第二节时间和位移

第二节时间和位移学案学习目标知识与技能１．知道时间和时刻的区别和联系２．理解位移的概念，了解路程与位移的区别。３．知道标量和矢量，知道位移是矢量，时间、时刻和路程是标量。４．能用数轴或一维直线坐标表示时刻和时间、位置和位移。５．知道时刻与位置、时间与位移的对应关系。６．初步了解矢量与标量不同的运算法则。过程与方法１．通过具体问题引出时间、时刻、位移、路程等概念，要使学生学会将抽象问题形象化化的处理方法。２．会用坐标表示时刻与时间、位置和位移及相关方向。３．会用矢量表示和计算质点的位移，用标量表示路程。情感、态度与价值观１．通过时间位移的学习，要让学生了解生活与物理的关系，同时学会用科学的思维看待事实。２．养成良好的思考表述习惯和科学的价值观。学习重点１．时间和时刻的概念以及它们之间的区别和联系。２．位移的概念以及它与路程的区别。学习难点１．帮助学生正确认识生活中的时间与时刻。２．理解位移的概念，会用有向线段表示位移。课时安排２课时学习过程预习指导一、时刻和时间间隔1.时刻是指＿＿＿＿＿＿＿＿，时刻可以用时间轴上的＿＿＿＿表示。2.时间间隔是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，可以用时间轴上的＿＿＿表示。小结：如果建立一个表示时间的一维直线系，则在这个坐标系中，时刻用点表示，时间间隔是两个时刻之差，用线段表示。学生讨论如图所示，物体沿直线从O点开始运动，如果各点之间的时间间隔都是一秒，则下列各说法中分别表示哪一点或线段。前2s内：＿＿＿＿第2s内：＿＿＿＿第2s初：＿＿＿＿第2s末：＿＿＿＿第3s初：＿＿＿＿第二个2s内：＿＿＿＿二、路程和位移１．路程是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，是＿＿＿（矢量还是标量）２．位移是描述物体＿＿＿＿＿＿＿的物理量，用初位置指向末位置的＿＿＿＿＿＿表示。其中，有向线段的长度表示＿＿＿＿＿＿＿，位移的方向由＿＿＿＿指向＿＿＿＿。位移是＿＿＿＿（矢量还是标量）3.学生讨论：在什么条件下，物体的位移大小等于路程？答：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿4.在什么条件下，物体位移的大小小于路程？答：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿5.下列关于位移和路程关系的正确说法是（）A.物体沿直线向某一方向运动，通过的路程就是位移B.物体沿直线运动，通过的路程等于位移的大小C.物体通过的路程不等，位移可能相同D.物体通过一段路程，位移不可能为零三、矢量和标量1.既有大小又有方向的物理量叫做＿＿＿＿；2.只有大小，没有方向的物理量叫做＿＿＿＿。3.回忆初中所学过的物理量，说明它们是标量，还是矢量？＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿四、直线运动的位置和位移1.对于做直线运动的物体，可以用直线坐标系来描述。在直线坐标系中，用点的坐标来描述物体的＿＿＿＿＿，记为x=?；用两个点的坐标的差值表示物体的＿＿＿＿，即Δx=x2-x1。2.分析讨论：一个物体从A点沿直线运动到B点，已知A点的坐标为xA=5m，B点的坐标为xB=3m，求物体的位移Δx=？说明负号的含义？说明：物理中矢量的正负不表示大小，只表示方向。当规定了正方向后，正值表示与正方向同向，负值表示与正方向反向。巩固练习1．下列关于位移和路程的说法中，正确的是（）A.位移的大小和路程总是相等，但位移是矢量，路程是标量B.位移描述直线运动，路程描述曲线运动C.位移取决于始末位置，路程取决于实际运动路线D.运动物体的路程总大于位移２．一个质点在x轴上运动，各个时刻的位置如下表（质点在每一秒内都做单向直线运动）时刻01234位置坐标／m05-4-1-7(1)几秒内位移最大Ａ．1s内Ｂ．2s内Ｃ．3s内Ｄ．4s内OABCDE(2)第几秒内位移最大（）Ａ．第1s内Ｂ．第2s内Ｃ．第3s内Ｄ．第4s内(3)几秒内的路程最大（）Ａ．1s内Ｂ．2s内Ｃ．3s内Ｄ．4s内(4)第几秒内的路程最大（）Ａ．第1s内Ｂ．第2s内Ｃ．第3s内Ｄ．第4s内３．某人沿着半径为R的水平圆形跑道跑了1.75圈时，他的（）Ａ．路程和位移的大小均为3.5πRＢ．路程和位移的大小均为RＣ．路程为3.5πR、位移的大小为R2D．路程为0.5πR、位移的大小为R2４．物体沿半径分别为r和R的半圆弧由A点经B点到达C点，如图1－2所示，则它的位移和路程分别是（）A.2(R+r),π(R+r)B.2(R+r)向东，2πR向东C.2π(R+r)向东，2π(R+r)D.2(R+r)向东，π(R+r)５．一个皮球从5m高的地方落下，若碰到地面后又反弹起1m高，则皮球通过的路程是多少？皮球的位移又是如何？若皮球经过一系列碰撞后，最终停在地面上，则在整个运动过程中皮球的位移又是多少？6某学生参加课外体育活动，他在一个半径为R的圆形跑道上跑步，从O点沿圆形跑道逆时针方向跑了434圈到达A点，求它通过的位移和路程。布置作业教材问题与练习。教学后记1.在直线运动中，用坐标表示物体的位置，坐标的正负表示位置在原点的哪一侧，坐标的数值表示位置到原点的距离;用坐标的变化量表示物体位移坐标差的正负表示位移的方向与坐标轴正方向相同还是相反，坐标差的数值表示位移的大小——位置移动的距离。物体做直线运动，若物体在时刻t1处于“位置”x1，在时刻t2处于“位置”x2，那么，x2-x1就是物体的“位移”，记为△x=x2-x1。即初、末位置坐标的变化量△x表示物体的位移。2.某一时间内位移等于零，表示这段时间物体的初、末位置相同，而不表示这段时间内物体静止。西东ABCrR图1－2φyxOA图1－3第2节时间和位移教案理解领悟本节介绍了描述质点运动的时刻、时间间隔、路程、位移、矢量等概念，要弄清它们的含义和区别。这些概念和上节的内容都是为下面的速度和加速度的学习奠定基础的。时刻和时间间隔、路程和位移的含义容易混淆，要注意弄清它们的区别。基础级1.时刻和时间间隔的含义关于时刻和时间间隔，教材是举了如下例子来阐明的：我们说上午8时上课，8时45分下课，这里的“8时”“8时45分”是这节课开始和结束的时刻，而这两个时刻之间的45分钟，则是两个时刻之间的时间间隔。同样，“中国政府于1997年7月1日零时恢复对香港行使主权”，这里的“零时”是时刻。“中子的‘寿命’达15.6min”，这里的“15.6min”是时间间隔。在物理学中，时刻对应着物理状态，时间间隔对应着物理过程。时间间隔又简称为时间。2．用时间轴表示时刻和时间表示时间的数轴称为时间轴。在时间轴上，时刻用点表示，时间用线段表示。如图1－3所示，O点表示初始时刻，A点表示时刻第1s末（即1s末）或第2s初，D点表示时刻4.5s,OA、OB、OC分别表示从计时开始的时间头1s内、头2s内、头3s内（即1s内、2s内、3s内），OA、AB、BC分别表示时间第1s内、第2s内、第3s内（时间均为1s）等等。3.为什么要引入“位移”概念？教材所举的例子很能说明问题：从北京去重庆，可以乘火车，也可以乘飞机，还可以先乘火车到武汉，再乘轮船沿长江而上。然而，尽管路线各不相同，但位置的变动却是相同的，总是从北京到达了西南方向直线距离约1300km的重庆。为了描述物体位置的变化，我们需要引入“位移”概念。4.怎样表示位移？描述物体位置的变化，需要确切地描述物体位置变化的大小和方向。为此，位移可以用从初始位置指向末位置的有向线段来表示。按照一定的标度，有向线段的长度表示位移的大小，有向线段的方向表示位移的方向。可见，物体的位移仅由初始位置和末位置决定，而与运动过程无关。如图1－4所示。不管物体（质点）自A点经路径1、路径2还是路径3运动到B点，其位移都相同，都可用有向线段AB来表示。5.路程和位移的区别位移与初中物理中讲的路程是两个不同的概念。位移是描述物体位置变化的物理量，而路程则是描述物体运动路径（轨迹）长短的物理量。位移既有大小又有方向，而路程只有大小没有方向。位移的大小等于物体初始位置到末位置的直线距离，与运动路径无关；而路程是按运动路径计算的实际长度。由于物体运动的路径可能是直线，也可能是曲线，两点间又以直线距离为最短，所以物体位移的大小只能小于、最多等于路程，不可能大于路程。6.什么情况下，物体位移的大小等于路程？12t/s34BACOD图1-3AB123图1－4。。。ABCC图1－5对此，也许你会不假思索地说，当物体做直线运动时其位移的大小一定等于路程，因为两点间以直线距离为最短。然而，你忽略了物体沿直线往复运动的情况。如图1－5所示，物体从A沿直线运动到B再返回到A，又沿同一直线运动到C。在运动的整个过程中，物体位移的大小s=AC，而经过的路程s′=2AB+AC＞s。事实上，只有物体做单向直线运动时，其位移的大小才等于路程。7.矢量和标量的区别与时间、温度、路程等物理量不同，位移既有大小又有方向，而时间、温度、路程等物理量只有大小没有方向。像位移这样的物理量叫做矢量，矢量既有大小又有方向；像时间、温度、路程这样的物理量叫做标量，标量只有大小没有方向。标量相加遵从算术加法的法则，而矢量相加则遵从几何加法的法则（对此，我们将在下面加以探索）。8．直线运动的位置和位移既然位移是描述物体位置变化的物理量，而物体的位置可用坐标来确定，那么位移就可用坐标的变化量来表示。当物体做直线运动时，若物体从A运动到B，而A、B的坐标分别为x1、x2，则物体的位移就可用它的坐标变化量△x来表示：△x=x2－x1发展级9.探索矢量相加的法则让我们来研究教材中提供的事例：该同学第一次由A走到C，位移为向北的40m；第二次再由C走到B，位移为向东的30m。那么，该同学位置变化的总的结果是由A走到了B，即合位移为北偏东37°的50m。如图1－6所示。由此你能领悟出矢量相加的一般法则吗？由上述例子不难看出，三个位移矢量构成了一个三角形。求两个矢量的合矢量，只要将表示这两个矢量的有向线段首尾相接，那么从第一个矢量的箭尾指向第二个矢量箭头的有向线段就表示这两个矢量的合矢量。请亲自动手画一下，看看作图时若交换一下两个矢量的先后次序，得到的合矢量是否相同。假如要求多个矢量的合矢量，又该如何作图呢？10.平面曲线运动的位置和位移当物体做平面曲线运动时，其位置可用平面直角坐标系中的一组坐标来表示。如图1－7所示，设一辆汽车从A点沿曲线运动到B点，A、B两点的坐标分别为（x1，y1）（x2，y2），则汽车位移的大小等于A、B两点间的距离，即212212)()(yyxxs位移的方向可用位移与x轴正方向夹角的正切值表示tan1212xxyy11.运动的位移图象为了描述物体的位移随时间变化的关系，我们可以任意选择一个平面直角坐标系，用横轴表示时间，用纵轴表示位移，画出位移和时间的关系图线，这种图象叫做位移-时间图象，简称为位移图象。如图1－8所示，就是物体做匀速运动的位移图象。取初位置为坐标原点时，物体的位移等于末位置的坐标，因此这个图37°40m30m50mACB图1－6OyxB(x2,y2)A(x1,y1)φs图1－7Oxt图1－8象也可以叫做物体的位置-时间图象。应用位移图象，我们可以求出物体在任意时间内的位移，也可以反过来求出物体通过任一位移所需的时间。位移图象中，两条图线的交点表示两物体处于同一位置，即两物体相遇。应用链接本节知识的应用主要是对时刻与时间、路程与位移等概念的辨析，位移的表示以及路程和位移的计算。基础级例1请在如图1－9所示的时间轴上指出下列时刻或时间（填相应的字母）：（1）第1s末，第3s初，第2个两秒的中间时刻；（2）第2s内，第5s内，第8s内；（3）2s内，头5s内，前9s内；提示在时间轴上，时刻用一个点表示，时间用一段线段表示。解析与题中相对应的时刻或时间分别是：（1）A，B，C；（2）AB，DE，GH；（3）OB，OE，OI。点悟在物理学中，时刻与时间是两个不同的概念。我们平时说的“时间”，有时指的是时刻，有时指的是时间间隔，要根据上下文认清它的含义。例2物体沿半径分别为r和R的半圆弧由A点经B点到达C点，如图1－1