第一课时质点、参考系和坐标系时间和位移。
引入: 高一主要学习力学,力学主要研究物体的运动规律及物体的运动与受力的关系。第一章介绍了描述运动所需要的一些基本概念。
第二章学习了一种特殊的运动匀变速直线运动。第三章学习了有关力的知识。第四章牛顿运动定律揭示了运动和力之间的关系。
首先学习第一章,描述运动所需要的一些基本概念。
1. 运动(机械运动):物体的空间位置随时间的变化。
2. 质点:
1) 定义:忽略物体的大小和形状,把物体看成有质量的点。
2) 物体可看成质点的条件:视具体研究问题而定,当物体的大小和形状对所研究的问题影响很小或没有影响时,可忽略物体的大小和形状,把物体看成质点。同一物体随研究问题的不同,有时可以看做质点,有时不能看做质点。
物体能否看做质点与物体的质量和体积的大小无关。
3) 质点是理想化模型。体现了物理学矛盾的主要方面,忽略矛盾的次要方面,简化问题的思想方法。
3. 参考系:
同一物体,所选参照物不同,运动情况会有所不同。因此在研究物体的运动之前首先需要选定参照物才有意义。高中物理借鉴数学方法,常在参照物上建立坐标系来定量的研究物体的运动,这样就将参照物重新命名为参考系。
1) 定义:描述一个物体的运动时,所选择的作为标准的假定不动的另一物体。
2) 参考系的“五性”
a. 标准性。
b. 差异性。
c. 统一性。
d. 任意性。
e. 简单性。
4. 坐标系:
1) 物理意义:为了定量的描述物体的位置及位置变化,需要再参考系上建立坐标系。
2) 三要素:原点、正方向、单位长度、单位。
3) 一维坐标系、二维坐标系、三维坐标系。
物理上也可用坐标系来表示时间轴、速度轴等等。如时间坐标轴、速度时间图像、位移时间图像。
5. 时间和时刻:
日常生活中所说的时间,有时候指时间间隔,有时候指时刻,不加严格区分。而在物理学中需要区分这两个概念:
1) 时间:一般指时间间隔的简称,指一段时间,两个时刻之间的一段间隔,在时间轴上对应一段线段。与位移、路程、平均速度相对应。
2) 时刻:指某一瞬时,指一点时间,在时间轴上对应一点。与位置、瞬时速度相对应。
3) 时间=末时刻-初时刻。
4) 理解时间轴的含义:正方向表示时间推进的方法,原点(零时刻)表示计时起点。
5) (在时间轴上)正确辨认不同的时刻和时间间隔。如请在时间轴上找出零时刻、2秒末、3秒初、前3秒内、第3秒内、1s初、1s末。
6. 路程和位移:
1) 位置:物体在某时刻所在空点的一个点。与时刻相对应,与空间中得一点相对应。
2) 路程:物体实际运动轨迹的长度。与一段时间间隔相对应。只有大小,没有方向。
3) 位移:从初位置指向末位置的有向线段。与一段时间间隔相对应。
与物体运动的中间过程无关。既有大小、又有方向,可以表示物体位置变化的大小和方向。位移等于末时刻坐标减去初时刻坐标。
当初时刻位置坐标为零时,位移在数值上等于末位置坐标。
4) 路程与位移的联系和区别:单向直线运动的位移大小等于路程大小,但不能说路程就是位移。其他情况下路程大于位移。
7. 矢量和标量:
1) 标量:只有大小没有方向,相加遵循算术加法的法则。正负表示大小。如温度、质量、路程等。
2) 矢量:既有大小又有方向,相加遵循平行四边形定则(或三角形定则)。正负表示方向。如位移、速度、加速度、力等。
第二课时速度。
第一章主要学习描述物体运动所需要的基本的概念。所谓运动就是指物体的空间位置随时间的变化,位置变化既有大小也有快慢。上节课所学的位移可以用来描述物体位置变化的大小和方向。
那如何描述物体位置变化的快慢(运动的快慢)?
一.速度。1.定义:物体的位移与发生这段位移所以时间的比值(注意与初中速度的概念相区别)
2.定义式。
3.矢量,方向与物体位移的方向相同。速度的正负表示其方向而不表示大小。
4.物理意义:描述物体位置变化(运动)的快慢和方向。
5.单位。二.平均速度。
1.定义:变速直线运动中,物体的位移与所用时间的比值。平均速度与一段位移或一段时间相对应。
2.定义式:
3.物理意义:粗略描述物体运动的快慢。
三.瞬时速度。
1.定义:物体在某一时刻(或经过某一位置)时的速度。区别平均速度和瞬时速度。
2.大小:3.物理意义:精确地描述物体运动的快慢。
4.匀速直线运动:瞬时速度不变的运动。
四、平均速度与瞬时速度的关系:匀速直线运动的平均速度等于任一时刻的瞬时速度。变速直线的运动的平均速度与瞬时速度的大小之间无确定关系。
五.区分四个概念:
平均速度:矢量,与一段时间或一段位移相对应。大小:位移与时间的比值,时间指一段时间。
瞬时速度:矢量,与某一个时刻或某一个位置相对应。简称速度。大小:位移与时间的比值,时间指趋近于零的极短时间。
平均速率:路程与时间的比值,标量。
瞬时速率:瞬时速度的大小。简称速率。标量。
六.平均速度不等于速度的平均值。
七.速度时间图像。
第三课时加速度。
1. 定义:物体的速度变化量与发生这一变化所用时间的比值。并非只有做加速运动的物体有加速度,做减速运动的物体也有加速度。
2. 定义式。
3. 大小。匀变速直线运动。运动的分类。平均加速度与瞬时加速度。
4. 方向。矢量。正负代表方法。定义式是矢量量。在利用矢量式进行计算前首先要规定正方向。
5. 单位。单位的物理意义。计算时要注意单位转换,千米、小时全部转化为米、秒。
6. 物理意义:描述物体速度变化快慢的物理量。
对比:加速度是描述速度变化快慢的物理量(加速度也称为速度的变化率)
速度变化量是描述速度变化大小(多少)的物理量。
速度是描述物体位置变化快慢(运动)快慢的物理量。
位移是描述物体位置变化大小的物理量。
4.加速度方向与速度方向的关系:加速度方向与速度方向有可能相同也有可能相反。加速度与速度方向相同物体做加速运动,反之物体做减速运动。
例:一物体沿某一方向做匀变速直线运动,初速度为6m/s,2s后速度变为2m/s,求这个物体的加速度。
6.速度、速度的变化量、加速度之间的关系。
(1)各自定义与物理意义。
(2)大小关系:三者的大小之间无确定关系。
(3)方向关系:加速度与速度变化量的方向一定相同。
加速度与速度方向有可能相同,也有可能相反。相应地,物体做加速运动或减速运动。
扩展:a.加速度大小增大物体就一定做加速运动吗?加速度减小物体就一定做减速运动吗?
b.加速度为负值,物体一定做减速运动吗;加速度为正值,物体一定做加速运动吗?
7.由速度时间图像看加速度。
第四课时 x-y图像、x-t图像、v-t图像。
1. 轨迹图像:
1) 物理意义:反映了物体的实际运动轨迹。
2) 作图方法:列表描点法。
3) 应用范围:可用来描述物体在平面内的运动,包括平面内的直线运动和曲线运动。图像本身反映了物体的实际运动轨迹。
4) 从图像中能获得的信息:物体的运动轨迹、运动路程和位移。
2. 位移时间图像:
1) 物理意义:描述物体的位置随时间的变化规律。
2) 作图方法:列表描点法。
3) 应用范围:只适用于描述直线运动。图像本身并非物体的运动轨迹。
4) 从图像中能获得的信息:
a. 物体在某一时刻位置的大小和方向。
b. 物体在某一段时间内位移的大小和方向。
c. 路程的大小:由图像判断物体是单向直线运动还是变向直线运动。单向直线运动路程大小等于位移大小,变向直线运动路程大小大于位移大小,等于轨迹长度之和。(可画图举例说明)
d. 速度的大小和方向(斜率表示速度)。静止、匀速直线运动、和加速、减速直线运动的位移时间图像。
e. 图像与x轴、y轴的交点的含义,图像过原点的含义,两图像的交点的含义。
3. 速度时间图像:
1) 物理意义:描述了物体的速度随时间变化的规律。
2) 作图方法:列表描点法。
3) 应用范围:只适用于描述直线运动。图像并非物体的运动轨迹。
4) 从图像中能获得的信息:
a. 物体在某一时刻的瞬时速度的大小和方向。
b. 物体是做加速运动还是减速运动。
c. 物体的加速度的大小和方向(斜率表示加速度)。匀速直线运动、匀变速直线运动、非匀变速直线运动的速度时间图像。
d. 图像与x轴、y轴的交点的含义、图像过原点的含义、两图像的交点的含义。
e. 图像与t轴所围面积表示物体的位移的大小。图像在t轴上方表示位移沿x轴正方向,图像在t轴下方表示位移沿x轴反方向。
因此物体的速度时间图像一部分在t轴上方,一部分在t轴下方时,其总位移要取上下两部分面积的代数和。若代数和为正,表示总位移与所规定正方向相同,若代数和为负,表示总位移与所规定正方向相反。
f. 路程:取各段面积的绝对值之和。
运动性质。第五课时打点计时器专题。
1. 用途:计时。
2. 种类:电磁打点计时器、电火花计时器。
相同点:基本原理相同;都需要是交流电源。
不同点:构造不同,打点的具体原理不同。所需电源电压不同,电磁打点计时器工作电压在6伏以下,由学生电源供电;电火花计时器由220伏电源供电。
优劣:电火花计时器打点时阻力较小,误差较小。
3. 操作要点:(1)先接通电源,再释放纸带,纸带停止运动后立即关闭电源。
2)纸带穿过限位孔时要和限位孔对齐,从限位孔中间穿过限位孔,注意确保纸带笔直,不打折。
4.可以测量的物理量:时间、位移、平均速度、瞬时速度、加速度、判定物体是否为匀变速直线运动。
5.测量计算各物理量的方法。
1)位移:直接测量。
2)平均速度:一句平均速度的定义式。
3)瞬时速度:
a.匀速直线运动:瞬时速度等于平均速度。
b.非匀变速直线运动:极短时间段内的平均速度近似等于其中任一时刻的瞬时速度。
c.匀变速直线运动:中间时刻的平均速度等于初末速度的平均值。
(4)**物体速度随时间变化的规律:做v-t图像(注意作图过程中要“看大趋势”,是“拟合”各点)
5)判定物体是否做匀变速直线运动:
a.做v-t图像。
b.测量计算物体在各相邻相等时间内的位移差在误差范围内是否为恒量。
6)加速度。
a.做v-t图像,求斜率。
b.逐差法。
6.计算以上量时的注意事项。
1)区分清楚计时点与计数点。
a.区分清计时点和计数点,正确判断和计算两个相邻计数点间的时间间隔。
b.明确研究中一般以所选的计数零点为计时起点(研究中的零时刻),但它一般并非小车开始运动的时刻,因此相应地打记数点零时的速度也一般不为零。
2)计算中注意单位换算。
3)辨明所给距离是某点据计数点0 的距离还是相邻两计数点间的距离。
7.必修1中用到打点计时器的实验:
(1)用打点计时器测速度(平均速度、瞬时速度)
(2)**物体的速度随时间变化的规律。
(3)判定物体是否做匀变速直线运动。
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