高中物理2.3匀变速直线运动的位移与时间的关系导学案新人教版必修1

自我完成，图象中某段时间内位移的大小与
3．质点做直线运动的v- t图象如图2-3-1所示，则（）
A．3 ~ 4 s 内质点做匀减速直线运动
B．3 s 末质点的速度为零，且运动方向
改变
C．0 ~ 2 s 内质点做匀加速直线运动，
4 ~ 6 s 内质点做匀减速直线运动，加
速度大小均为2 m/s2
D．6s 内质点发生的位移为8 m
4．物体从静止开始以2m/s2 的加速度
做匀加速运动，则前6s 的平均速度是
_______，第6s 内的平均速度是_________，第6 s 内的位移是___________。

5．若一质点从 t= 0 开始由原点出发沿直线运动，其速度一时间图象如图2-3-2所示，则该物体质点（）
A．t= 1 s 时离原点最远
B．t= 2 s 时离原点最远
C．t= 3 s 时回到原点
D．t= 4 s 时回到原点
疑惑点疑惑内容
【自主﹒合作﹒探究】
1．匀速直线运动的物体在时间t内的位移对应于v- t图象中的什么？当速度为
末车离开始刹车点多远？
v水平射入，若
> v
．火车刹车后停下来，设火车匀减速运动的最后
从车站开出的汽车，
求汽车的最大速度
可是，一只贪玩的河蚌，不知是没听见还是没把老河蚌的话当一回事，在纷展开自己的蚌壳，在里面竟然藏着一颗颗珍珠，它们发着亮，放着光，把满。

2.3 匀变速直线运动的位移与时间的关系熟练掌握匀变速直线运动位移与时间的关系。

从教材的内容和体系安排来看：本节内容是运动学的基础。

学会用数学方法与物理知识相结合解决问题；教材中主要讲匀变速直线运动位移与时间的关系公式推导和理解速度位移公式的推导过程。

【物理观念】会运用位移与时间关系的公式解决简单的问题【科学思维】将数学方法与物理相结合，从物理过程得到一般的方法和思维。

【科学探究】总结归纳微元法的技巧和特点。

让学生参与思考，最后得出结论。

【科学态度与责任】通过解决实际问题，培养学生灵活运用物理规律合理分析、解决问题和实际分析结果的能力【教学重点】1、匀变速速度图像中图线下面的面积代表位移。

2、导出匀变速运动的位移公式，并加以运用。

3、速度位移关系式的推导及分析有关问题【教学难点】1、导出匀变速运动的位移公式和速度位移关系式。

2、理解推导过程中的微元法。

PPT【新课导入】由做匀速直线运动物体的 v-t 图像可以看出，在时间 t 内的位移 x 对应图中着色部分的矩形面积。

那么，做匀变速直线运动的物体，在时间 t 内的位移与时间会有怎样的关系？匀速直线运动的位移x=vt，结论：匀速直线运动的位移就是v–t图线与t轴所夹的矩形“面积”。

问题：匀变速直线运动的位移是否也对应v-t图象一定的面积？【新课讲授】一、匀变速直线运动的位移怎样求解匀变速直线运动的位移？将运动进行分割，在很短时间（⊿t）内，将变速直线运动近似为匀速直线运动，利用x=v t 计算每一段的位移，各段位移之和即为变速运动的位移。

试探：将运动分成等时的两段，即⊿t=2s内视为匀速运动。

在⊿t=2s内，视为匀速直线运动。

运动速度取多大？时刻（s）0 2 4速度（m/s）10 14 18探究1：将运动分成等时的两段，即⊿t=2秒内为匀速运动。

探究2：将运动分成等时的四段，即⊿t=1秒内为匀速运动。

探究3：将运动分成等时的八段，即⊿t=0.5秒内为匀速运动。

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v­t图象中矩形面积的对应关系. 2.理解匀变速直线运动的位移与时间的关系式，会应用此关系式分析和计算有关匀变速直线运动问题．(重点、难点)3.知道x­t图象，能应用x­t图象分析物体的运动．(难点)4.了解利用极限思想推导位移公式的方法.一、匀速直线运动的位移1．位移公式：x＝vt.2．v­t图象特点(1)平行于时间轴的直线．(2)位移在数值上等于v­t图线与对应的时间轴所包围的矩形的面积．如图所示．二、匀变速直线运动的位移1．位移在v­t图象中的表示(1)微元法推导①把物体的运动分成几个小段，如图甲所示，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≈各个小矩形的面积之和．②把运动过程分为更多的小段，如图乙所示，各小矩形的面积之和可以更精确地表示物体在整个过程的位移．③把整个过程分得非常非常细，如图丙所示，小矩形合在一起成了一个梯形，梯形的面积就代表物体在相应时间间隔内的位移．甲乙丙(2)结论：做匀变速直线运动的物体的位移对应着v­t图象中的图线与对应的时间轴所包围的面积．2．位移与时间的关系⎭⎪⎬⎪⎫面积即位移：x ＝12(v 0＋v )t 速度公式：v ＝v 0＋at ⇨x ＝v 0t ＋12at 2. 三、用图象表示位移1．x ­t 图象：以时间t 为横坐标，以位移x 为纵坐标，描述位移随时间变化情况的图象． 2．常见的x ­t 图象(1)静止：一条平行于时间轴的直线． (2)匀速直线运动：一条倾斜的直线．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)匀速直线运动物体的运动轨迹就是它的x ­t 图象． (×) (2)位移公式x ＝v 0t ＋12at 2仅适用于匀加速直线运动． (×)(3)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． (×) (4)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．(√)2．一物体由静止开始做匀变速直线运动，加速度为2 m/s 2，则2 s 末速度和位移分别为( )A ．4 m/s 4 mB ．2 m/s 4 mC ．4 m/s 2 mD ．2 m/s 2 mA [物体初速度v 0＝0，a ＝2 m/s 2，t ＝2 s ， 则v ＝v 0＋at ＝0＋2×2 m/s＝4 m/s ，x ＝v 0t ＋12at 2＝0＋12×2×22 m ＝4 m ，故A 正确．]3．某物体做匀变速直线运动，初速度v 0＝2 m/s ，经过10 s 的时间，末速度v ＝6 m/s ，其v ­t 图象如图所示，则10 s 内位移为( )A ．8 mB ．80 mC ．4 mD ．40 mD [在v ­t 图象中梯形面积代表匀变速直线运动的位移，x ＝(2＋6)×102m ＝40 m ，故D正确．]1.公式的适用条件：位移公式x ＝v 0t ＋2at 2只适用于匀变速直线运动．2．公式的矢量性：公式x ＝v 0t ＋12at 2为矢量公式，其中x 、v 0、a 都是矢量，应用时必须选取统一的正方向．一般选v 0的方向为正方向．通常有以下几种情况：3.(1)当a ＝0时，x ＝v 0t (匀速直线运动)．(2)当v 0＝0时，x ＝12at 2(由静止开始的匀加速直线运动)．【例1】 国歌从响起到结束的时间是48 s ，国旗上升的高度是17.6 m ．国歌响起同时国旗开始向上做匀加速运动4 s ，然后匀速运动，最后匀减速运动4 s 到达旗杆顶端，速度恰好为零，此时国歌结束．求：(1)国旗匀加速运动的加速度大小； (2)国旗匀速运动时的速度大小．思路点拨：①国旗上升的高度是国旗匀加速运动、匀速运动、匀减速运动的位移之和． ②国旗匀速上升的时间为48 s －4 s －4 s ＝40 s. ③国旗匀加速运动的末速度为国旗匀速上升的速度．[解析] 由题意知，国旗匀加速上升时间t 1＝4 s ，匀减速上升时间t 3＝4 s ，匀速上升时间t 2＝t 总－t 1－t 3＝40 s ，对于国旗加速上升阶段：x 1＝12a 1t 21对于国旗匀速上升阶段：v ＝a 1t 1，x 2＝vt 2 对于国旗减速上升阶段：x 3＝vt 3－12a 2t 23根据运动的对称性，对于全过程：a 1＝a 2x 1＋x 2＋x 3＝17.6 m由以上各式可得：a 1＝0.1 m/s 2v ＝0.4 m/s.[答案] (1)0.1 m/s 2(2)0.4 m/s对公式x ＝v 0t －12at 2的理解(1)表示以初速度方向为正方向的匀减速直线运动． (2)a 表示加速度的大小，即加速度的绝对值．1．汽车以20 m/s 的速度做匀速直线运动，刹车后的加速度大小为5 m/s 2，那么开始刹车后2 s 内与开始刹车后6 s 内汽车通过的位移之比为( )A ．1∶1B ．1∶3C ．3∶4D ．4∶3C [汽车从刹车到停止用时t 刹＝v 0a ＝205s ＝4 s ，故刹车后2 s 和6 s 内汽车的位移分别为x 1＝v 0t －12at 2＝20×2 m－12×5×22 m ＝30 m ，x 2＝v 0t 刹－12at 2刹＝20×4 m－12×5×42m ＝40 m ，x 1∶x 2＝3∶4，故C 正确．]1．x ­t 图象的物理意义：x ­t 图象反映了物体的位移随时间的变化关系，图象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．2．x ­t 图象的应用(1)位移—时间图象不是物体的运动轨迹．(2)位移—时间图象只能描述直线运动，不能描述曲线运动． 【例2】 某一做直线运动的物体的图象如图所示，根据图象求：(1)物体距出发点的最远距离； (2)前4 s 内物体的位移； (3)前4 s 内物体通过的路程．思路点拨：①t ＝1 s 时物体速度最大，t ＝3 s 时物体速度方向将发生改变，此时位移最大．②利用v -t 图象求位移一般采用“面积”法计算，即计算v -t 图线与时间轴所围成的面积．[解析] (1)物体距出发点最远的距离x m ＝12v 1t 1＝12×4×3 m＝6 m.(2)前4 s 内的位移x ＝x 1－x 2＝12v 1t 1－12v 2t 2＝12×4×3 m－12×2×1 m＝5 m. (3)前4 s 内通过的路程s ＝x 1＋x 2＝12v 1t 1＋12v 2t 2＝12×4×3 m＋12×2×1 m＝7 m. [答案] (1)6 m (2)5 m (3)7 m上例中，若将图象的纵轴改为位移x ，其他条件不变，求： (1)物体距出发点的最远距离； (2)物体的最大速度． [提示] (1)4 m.(2)最大速度在0～1 s 内v ＝41m/s ＝4 m/s.(1)v -t 图象与t 轴所围的“面积”表示位移的大小.(2)面积在t 轴以上表示位移是正值，在t 轴以下表示位移是负值. (3)物体的总位移等于各部分位移(正负面积)的代数和. (4)物体通过的路程为t 轴上、下“面积”绝对值的和.)2.一质点的v -t 图象如图所示，求它在前2 s 内和前4 s 内的位移．[解析] 位移大小等于图线与时间轴t 所围成的面积，在前2 s 内的位移x 1＝2×5×12 m＝5 m ；在后2 s 内的位移x 2＝(4－2)×(－5)×12 m ＝－5 m ，所以质点在前4 s 内的位移x＝x 1＋x 2＝5 m －5 m ＝0.[答案] 5 m 01.间时刻的瞬时速度，还等于这段时间初末速度矢量和的一半，即v ＝v 12＝12(v 0＋v )＝xt .推导：设物体的初速度为v 0，做匀变速直线运动的加速度为a ，t 秒末的速度为v . 由x ＝v 0t ＋12at 2得，① 平均速度v ＝x t ＝v 0＋12at②由速度公式v ＝v 0＋at 知，当t ′＝t2时，v t 2＝v 0＋a t 2③ 由②③得v ＝v 12④又v ＝v 12＋a 12⑤联立以上各式解得v 12＝v 0＋v 2，所以v ＝v 12＝v 0＋v2.2．逐差相等：在任意两个连续相等的时间间隔T 内，位移之差是一个常量，即Δx ＝x Ⅱ－x Ⅰ＝aT 2推导：时间T 内的位移x 1＝v 0T ＋12aT2①在时间2T 内的位移x 2＝v 0×2T ＋12a (2T )2②则x Ⅰ＝x 1，x Ⅱ＝x 2－x 1③联立①②③得Δx ＝x Ⅱ－x Ⅰ＝aT 2此推论常有两方面的应用：一是用以判断物体是否做匀变速直线运动，二是用以求加速度．【例3】 一物体做匀变速直线运动，在连续相等的两个时间间隔内，通过的位移分别是24 m 和64 m ，每一个时间间隔为4 s ，求物体的初速度、末速度及加速度．[解析] 解法一：基本公式法如图所示，由位移公式得x 1＝v A T ＋12aT 2x 2＝v A ·2T ＋12a (2T )2－⎝ ⎛⎭⎪⎫v A T ＋12aT 2 v C ＝v A ＋a ·2T将x 1＝24 m ，x 2＝64 m ，T ＝4 s 代入以上三式，解得a ＝2.5 m/s 2，v A ＝1 m/s ，v C ＝21 m/s.解法二：平均速度法连续两段相等时间T 内的平均速度分别为v 1＝x 1T ＝244 m/s ＝6 m/s ，v 2＝x 2T ＝644m/s ＝16 m/s且v 1＝v A ＋v B2，v 2＝v B ＋v C2，由于B 是A 、C 的中间时刻，则v B ＝v A ＋v C2＝v 1＋v22＝6＋162m/s ＝11 m/s解得v A ＝1 m/s ，v C ＝21 m/s 加速度为a ＝v C －v A 2T ＝21－12×4m/s 2＝2.5 m/s 2. 解法三：逐差法由Δx ＝aT 2可得a ＝Δx T 2＝64－2416 m/s 2＝2.5 m/s 2又x 1＝v A T ＋12aT 2，v C ＝v A ＋a ·2T联立解得v A ＝1 m/s ，v C ＝21 m/s. [答案] 1 m/s 21 m/s 2.5 m/s 2速度的四种求解方法(1)基本公式法，设出初速度和加速度，列方程组求解． (2)推论法，利用逐差法先求加速度，再求速度．(3)平均速度公式法，弄清最大速度是第一个过程的末速度，第二个过程的初速度．平均速度整个过程不变．(4)图象法，通过画v ­t 图象求解．3．一质点做匀变速直线运动，第3 s 内的位移为12 m ，第5 s 内的位移为20 m ，则该质点运动过程中( )A ．初速度大小为零B ．加速度大小为4 m/s 2C ．第4 s 内的平均速度为8 m/sD ．5 s 内的位移为50 mB [根据题意，v 2.5＝12 m/s ，v 4.5＝20 m/s ，故a ＝Δv Δt ＝v 4.5－v 2.5Δt ＝20－124.5－2.5 m/s 2＝4 m/s 2，选项B 正确；初速度大小v 0＝v 2.5－at 2.5＝12 m/s －4 m/s 2×2.5 s ＝2 m/s ，选项A 错误；第4 s 内的平均速度等于3.5 s 时刻的瞬时速度，即为v 3.5＝v 2.5＋at 1＝12 m/s ＋4×1 m/s＝16 m/s ，选项C 错误；5 s 内的位移为x ＝v 0t 5＋12at 25＝60 m ，选项D 错误．]1．某质点做直线运动的位移随时间变化的关系是x ＝4t ＋2t 2，x 与t 的单位分别为m 和s ，则质点的初速度与加速度分别为( )A ．4 m/s 与2 m/s 2B ．0与4 m/s 2C ．4 m/s 与4 m/s 2D ．4 m/s 与0C [对比x ＝4t ＋2t 2和位移公式x ＝v 0t ＋12at 2，可知其初速度v 0＝4 m/s,2＝12a ，则加速度a ＝4 m/s 2.]2．折线ABCD 和曲线OE 分别为甲、乙物体沿同一直线运动的位移—时间图象，如图所示，t ＝2 s 时，两图线相交于C 点，下列说法正确的是( )A ．两个物体同时、同地、同向出发B ．第3 s 内，甲、乙运动方向相反C ．2～4 s 内，甲做减速运动，乙做加速运动D ．第2 s 末，甲、乙未相遇B [两物体同时、同向出发，但不是同地出发，A 错误；第3 s 内甲图线的斜率为负，向负方向运动，乙图线的斜率为正，向正方向运动，二者运动方向相反，B 正确；2～4 s 内，甲沿负方向做匀速直线运动，乙沿正方向做加速运动，C 错误；第2 s 末，甲、乙的位置相同，甲、乙相遇，D 错误．]3．飞机着陆后做匀减速滑行，着陆时的初速度是216 km/h ，在最初2 s 内滑行114 m ．问： (1)第5 s 末的速度大小是多少？ (2)飞机着陆后12 s 内滑行多远？[解析] (1)最初2 s 内的位移x 1＝v 0t ＋12at 2，代入数据解得：a ＝－3 m/s 2， 5 s 末的速度v 2＝v 0＋at ＝45 m/s. (2)着陆减速总时间t ＝Δva＝20 s ，飞机着陆后12 s 内的位移x 2＝v 0t ＋12at 2＝504 m.[答案] (1)45 m/s (2)504 m。

3．下列图中表示物体做匀变速直线运动的图象是(
A
【解析】
B C D 匀变速直线运动的v－t图象是一条倾斜直线，x
－t图象是一条曲线．A中图象表示物体静止，B、C中图象表示 物体做匀速直线运动，D中图象表示物体做匀加速直线运动，D 正确．
【答案】 D
4．(多选) (2015· 郑州一中高一检测)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70 min时到家，甲同 ( )
以等大的加速度匀加速运动时，位移的大小小于路程．
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＋
1 at，速度与时间成线性关系，均匀增大；位移公式是x＝v0t＋ 2 at2，位移与时间不成线性关系，位移虽增大，但不是均匀增 大．
学的x－t图象如图2－3－8所示，下列说法正确的是
图2－3－8
A．在前20 min内甲同学做匀加速运动 B．甲同学在乙同学家停留了50 min C．甲、乙两同学家相距3.6 km D．甲从离开学校至到家的这段时间内，平均速度为2 m/s 【解析】 前20 min，甲同学做匀速直线运动，A错.20～
3．两种特殊形式： (1)当a＝0时，x＝v0t(匀速直线运动)． 1 2 (2)当v0＝0时，x＝ at (由静止开始的匀加速直线运动)． 2
第3步
例证——典例印证，思维深化 (2014· 宿州期末)飞机着陆后做匀减速滑行，着陆时
的初速度是216 km/h，在最初2 s内滑行114 m．求： (1)5 s末的速度大小是多少？ (2)飞机着陆后12 s内滑行多远？
1 1 2 x3＝v0t3＋ (－a)t3＝5×3 m－ ×0.5×32 m＝12.75 m. 2 2 (2)同理2 s内物体的位移： 1 1 2 x2＝v0t2＋ (－a)t2＝5×2 m－ ×0.5×22 m＝9 m， 2 2 因此，第3 s内的位移： x＝x3－x2＝12.75 m－9 m ＝3.75 m.