作曲线运动时,路程是曲线轨迹的长度,比位移直线长,“平均速率”总是比“平均速度的大小”要大些)。
但是,在发生一段极小的位移时,位移的大小和路程相等,所以瞬时速度的大小就等于瞬时速率。因此书上的说法只能理解成“瞬时速率就是瞬时速度的大小”。 [范例精析]
例1.一辆汽车以20m/s的速度沿平直公路从甲地运动到乙地,又以30m/s的速度从乙地运动到丙地。已知甲、乙两地间的距离与乙、丙两地间的距离相等,求汽车从甲地开往丙地的过程中的平均速度。
解析:根据平均速度的定义,汽车从甲地到丙地的平均速度,等于甲、丙两地间的
总位移与总时间的比值,即L,则
,设甲、乙两地间的距离和乙、丙两地间的距离为
拓展:有的同学可能会认为平均速度
=(v1+ v2)/ 2=25m/s,但其实这是不对的。
计算平均速度还是要根据其定义。
如果问题改成“物体在前半段时间和后半段时间内的速度分别为20m/s和30m/s,求它在整个时间内的平均速度?”则
=(v1+ v2)/ 2=25m/s。
[能力训练]
1.下列速度值指的是平均速度的大小还是瞬时速度的大小? A.某同学百米赛跑的速度约为9m/s,答: ; B.运动员百米赛跑的冲线速度为12m/s,答: ; C.汽车速度计指示着的速度为60km/h,答: ; D.子弹离开枪口时的速度为600m/s,答: 。 平均速度 瞬间速度 瞬间速度 瞬间速度
2.速度有许多单位,在国际单位制里速度的单位是m/s,但汽车速度常用km/h作单位,1m/s= km/h,1km/h= m/s。高速公路上某类汽车的限速为120km/h= m/s。
3.6 1/3.6 33.3
3.质点沿x轴正方向运动,在t=2时刻它的位置坐标为x1=-4m,t=6s时刻它的位
置坐标为x2=6m,则在这段时间内质点的位置变化Δx= m,平均速度v= m/s。
10 2.5
4.对于做变速直线运动的物体,有如下几句话
A.物体在第2 s内的速度是4 m/s B.物体在第3 s末的速度是4 m/s C.物体在通过某一点的速度是8 m/s D.物体在通过某一段位移时的速度是8 m/s
在以上叙述中,表示平均速度的是 ,表示瞬时速度 . AD BC
5.一个运动员在百米赛跑中,测得在50m处的瞬时速度为6m/s,16s末到达终点时
的瞬时速度为7.5m/s,则全程内的平均速度的大小为( B )
A.6m/s B.6.25m/s C.6.75m/s D.7.5m/s
6.某人骑自行车,开始用100s的时间行驶了400m,接着又用100s的时间行驶了600m,关于他骑自行车的平均速度的说法中正确的是 ( BD )
A.他的平均速度是4 m/s B.他的平均速度是5 m/s
C.他的平均速度是6 m/s D.他在后600m的路程中的平均速度是6 m/s
7.一质点在x轴上并只朝着x轴的正方向运动,各个时刻的位置坐标如下表,则此质点开始运动后: t/s 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 x/m 2 4 6 8 8 8 12 16 20 24 (1)质点在前10 s内的位移、路程各为多大? (2)质点在8s末的瞬时速度为多大?
(3)质点在0到18s这段时间内的平均速度多大? (1)6m ,6m ; (2 )0 ; (3) 22/18m/s
8.一起重机在竖直向上吊运重物时的速度变化如下表所示: t/s 0 0.5 1 1.5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 v/m·s-1 0 0.25 0.5 0.75 1 1.2 1.4 1.6 1.6 1.6 1.6 0.8 0 (1)在图1-3-2中作出重物的速度-时间图线. (2)在表格中所列时间内,哪段时间内重物在做加速运动?哪段时间内重物做匀速运动?哪段时间内重物在做减速运动?
(1)略。(2)0-5s内作加速运动,5-8s内作匀速运动,8-10s内作减速运动 四、实验:用打点计时器测速度 [要点导学]
1.学习中学实验室里测速度的常用仪器——电磁打点计时器和电火花计时器的构造、原理和使用方法,学习用计时器测量瞬时速度的方法。本节还学习了用图像表示速度,即速度-时间图像。
测量瞬时速度的方法和速度-时间图像是重点。速度图像的理解也是难点。
2.打点时间间隔T与所用交流电的频率f的关系是:T=1/ f。50Hz交流电时,每隔0.02s打一次点。
3.利用打点纸带测量速度的方法就是应用速度的定义式“”。但是,这样得
到的其实是平均速度,只有当时间Δt很小的情况下,算出的v才能认为是瞬时速度。
4.教材的图1.4-5中,测E点的瞬时速度时用了位移DF与对应时间(为3T,0.06s)之比,但DE和EF的时间不等(前者小,后者大,为1:2)。其实,为了减小误差,在求E点速度时,最好使E点处于所用位移的中间时刻(在图1.4-5中,只要取原来的F点左边一点为F点)。特别是我们以后马上要学习的匀变速直线运动,这样做的话,从理论上讲,没有系统误差。
5.以时间t为横坐标、瞬时速度v为纵坐标,画出的表示物体速度随时间变化关系的图线,称为速度-时间图线(v-t图线),简称速度图线(或速度图像)。 [范例精析]
例题 .图1-4-1是一位同学利用电磁打点计时器打出的一条纸带,相邻点的时间间隔为0.02s,纸带旁边是一支最小刻度为1mm的直尺,试计算拖着纸带做直线运动的物体在AC这段时间内的平均速度和在B点的瞬时速度。
解析: AC这段时间内的平均速度就等于A到C的位移跟所用的时间的比值。位移的大小从刻度尺上读出:x=4.20cm,A到C共11个点,10个时间间隔,所以A到C所用的时间t=0.02s×10=0.2s,所以
根据公式计算B点的瞬时速度,为了尽量精确地反映物体在B点的运动快
慢,我们尽量在靠近B点的地方取得数据,例如取靠近B点的左右两个点子,左边一个点子在刻度尺上的读数是1.73cm,右边一个点子在刻度尺上的读数是2.61cm,那么Δx=2.61-1.73cm=0.88cm,两点间相隔的时间为Δt =0.02s×2= 0.04s,所以
拓展: 用最小刻度是mm的尺,读数时应该估读到0.1mm位,不能为了“方便”而“凑整数”,这是实验的规则。 [能力训练]
1.运动物体拉动穿过打点计时器的纸带,纸带上打下一系列小点.打点计时器打下的点直接记录了 ( AB )
A.物体运动的时间 B、物体在不同时刻的位置 C.物体在不同时刻的速度 D.物体在不同时间内的位移
2.对于物体运动的情况,可以用列表法进行描述.下面表格中的数据就是某物体做直线运动过程中测得的位移x和时间t的数据记录,试根据表中的记录分析,并寻找s随t变化的规律. 物体运动起所测物理量 始点 A→B B→A 时间t/s 位移x/m 时间t/s 测量次数 l 2 0.55 0.89 1.09 1.24 0.2511 0.5052 3 1.67 1.52 4 2.23 1.76 5 2.74 1.97 0.7493 1.0014 1.2547 0.2545 0.5009 0.7450 1.0036 1.2549 位移x/m A到B时位移与时间成正比,B到A时位移与时间的平方成正比(提示:可用图象法寻找规律)
五、速度变化快慢的描述——加速度 [要点导学]
1.加速度的物理意义:反映运动物体速度变化快慢的物理量。
加速度的定义:速度的变化与发生这一变化所用的时间的比值,即a =Δv/Δt=(v2-v1)/Δt。
加速度是矢量。加速度的方向与速度方向并不一定相同。
2.加速度与速度是完全不同的物理量,加速度是速度的变化率。所以,两者之间并不存在“速度大加速度也大、速度为0时加速度也为0”等关系,加速度和速度的方向也没有必然相同的关系,加速直线运动的物体,加速度方向与速度方向相同;减速
直线运动的物体,加速度方向与速度方向相反。
3.还有一个量也要注意与速度和加速度加以区分,那就是“速度变化量”Δv,Δv = v2 — v1。Δv越大,加速度并不一定越大,还要看所用的时间的多少。
4.在“速度-时间”图像中,加速度是图线的斜率。速度图线越陡,加速度越大;速度图线为水平线,加速度为0。 [范例精析]
例1试举出下列实例:(1)速度很大而加速度较小,甚至为0;(2)速度很小而加速度很大;(3)加速度为0而速度不为0;(4)速度为0而加速度不为0。 (5)速度方向与加速度方向相反。
解析:(1)高速飞行的飞机速度很大,但加速度不一定也很大,甚至可能为0(当飞机高速匀速飞行时);
(2)子弹在枪膛里刚被激发时,速度很小而加速度很大; (3)一切匀速运动的物体加速度为0而速度不为0;
(4)刚启动时刻的汽车、火车,速度为0而加速度不为0,竖直向上抛出的石子在最高点时速度为0而加速度不为0。
(5)汽车刹车后停止运动前作减速运动过程中,速度方向与加速度方向相反。
拓展:由例1可知,速度和加速度是完全不同的物理量。大小不成比例,方向不一定相同。
例2.篮球以6m/s的速度竖直向下碰地面,然后以4m/s速度竖直向上反弹,碰地的时间为0.2秒。
(1)求篮球在这0.2秒内的速度变化Δv。
(2)有的同学这样计算球的加速度:a =(v2-v1)/ t=(4-6)/0.2m/s2=-10m/s2。他的方法对吗?为什么?正确的是多少? 解析:(1)Δv =v2— v1= —10m/s
(2)不对。他没有注意速度的方向。正确解法为: 以向下为正方向,v1=+6m/s,v2=-4m/s,加速度为 a =(v2-v1)/ t=(-4-6)/0.2m/s2=-50m/s2 负号表示加速度方向与正方向相反,即向上。
拓展:加速度的定义式为矢量式,只要规定正方向,速度和加速度均可以用带有正负号的代数量表示,在解题时要特别注意各个量正负号的确定。已知量代入公式时必须冠以符号,未知量一般可先假设为正,求解后再作出判断说明。
例3 .如图1-5-1所示,是一电梯由底楼上升到顶楼过程中速度随时间的变化图象,电梯的运动速度如何变化的?各段时间内电梯的加速度各是多大?
解析: 电梯从底楼到顶楼总的运动时间为10s,这10s可分为三个阶段:
第一阶段:0到4s末,速度由0增大到8m/s,是一个加速运动阶段。 第二阶段:从4s末到8s末,速度保持8m/s不变,是一个匀速运动阶段。
第三阶段:从8s末到10s末,速度由8m/s减小到0,是一个减速运动阶段。
由加速度的定义式a =Δv/Δt可求得:第一阶段的加速度a1=(8-0)/(8-4)m/s2=2m/s2,第二阶段的加速度a2=(8-8)/(8-4)m/s2=0,第三阶段的加速度a3=(0-8)/(10-8)m/s2=-4m/s2,—号表示电梯在做减速运动,表示加速度的方向与速度方向相反。
拓展:第三阶段的加速度与第一阶段的加速度哪个大呢?很多同学可能会说,当然是a1大了!因为a3是负的,a1是正的。但是这个看法却是错的。
加速度是矢量,要比较矢量的大小,只要看其绝对值的大小,负号只是表示其方向。所以是a3比a1(的绝对值)大。 [能力训练]
1.下列关于加速度的说法中正确的是( B )
A.加速度表示物体运动的快慢 B.加速度表示物体速度变化的快慢 C.物体运动速度越大,其加速度越大 D.物体运动速度为零,其加速度一定也为零
2.物体的加速度为2m/s2,表示这物体 ( C )
A 每秒运动2m B每经过1秒,其速度增大2m/s2 C 每经过1秒,其速度增大2m/s D每经过1秒,其速度增大2m 3.下列关于速度和加速度的说法中,正确的是( D ) A.物体运动的速度改变越大,它的加速度一定越大 B.物体运动的加速度为零,它的速度也一定为零 C.物体运动的速度改变越小,它的加速度一定越小
D.加速度的大小是表示物体运动速度随时间变化率的大小
4.一个小球以3m/s的速度水平向右运动,碰到墙壁后经过0.1s后以2m/s的速度沿同一直线反弹。则小球在这段时间内的平均加速度为 ( D ) A.10m/s2,方向向右 B.10m/s2,方向向左 C.50m/s2,方向向右 D.50m/s2,方向向左
5.图1-5-2为两个物体的速度图像,由图说明在0-10s甲、乙谁作加速运动,谁作减速运动;加速度各是多少;谁的加速度大。
甲作加速运动,乙作减速运动;1/3m/s2,-0.3m/s2;甲的加速度大。
6.汽车以108km/h的速度行驶,急刹车后6s停止运动,那么急刹车过程中汽车的加速度为多大?急刹车后2s时刻汽车的速度是多大? -5m/s2,20m/s
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