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高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第1节 速度变化规律课文配套课件ppt
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这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第1节 速度变化规律课文配套课件ppt，共47页。PPT课件主要包含了必备知识·自主学习，加速度，v0+at，速度随时间，倾斜直线，速度的大小，平行于t轴，关键能力·合作学习，审题关键，匀变速直线运动等内容，欢迎下载使用。
一、匀变速直线运动的特点【情境思考】2019年12月17日下午4时许,航母“山东舰”在海南三亚某军港交付海军。如图所示,飞机从航空母舰上起飞时,为了迅速达到起飞速度,航空母舰沿飞机起飞的方向以速度v0做匀速直线运动,飞机相对航空母舰以加速度a从静止开始做匀加速运动。以海面为参考系,飞机做什么运动?提示:以海面为参考系,飞机的运动是初速度不为零的匀加速直线运动。
1.匀变速直线运动:物体_______保持不变的直线运动。2.特点:(1)轨迹是直线。(2)加速度的_____和_____都不改变。
3.分类:(1)匀加速直线运动:加速度和速度_____的匀变速直线运动,其运动的速度_____增加。(2)匀减速直线运动:加速度和速度_____的匀变速直线运动,其运动的速度_____减小。
二、匀变速直线运动速度-时间关系【情境思考】如图所示,一汽车在平直的公路上做匀变速直线运动,运动开始时刻(t=0)的速度为v0(叫作初速度),加速度为a。怎样求t时刻物体的瞬时速度vt。提示:由加速度的定义式a= ,整理得:vt=v0+at。
1.速度公式:(1)一般式:vt=_____。(2)特殊式:v0=0时,vt=___(3)物理意义:描述了做匀变速直线运动的物体___________的变化规律。
2.图像描述:如图所示。 (1)v-t图像:①特点:匀变速直线运动的v-t图像是一条_________。②图像提供的信息:a.直观反映物体运动速度随 _____变化的规律。b.可以求出某时刻物体运动___________或物体达到某速度所需要的_____。c.可以利用图线的斜率求出物体的_______。
(2)a-t图像:①画法:以时间为横坐标,_______为纵坐标可以得到加速度随时间变化的图像。②特点:做匀变速直线运动的物体,其a-t图像为__________的直线。
【易错辨析】(1)匀变速直线运动是速度均匀变化的直线运动。( )(2)物体的加速度为负值时,不可能是匀加速直线运动。( )(3)公式v=v0+at仅适用于匀变速直线运动。( )(4)速度随时间不断增加的运动叫作匀加速直线运动。( )(5)在匀变速直线运动中,由公式vt=v0+at可知,经过相同时间t,v0越大,则vt越大。( )
知识点一 对速度公式vt=v0+at的认识1.公式的矢量性:(1)公式中的v0、vt、a均为矢量,应用公式解题时,首先要规定正方向,一般取v0的方向为正方向,a、vt与v0的方向相同时取正值,与v0的方向相反时取负值。计算时将各量的数值和正负号一并代入计算。(2)a与v0同向时物体做匀加速直线运动,a与v0方向相反时,物体做匀减速直线运动。
2.公式的特殊形式:(1)当a=0时,vt=v0(匀速直线运动)。(2)当v0=0时,vt=at(由静止开始的匀加速直线运动)。3.速度公式vt=v0+at与加速度定义式a= 的比较:速度公式vt=v0+at虽然是加速度定义式a= 的变形,但两式的适用条件是不同的:(1)vt=v0+at仅适用于匀变速直线运动。(2)a= 可适用于任意的运动,包括直线运动和曲线运动。
【典例示范】【典例】汽车以54 km/h的速度在水平公路上匀速行驶①。(1)若汽车以0.5 m/s2的加速度加速②，则10 s时速度能达到多少？(2)若汽车以3 m/s2的加速度减速刹车③，则3 s时速度为多少？6 s时速度为多少？
【解析】v0=54 km/h=15 m/s,取初速度方向为正方向。(1)由vt=v0+at得,v1=(15+0.5×10) m/s=20 m/s。(2)设历时t0汽车停下,t0= =5 s由vt=v0+at得3 s时速度v2=[15+(-3)×3] m/s=6 m/s因为t=6 s>t0=5 s,故6 s时速度为0。答案:(1)20 m/s (2)6 m/s 0
【规律方法】应用vt=v0+at求解的一般思路(1)选取一个过程为研究过程,以初速度方向为正方向。判断各量的正负,利用vt=v0+at由已知量求未知量。(2)对汽车刹车类问题,一定要注意刹车时间,不要认为在给定的时间内汽车一定做匀减速运动,可能早已停止。
【素养训练】1.(母题追问)(多选)在【典例】中若汽车在平直的高速公路上行驶。已知在某段时间内这辆汽车的加速度方向与速度方向相同,则在这段时间内,该汽车( )A.一定做加速直线运动B.不一定做匀加速直线运动C.可能做匀变速直线运动D.一定做匀变速直线运动
【解析】选A、B、C。汽车的加速度方向与速度方向相同,所以汽车一定做加速直线运动,A正确;因为不能判断加速度大小是否恒定,所以不能确定汽车是否做匀变速直线运动,故D错误,B、C正确。
2.(教材二次开发·P39T2变式)如图所示,火车沿平直铁轨匀加速前进,当车头到达某一路标时,火车的速度为3 m/s,1 min后变成15 m/s,又需经多长时间,火车的速度才能达到18 m/s?
【解析】根据匀变速直线运动的速度随时间变化的关系式vt=v0+at可知:15 m/s=3 m/s+at1又t1=60 s,则a=0.2 m/s218 m/s=15 m/s+at2,故t2=15 s。答案:15 s
【加固训练】若汽车匀加速行驶,经过路旁两根电线杆共用5 s时间,汽车的加速度为2 m/s2,它经过第2根电线杆时的速度为15 m/s,则汽车经过第1根电线杆的速度为( )A.2 m/s B.10 m/sC.2.5 m/s D.5 m/s
【解析】选D。由题意知vt=15 m/s,a=2 m/s2,t=5 s,根据vt=v0+at得,v0=vt-at=15 m/s-2×5 m/s=5 m/s,则D正确,A、B、C错误。
知识点二 匀变速直线运动的v-t图像的应用1.利用v-t图像分析加速度:(1)v-t图像的斜率表示加速度大小。①定量分析:如图所示的v-t图像中,图线的倾斜程度(斜率)k= =a,表示物体的加速度。
②定性分析:斜率越大,加速度越大,斜率越小,加速度越小;斜率为零,加速度为零,即速度保持不变。(2)斜率的正负表示加速度的方向。①斜率为正,表示加速度的方向与正方向相同;②斜率为负,表示加速度的方向与正方向相反。
2.从速度—时间(v-t)图像可以得到的信息:(1)物体运动的初速度,即图像中的纵轴截距。(2)根据a= 计算出加速度的大小。(3)物体是加速运动,还是减速运动。(4)物体在某一时刻的速度或物体达到某一速度所需要的时间。
【问题探究】(教材二次开发·P38图2-3拓展)一辆汽车以1 m/s的初速度在平直的公路上前进,速度计上记录了汽车在不同时刻的速度值,数据如表:(1)画出汽车运动的v-t图像,并说明其v-t图像有什么特点?(2)从v-t图像中可以看出,汽车的速度变化有什么特点?汽车做什么运动?
提示:(1)v-t图像如图所示。汽车运动的v-t图像是一条倾斜的直线。
(2)从v-t图像中可以看出,在相等的时间间隔Δt内,对应的速度变化量Δv都相等,即 是一个恒量,即汽车运动的加速度保持不变;汽车做匀加速直线运动。
【典例示范】【典例】做直线运动的物体在t1、t3两时刻对应的纵坐标如图所示,下列结论正确的是( )A.t1、t3两时刻速度相同B.t2时刻速度和加速度均为零C.t1、t3两时刻加速度等值反向D.若t2=2t1,则可以求出物体的初速度为8 m/s
【解题探究】(1)v-t图像中横轴之上速度方向为___方向,横轴之下速度方向为___方向。(2)v-t图像中一条倾斜的直线加速度的大小和方向都_____。
【解析】选D。t1、t3两时刻的纵坐标大小相等、符号相反,这表示这两时刻速度等大、反向,选项A错误;t2时刻纵坐标为零,即速度为零;从t2时刻经过很短时间内,速度变化不为零,则加速度不为零,选项B错误;t1、t3两时刻对应点均在同一直线上,即它们的斜率相同,加速度相同,选项C错误;0～t1内,a= ,0～t2内,a= ,联立以上两式得,v0=8 m/s,则D正确。
【规律方法】由v-t图像可以直观判定的物理量(1)速度变化:远离t轴为加速,靠近t轴为减速。(2)加速度正负:图线斜向上为正,斜向下为负。(3)加速度大小:①图线为直线的,加速度恒定不变。②图线为曲线的,斜率变大的加速度变大,斜率变小的加速度变小。
【素养训练】1.(多选)甲、乙两个物体沿同一直线运动,它们的速度—时间图像如图所示,由图像可知( )A.甲运动时的加速度为-1 m/s2B.乙运动时的加速度为4 m/s2C.从开始计时到甲、乙速度相同的过程中,甲的位移为250 m,乙的位移为50 mD.甲、乙沿相反方向运动
【解析】选A、B、C。在v-t图像中,图线的斜率表示物体运动的加速度,故a甲= m/s2=-1 m/s2,选项A正确;a乙= m/s2=4 m/s2,选项B正确;图线与时间轴围成的面积表示物体运动的位移,速度相同时,s甲= ×(20+30)×10 m=250 m,s乙= ×5×20 m=50 m,选项C正确;甲、乙两物体的速度都为正值,故运动方向相同,选项D错误。
2.(教材二次开发·P40T6拓展)A、B是做匀变速直线运动的两个物体,其速度图像如图所示。 (1)A、B各做什么运动并求其加速度;说明两图像交点的意义。(2)求1 s末、6 s末时A、B的速度。
【解析】(1)A物体沿规定的正方向做匀加速直线运动,加速度大小为a1= m/s2=1 m/s2,方向与初速度方向相同;B物体前4 s沿规定的正方向做匀减速直线运动,4 s后沿反方向做匀加速直线运动,加速度为a2= m/s2=-2 m/s2,负号表示加速度方向与初速度方向相反。两图像交点表示在该时刻A、B速度相同。
(2)1 s末A物体的速度为3 m/s,和初速度方向相同;B物体的速度为6 m/s,和初速度方向相同。6 s末A物体的速度为8 m/s,和初速度方向相同;B物体的速度为-4 m/s,和初速度方向相反。答案:见解析
【加固训练】1.某物体沿直线运动,其v-t图像如图所示,下列说法正确的是( )A.第1 s内和第2 s内物体的速度方向相反B.第1 s内和第2 s内物体的加速度方向相反C.第3 s内物体的速度方向和加速度方向相反D.第2 s末物体的加速度为零
【解析】选B。第1 s内、第2 s内纵坐标为正,速度均为正向,A错误;根据斜率的正、负,第1 s内加速度为正向,第2 s内加速度为负向,B正确;第3 s内速度为负向,加速度为负向,C错误;第2 s末物体的加速度为-2 m/s2,D错误。
2.(多选)如图为甲、乙两物体的速度随时间变化的图像,据图可知( )A.甲一定比乙的加速度大B.甲一定比乙的加速度小C.甲可能比乙的加速度大D.由于两图像不在同一坐标系内,又没有数据和单位,故无法比较甲、乙的加速度大小
【解析】选C、D。物体做匀变速直线运动,其v-t图线的倾斜程度反映加速度大小,但切忌用直线倾角的正切来求加速度,因为物理图像中,坐标轴的单位长度是可以表示不同的大小的,因而,不同人在用v-t图线来描述同一匀变速直线运动时,所得直线的倾角可能不同,故选项A、B错误,C、D正确。
【拓展例题】考查内容:v-t图像的综合判断【典例】下列v-t图像中,表示物体做加速直线运动且加速度在逐渐减小的是( )
【解析】选B。在速度—时间图像中,斜率表示物体的加速度,则A做加速度逐渐增加的加速运动,B做加速度逐渐减小的加速运动,C做匀加速直线运动,D做匀减速直线运动,故B正确。
【生活情境】如图所示,你坐在沿直线行驶的汽车中,能看到:汽车启动时,速度计的指针顺时针方向转动;刹车时,速度计的指针逆时针方向转动。 探究:(1)如何根据此现象判断汽车的运动是不是匀变速直线运动呢?(2)如果汽车做的是匀减速直线运动,加速度如何变化?
【解析】(1)若速度计的指针随时间均匀变化,则汽车做的是匀变速直线运动,若速度计的指针随时间变化不均匀,则汽车做的不是匀变速直线运动。(2)加速度不变。答案:见解析
【生活情境】某汽车在某路面上紧急刹车时,加速度的大小是6 m/s2 ,如图所示,如果遇紧急情况必须在2 s内停下来,汽车的行驶速度最高不能超过多少?若汽车速度为15 m/s,会发生碰撞事故吗?
一、匀变速直线运动的特点【情境思考】2019年12月17日下午4时许,航母“山东舰”在海南三亚某军港交付海军。如图所示,飞机从航空母舰上起飞时,为了迅速达到起飞速度,航空母舰沿飞机起飞的方向以速度v0做匀速直线运动,飞机相对航空母舰以加速度a从静止开始做匀加速运动。以海面为参考系,飞机做什么运动?提示:以海面为参考系,飞机的运动是初速度不为零的匀加速直线运动。
1.匀变速直线运动:物体_______保持不变的直线运动。2.特点:(1)轨迹是直线。(2)加速度的_____和_____都不改变。
3.分类:(1)匀加速直线运动:加速度和速度_____的匀变速直线运动,其运动的速度_____增加。(2)匀减速直线运动:加速度和速度_____的匀变速直线运动,其运动的速度_____减小。
二、匀变速直线运动速度-时间关系【情境思考】如图所示,一汽车在平直的公路上做匀变速直线运动,运动开始时刻(t=0)的速度为v0(叫作初速度),加速度为a。怎样求t时刻物体的瞬时速度vt。提示:由加速度的定义式a= ,整理得:vt=v0+at。
1.速度公式:(1)一般式:vt=_____。(2)特殊式:v0=0时,vt=___(3)物理意义:描述了做匀变速直线运动的物体___________的变化规律。
2.图像描述:如图所示。 (1)v-t图像:①特点:匀变速直线运动的v-t图像是一条_________。②图像提供的信息:a.直观反映物体运动速度随 _____变化的规律。b.可以求出某时刻物体运动___________或物体达到某速度所需要的_____。c.可以利用图线的斜率求出物体的_______。
(2)a-t图像:①画法:以时间为横坐标,_______为纵坐标可以得到加速度随时间变化的图像。②特点:做匀变速直线运动的物体,其a-t图像为__________的直线。
【易错辨析】(1)匀变速直线运动是速度均匀变化的直线运动。( )(2)物体的加速度为负值时,不可能是匀加速直线运动。( )(3)公式v=v0+at仅适用于匀变速直线运动。( )(4)速度随时间不断增加的运动叫作匀加速直线运动。( )(5)在匀变速直线运动中,由公式vt=v0+at可知,经过相同时间t,v0越大,则vt越大。( )
知识点一 对速度公式vt=v0+at的认识1.公式的矢量性:(1)公式中的v0、vt、a均为矢量,应用公式解题时,首先要规定正方向,一般取v0的方向为正方向,a、vt与v0的方向相同时取正值,与v0的方向相反时取负值。计算时将各量的数值和正负号一并代入计算。(2)a与v0同向时物体做匀加速直线运动,a与v0方向相反时,物体做匀减速直线运动。
2.公式的特殊形式:(1)当a=0时,vt=v0(匀速直线运动)。(2)当v0=0时,vt=at(由静止开始的匀加速直线运动)。3.速度公式vt=v0+at与加速度定义式a= 的比较:速度公式vt=v0+at虽然是加速度定义式a= 的变形,但两式的适用条件是不同的:(1)vt=v0+at仅适用于匀变速直线运动。(2)a= 可适用于任意的运动,包括直线运动和曲线运动。
【典例示范】【典例】汽车以54 km/h的速度在水平公路上匀速行驶①。(1)若汽车以0.5 m/s2的加速度加速②，则10 s时速度能达到多少？(2)若汽车以3 m/s2的加速度减速刹车③，则3 s时速度为多少？6 s时速度为多少？
【解析】v0=54 km/h=15 m/s,取初速度方向为正方向。(1)由vt=v0+at得,v1=(15+0.5×10) m/s=20 m/s。(2)设历时t0汽车停下,t0= =5 s由vt=v0+at得3 s时速度v2=[15+(-3)×3] m/s=6 m/s因为t=6 s>t0=5 s,故6 s时速度为0。答案:(1)20 m/s (2)6 m/s 0
【规律方法】应用vt=v0+at求解的一般思路(1)选取一个过程为研究过程,以初速度方向为正方向。判断各量的正负,利用vt=v0+at由已知量求未知量。(2)对汽车刹车类问题,一定要注意刹车时间,不要认为在给定的时间内汽车一定做匀减速运动,可能早已停止。
【素养训练】1.(母题追问)(多选)在【典例】中若汽车在平直的高速公路上行驶。已知在某段时间内这辆汽车的加速度方向与速度方向相同,则在这段时间内,该汽车( )A.一定做加速直线运动B.不一定做匀加速直线运动C.可能做匀变速直线运动D.一定做匀变速直线运动
【解析】选A、B、C。汽车的加速度方向与速度方向相同,所以汽车一定做加速直线运动,A正确;因为不能判断加速度大小是否恒定,所以不能确定汽车是否做匀变速直线运动,故D错误,B、C正确。
2.(教材二次开发·P39T2变式)如图所示,火车沿平直铁轨匀加速前进,当车头到达某一路标时,火车的速度为3 m/s,1 min后变成15 m/s,又需经多长时间,火车的速度才能达到18 m/s?
【解析】根据匀变速直线运动的速度随时间变化的关系式vt=v0+at可知:15 m/s=3 m/s+at1又t1=60 s,则a=0.2 m/s218 m/s=15 m/s+at2,故t2=15 s。答案:15 s
【加固训练】若汽车匀加速行驶,经过路旁两根电线杆共用5 s时间,汽车的加速度为2 m/s2,它经过第2根电线杆时的速度为15 m/s,则汽车经过第1根电线杆的速度为( )A.2 m/s B.10 m/sC.2.5 m/s D.5 m/s
【解析】选D。由题意知vt=15 m/s,a=2 m/s2,t=5 s,根据vt=v0+at得,v0=vt-at=15 m/s-2×5 m/s=5 m/s,则D正确,A、B、C错误。
知识点二 匀变速直线运动的v-t图像的应用1.利用v-t图像分析加速度:(1)v-t图像的斜率表示加速度大小。①定量分析:如图所示的v-t图像中,图线的倾斜程度(斜率)k= =a,表示物体的加速度。
②定性分析:斜率越大,加速度越大,斜率越小,加速度越小;斜率为零,加速度为零,即速度保持不变。(2)斜率的正负表示加速度的方向。①斜率为正,表示加速度的方向与正方向相同;②斜率为负,表示加速度的方向与正方向相反。
2.从速度—时间(v-t)图像可以得到的信息:(1)物体运动的初速度,即图像中的纵轴截距。(2)根据a= 计算出加速度的大小。(3)物体是加速运动,还是减速运动。(4)物体在某一时刻的速度或物体达到某一速度所需要的时间。
【问题探究】(教材二次开发·P38图2-3拓展)一辆汽车以1 m/s的初速度在平直的公路上前进,速度计上记录了汽车在不同时刻的速度值,数据如表:(1)画出汽车运动的v-t图像,并说明其v-t图像有什么特点?(2)从v-t图像中可以看出,汽车的速度变化有什么特点?汽车做什么运动?
提示:(1)v-t图像如图所示。汽车运动的v-t图像是一条倾斜的直线。
(2)从v-t图像中可以看出,在相等的时间间隔Δt内,对应的速度变化量Δv都相等,即 是一个恒量,即汽车运动的加速度保持不变;汽车做匀加速直线运动。
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【解题探究】(1)v-t图像中横轴之上速度方向为___方向,横轴之下速度方向为___方向。(2)v-t图像中一条倾斜的直线加速度的大小和方向都_____。
【解析】选D。t1、t3两时刻的纵坐标大小相等、符号相反,这表示这两时刻速度等大、反向,选项A错误;t2时刻纵坐标为零,即速度为零;从t2时刻经过很短时间内,速度变化不为零,则加速度不为零,选项B错误;t1、t3两时刻对应点均在同一直线上,即它们的斜率相同,加速度相同,选项C错误;0～t1内,a= ,0～t2内,a= ,联立以上两式得,v0=8 m/s,则D正确。
【规律方法】由v-t图像可以直观判定的物理量(1)速度变化:远离t轴为加速,靠近t轴为减速。(2)加速度正负:图线斜向上为正,斜向下为负。(3)加速度大小:①图线为直线的,加速度恒定不变。②图线为曲线的,斜率变大的加速度变大,斜率变小的加速度变小。
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【解析】选A、B、C。在v-t图像中,图线的斜率表示物体运动的加速度,故a甲= m/s2=-1 m/s2,选项A正确;a乙= m/s2=4 m/s2,选项B正确;图线与时间轴围成的面积表示物体运动的位移,速度相同时,s甲= ×(20+30)×10 m=250 m,s乙= ×5×20 m=50 m,选项C正确;甲、乙两物体的速度都为正值,故运动方向相同,选项D错误。
2.(教材二次开发·P40T6拓展)A、B是做匀变速直线运动的两个物体,其速度图像如图所示。 (1)A、B各做什么运动并求其加速度;说明两图像交点的意义。(2)求1 s末、6 s末时A、B的速度。
【解析】(1)A物体沿规定的正方向做匀加速直线运动,加速度大小为a1= m/s2=1 m/s2,方向与初速度方向相同;B物体前4 s沿规定的正方向做匀减速直线运动,4 s后沿反方向做匀加速直线运动,加速度为a2= m/s2=-2 m/s2,负号表示加速度方向与初速度方向相反。两图像交点表示在该时刻A、B速度相同。
(2)1 s末A物体的速度为3 m/s,和初速度方向相同;B物体的速度为6 m/s,和初速度方向相同。6 s末A物体的速度为8 m/s,和初速度方向相同;B物体的速度为-4 m/s,和初速度方向相反。答案:见解析
【加固训练】1.某物体沿直线运动,其v-t图像如图所示,下列说法正确的是( )A.第1 s内和第2 s内物体的速度方向相反B.第1 s内和第2 s内物体的加速度方向相反C.第3 s内物体的速度方向和加速度方向相反D.第2 s末物体的加速度为零
【解析】选B。第1 s内、第2 s内纵坐标为正,速度均为正向,A错误;根据斜率的正、负,第1 s内加速度为正向,第2 s内加速度为负向,B正确;第3 s内速度为负向,加速度为负向,C错误;第2 s末物体的加速度为-2 m/s2,D错误。
2.(多选)如图为甲、乙两物体的速度随时间变化的图像,据图可知( )A.甲一定比乙的加速度大B.甲一定比乙的加速度小C.甲可能比乙的加速度大D.由于两图像不在同一坐标系内,又没有数据和单位,故无法比较甲、乙的加速度大小
【解析】选C、D。物体做匀变速直线运动,其v-t图线的倾斜程度反映加速度大小,但切忌用直线倾角的正切来求加速度,因为物理图像中,坐标轴的单位长度是可以表示不同的大小的,因而,不同人在用v-t图线来描述同一匀变速直线运动时,所得直线的倾角可能不同,故选项A、B错误,C、D正确。
【拓展例题】考查内容:v-t图像的综合判断【典例】下列v-t图像中,表示物体做加速直线运动且加速度在逐渐减小的是( )
【解析】选B。在速度—时间图像中,斜率表示物体的加速度,则A做加速度逐渐增加的加速运动,B做加速度逐渐减小的加速运动,C做匀加速直线运动,D做匀减速直线运动,故B正确。
【生活情境】如图所示,你坐在沿直线行驶的汽车中,能看到:汽车启动时,速度计的指针顺时针方向转动;刹车时,速度计的指针逆时针方向转动。 探究:(1)如何根据此现象判断汽车的运动是不是匀变速直线运动呢?(2)如果汽车做的是匀减速直线运动,加速度如何变化?
【解析】(1)若速度计的指针随时间均匀变化,则汽车做的是匀变速直线运动,若速度计的指针随时间变化不均匀,则汽车做的不是匀变速直线运动。(2)加速度不变。答案:见解析
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