匀变速直线运动的位移与时间的关系(共69张ppt)

3匀变速直线运动的位移与时间的关系学习目标1.知道匀速直线运动的位移与v-t图像中矩形面积的对应关系。2.了解位移公式的推导方法,感受利用极限思想解决物理问题的科学思维方法。3.理解匀变速直线运动的位移与时间的关系式。会应用此关系式对匀变速直线运动问题进行分析和计算。4.知道什么是x-t图像,能应用x-t图像分析物体的运动。一、匀速直线运动的位移1.位移公式：x=___。2.由v-t图像求位移：对于匀速直线运动,物体的位移在数值上等于v-t图线与对应的时间轴所包围的矩形的_____。如图所示阴影图形面积就等于物体t时间内的位移。vt面积【自我思悟】如图所示,v-t图像中图线与时间轴所围的矩形的面积有时在时间轴上方,有时在时间轴下方,这时物体的位移有何不同?提示：根据v-t图像的物理意义,图线在时间轴上方,表明物体向正方向运动,图线与时间轴所围的矩形的面积代表物体的位移为正值,位移沿正方向;同理,图线与时间轴所围的矩形的面积在时间轴的下方表明物体的位移是负值,位移沿负方向。二、匀变速直线运动的位移1.由v-t图像求位移：(1)推导。①把物体的运动分成几个小段,如图甲,每段位移≈每段起始时刻速度×每段的时间=对应矩形面积。所以,整个过程的位移≈各个小矩形面积_____。之和②把运动过程分为更多的小段,如图乙,各小矩形的_________可以更精确地表示物体在整个过程的位移。面积之和③把整个过程分得非常非常细,如图丙,小矩形合在一起成了一个梯形,___________就代表物体在相应时间间隔内的位移。梯形的面积(2)结论：做匀变速直线运动的物体的位移对应着v-t图像中的___________________所包围的面积。2.位移与时间关系式：x=。201vtat2图线与对应的时间轴【自我思悟】1.位移公式的推导过程中采用了近似处理,推导结果是否严密?提示：位移公式的推导过程中应用了合理的近似,并应用了极限的思想,推导结果是严密的、正确的。2.初速度越大,时间越长,匀变速直线运动物体的位移一定越大吗?提示：不一定,匀变速直线运动的位移与初速度、加速度、时间三个因素有关,仅根据初速度和时间不能确定位移的大小。三、用图像表示位移(x-t图像)1.定义：以______为横坐标,以______为纵坐标,描述位移随时间变化情况的图像。2.静止物体的x-t图像：是一条_____________的直线。3.匀速直线运动的x-t图像：是一条_____的直线。时间t位移x平行于时间轴倾斜【自我思悟】匀速直线运动的位移公式为x=vt,由此式可以得出它的位移x与时间t成线性关系,作出的x-t图像为倾斜直线;匀变速直线运动的位移公式为x=v0t+at2,那么它的x-t图像应为什么形状?提示：匀变速直线运动的位移x是时间t的二次函数,根据数学知识可知匀变速直线运动的x-t图像应为抛物线。12【盲区扫描】1.公式x=v0t+at2适用于匀变速直线运动,而不是所有的直线运动。2.应用公式x=v0t+at2求解问题时,一般取初速度的方向为正方向。3.匀变速直线运动的v-t图像是一条倾斜的直线,x-t图像是一条弯曲的曲线。4.无论v-t图像还是x-t图像都不是物体运动的轨迹,而是直观地表示物体的速度及位移随时间变化的规律。1212一、对公式x=v0t+at2的理解深化理解1.公式的适用条件：位移公式x=v0t+at2只适用于匀变速直线运动。2.公式的矢量性：公式中x、v0、a都是矢量,应用时必须选取统一的正方向。1212若选v0方向为正方向,则：(1)物体加速,a取正值。(2)物体减速,a取负值。(3)若位移为正值,位移的方向与正方向相同。(4)若位移为负值,位移的方向与正方向相反。3.公式的主要作用：公式x=v0t+at2反映了初速度v0、加速度a、时间t、位移x之间的关系,当其中三个物理量已知时,可求另一个未知量。4.两种特殊形式：(1)当a=0时,x=v0t(匀速直线运动)。(2)当v0=0时,x=at2(由静止开始的匀加速直线运动)。1212【微思考】(1)利用公式x=v0t+at2求出的位移大小等于物体运动的路程吗?提示：不一定,当物体匀减速运动到速度为零再反向以等大的加速度匀加速运动时,位移的大小小于路程。12(2)物体做匀加速直线运动时速度随时间均匀增大,位移也随时间均匀增大吗?提示：不是,匀加速直线运动的速度公式是v=v0+at,速度与时间成线性关系,均匀增大;位移公式是x=v0t+at2,位移与时间不成线性关系,位移虽增大,但不是均匀增大。12【题组通关】【示范题】(2013·合肥高一检测)一物体做匀减速直线运动,初速度大小为v0=5m/s,加速度大小为a=0.5m/s2,求：(1)物体在3s内的位移大小;(2)物体在第3s内的位移大小。【解题探究】(1)两小题分别求的是哪段时间内的位移?提示：第一小题所求位移的时间间隔是3s,第二小题所求位移的时间间隔是1s,即2s末到3s末的位移。(2)选用什么公式来求解位移?提示：因为物体做匀减速直线运动,可以运用匀变速直线运动的位移公式x=v0t+at2来计算。12【规范解答】(1)用位移公式求解,3s内物体的位移：x3=v0t3+(-a)t32=5×3m-×0.5×32m=12.75m(2)同理2s内物体的位移：x2=v0t2+(-a)t22=5×2m-×0.5×22m=9m因此,第3s内的位移：x=x3-x2=12.75m-9m=3.75m答案：(1)12.75m(2)3.75m12121212【通关1+1】1.(2014·成都高一检测)火车刹车后7s停下来,设火车匀减速运动的最后1s的位移是2m,则刹车过程中的位移是多少?【解析】根据最后1s位移为2m,可选择最后1s为研究过程,把它看成反向的匀加速运动,已知v0=0,x1=2m,t1=1s,由x=at2得a=4m/s2,再选择整个过程为研究对象,同样看成反向的匀加速运动,已知v0=0,t=7s,a=4m/s2,x=at2=×4×72m=98m。答案：98m1212122.如图所示,在水平面上有一个质量为m的小物块,从某点给它一个初速度沿水平面做匀减速直线运动,途中经过A、B、C三点,到达O点的速度为零。A、B、C三点到O点的距离分别为x1、x2、x3,物块从A点、B点、C点运动到O点所用时间分别为t1、t2、t3。下列结论正确的是()331212123123331212222222123123xxxxxxA.B.ttttttxxxxxxC.D.tttttt【解析】选C。由于故所以A、B错；小物块的运动可视为逆向的由静止开始的匀加速直线运动，故位移常数，所以C对，D错。x1vv,t23C1A2B123xvxvxv,t2t2t2，，312123xxx,ttt221x1xat,a2t2312222123xxx,ttt【变式训练】从静止开始做匀加速直线运动的物体，前20s内的位移是10m，则该物体运动1min时的位移为()A.36mB.60mC.90mD.360m【解析】选C。设物体的加速度为a，则且x1=10m,t1=20s,t2=60s,故C选项正确。22112211xat,xat,2222221221t60xx10m90m,t20【素养升华】关于x=v0t+at2的两点注意(1)公式x=v0t+at2是匀变速直线运动的位移公式,而不是路程公式,利用该公式计算出的物理量是位移而不是路程。(2)物体做匀减速运动时,若以初速度v0的方向为正方向,a仅表示加速度的大小,这时的位移公式可变形为x=v0t-at2。121212二、位移—时间图像(x-t图像)拓展延伸1.x-t图像：以纵轴表示位移x,横轴表示时间t,质点的位移随时间变化的图像叫作位移-时间图像,简称位移图像或x-t图像。2.物理意义：x-t图像反映了物体的位移随时间的变化关系,图像上的某一点表示运动物体在某时刻所处的位置或相对于坐标原点的位移。3.常见的x-t图像：(1)匀速直线运动的位移图像是一条倾斜直线,如图线a、c所示。(2)静止物体的位移图像是一条水平直线,如图线b所示。4.图像信息：位移大小初、末位置的纵坐标差的绝对值方向末位置与初位置的纵坐标差的正负值,正值表示位移沿正方向,负值表示位移沿负方向速度大小斜率的绝对值方向斜率的正负值,斜率为正值,表示物体向正方向运动;斜率为负值,表示物体向负方向运动运动开始位置图线起点纵坐标运动开始时刻图线起点横坐标两图线交点的含义表示两物体在同一位置(相遇)【微思考】(1)在x-t图像中纵坐标一定表示物体位移的大小吗?提示：不一定。在x-t图像中纵坐标表示物体相对于参考系的位移,不一定是相对于自己出发点的位移。如图中在0～t0段c物体的纵坐标越来越小,表示物体离参考点越来越近,但离自己的出发点越来越远。(2)在加速度变化的直线运动的x-t图像中能直观地判断出物体加速度的变化吗?提示：不能。x-t图像的斜率表示速度,只能判断物体速度的变化,不能判断加速度的变化。【题组通关】【示范题】(多选)如图所示为在同一直线上运动的A、B两质点的x-t图像,由图可知()A.t=0时,A在B的前面B.B在t2时刻追上A,并在此后跑在A的前面C.B开始运动的速度比A小,t2时刻后才大于A的速度D.A运动的速度始终比B大【解题探究】(1)关于x-t图像,思考以下问题：①“纵截距”表示___________________;②“斜率”表示_______________。(2)A质点的x-t图线是折线的含义是什么?提示：质点A从距离原点正方向x1位置处沿正方向做匀速直线运动,t1时刻到达原点正方向x2位置处,之后静止在该位置。质点开始运动的位置质点运动的速度【规范解答】选A、B。t=0时,A在原点正方向x1位置处,B在原点处,A在B的前面,A对。t2时刻两图线相交,表示该时刻B追上A,并在此后跑在A的前面,B对。B开始运动的速度比A小,t1时刻后A静止,B仍然运动,C、D错。【通关1+1】1.下列图中表示物体做匀变速直线运动的图像是()【解析】选D。匀变速直线运动的v-t图像是一条倾斜直线,x-t图像是一条曲线。A中图像表示物体静止,B、C中图像表示物体做匀速直线运动,D中图像表示物体做匀加速直线运动,D正确。2.(2014·巴中高一检测)如图所示是做直线运动的甲、乙两物体的位置—时间图像,由图像可知()A.乙开始运动时,两物体相距20mB.甲、乙两物体间的距离逐渐变大C.两物体在10s时相距最远,在25s时相遇D.甲比乙运动得快【解析】选C。开始时,乙的位置坐标为零,甲从离坐标原点20m处开始运动,当乙开始运动时,甲已经运动了10s,因此二者之间的距离大于20m,故A错误;图像的斜率表示速度大小,由图可知乙的速度大于甲的速度,因此二者之间的距离在乙没有运动时增大,当乙开始运动时减小,在25s时相遇,故B错误;由于乙的速度大于甲的速度,因此当乙开始运动时两者相距最远,从图像可知25s时,两者位置坐标相同,即相遇,故C正确;乙运动得比甲快,故D错误。【变式训练】1.(多选)甲、乙两位同学在放学时,从学校所在地骑自行车沿平直的公路回家,先到乙同学家,休息一会,甲同学继续骑车前行,在70min时到家,甲同学的x-t图像如图所示,下列说法正确的是()A.在前20min内甲同学做匀加速运动B.甲同学在乙同学家停留了30minC.甲、乙两同学家相距3.6kmD.甲从离开学校至到家的这段时间内,平均速度为2m/s【解析】选B、C、D。前20min,甲同学做匀速直线运动,A错。20～50min,甲同学一直在乙同学家,B对。甲、乙两同学家的距离为8.4km-4.8km=3.6km,C对。甲同学从学校到家的位移x=8.4km,所用时间t=70min=4200s,平均速度v==2m/s,D对。3x8.410m/st42002.(多选)(2014·徐州高一检测)如图是做直线运动的甲、乙物体的位移—时间图像,由图像可知()A.甲启动