，然后把它固定好。
（2)安装纸带。
（3）启动电源，用手水平拉动纸带（图
1.2-8），纸带上
就打出一行小点。随后关闭电源。
（4）取下纸带，从能够看清的某个点开始（起始点），
往后数出若干个点。例如数出
n
个点，算出纸带从起始点
到第
n
个点的运动时间
t。
（5）
用刻度尺测量出从起始点到第
n
个点的位移
x。
测量之前，自己先设计一个表格，用来记录时间及位移。
AC
BCD
练习题
3、(多选)某一运动质点沿一直线做往返运动，如图所示，xOA＝xAB＝xCO＝xDC＝1
m，O点为x轴上的原点，且质点由A点出发，向x轴的正方向运动至B点再返回沿x轴的负方向运动，以下说法正确的是(　
　)
A．质点在A→B→C的时间内发生的位移为2
m，方向沿x轴正方向，路程为4
m
B．质点在B→D的时间内发生的位移为－4
m，方向沿x轴负方向，路程为4
m
C．当质点到达D点时，其位置可用D点的坐标－2
m表示
D．当质点到达D点时，相对于A点的位移为－3
m
解析：由于xAC＝－2
m，因此质点在A→B→C的时间内，位移大小为2
m，位移方向为A到C，沿x轴负方向，所以位移为－2
m，路程为4
m，A错误；在B→D的时间内，质点经过的路程为4
m，位移方向由B指向D，与正方向相反，沿x轴负方向，所以位移为－4
m，路程为4
m，B正确；当质点到达D点时，位置在原点的左侧，坐标为－2
m，C正确；当质点到达D点时，在A点左侧3
m处，规定向右为正方向，所以相对于A点的位移为－3
m，D正确．
BCD
4、(多选)如图所示为甲、乙在同一直线上运动时的x
?
t图像，以甲的出发点为原点，出发时间为计时的起点，则下列说法中正确的是(　
　)
A．甲、乙同时出发
B．0～t3这段时间内，甲、乙位移相同
C．甲开始运动时，乙在甲的前面x0处
D．甲在途中停止了一段时间，而乙没有停止
解析：由图像知甲、乙的计时起点都是零，是同时出发的．乙开始运动时离坐标原点x0，从t1到t2这段时间内甲的位移没有变化，表示甲在途中停止了一段时间，故选项A、C、D正确；图上纵坐标表示的位移是以坐标原点为起点的，而某段时间内的位移是以这段时间的起始时刻所在位置为起点的，0～t3这段时间内甲、乙末位置相同，但起始位置不同，所以位移不同，故选项B错误．
ACD