1、第1章运动的描述匀变速直线运动的研究课程标准内容及要求核心素养及关键能力核心素养关键能力1.了解近代实验科学产生的背景，认识实验对物理学发展的推动作用。科学态度探究能力2.经历质点模型的建构过程，了解质点的含义。知道将物体抽象为质点的条件，能将特定实际情境中的物体抽象成质点。模型建构物理建模能力3. 理解位移、速度和加速度。通过瞬时速度和加速度概念的建构，体会物理问题研究中的极限方法和抽象思维方法。极限方法和抽象思维应用数学知识解决物理问题能力4.理解匀变速直线运动的规律，能运用其解决实际问题。科学推理推理论证能力5.实验一：通过实验，探究匀变速直线运动的特点，能用公式、图像等方法描述匀变速直
2、线运动。科学探究实验操作和数据处理能力6.通过实验，认识自由落体运动规律。结合物理学史的相关内容，认识物理实验与科学推理在物理学研究中的作用。科学探究实验分析与结论第1讲 运动的描述一、质点和参考系1.质点(1)在某些情况下，可以忽略物体的大小和形状，把它简化为一个具有质量的点，这样的点叫作质点。还有一种情况，虽然不能忽略物体的大小和形状，但是，物体上各点运动情况完全相同。从描述运动的角度，物体上任意一点的运动完全能反映整个物体的运动，于是，整个物体的运动也可以简化为一个点的运动，把物体的质量赋予这个点，它也就成了一个质点。(2)一个物体能否看成质点是由所要研究的问题决定的。同一个物体，由于所
3、要研究的问题不同，有时可以看成质点，有时不能看成质点。(3)质点是一种理想化模型，实际并不存在。2.参考系(1)参考系可以是运动的物体，也可以是静止的物体，但被选为参考系的物体，我们都假定它是静止的。(2)比较两物体的运动情况时，必须选同一参考系。(3)描述一个物体的运动时，参考系可以任意选择。但是，选择不同的参考系来观察同一个物体的运动，其结果会有所不同。通常选择地面为参考系。【自测1】 质点是一个理想化模型，下列说法中正确的是()A.研究100米赛跑运动员的起跑动作时，其身体可看成质点B.研究月球绕地球的运动轨迹时，月球可看成质点C.研究火车通过隧道所需的时间时，火车可看成质点D.研究“嫦
4、娥四号”在轨道上的飞行姿态时，“嫦娥四号”可看成质点答案B解析研究运动员的起跑动作时，需要分析运动员身体不同部位的姿态，其身体不能看成质点，所以A错误；研究月球绕地球的运动轨迹时，月球的大小相对于月球和地球之间的距离来说是很小的，可以忽略，月球可看成质点，所以B正确；研究火车通过隧道所需的时间时，火车的长度相对于隧道来说是不能忽略的，火车不能看成质点，所以C错误；研究“嫦娥四号”在轨道上的飞行姿态时，不能看成质点，所以D错误。【自测2】 下列有关运动的描述中，参考系的选取符合描述的是()A.诗句“飞流直下三千尺”是以“飞流”为参考系的B.“钱塘观潮时，观众只觉得潮水扑面而来”，是以“潮水”为参
5、考系的C.“两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山”是以“万重山”为参考系的D.升国旗时，观察到国旗冉冉升起，观察者是以“国旗”为参考系的答案C解析描述物体运动，不能选择自身为参考系，故A错误；观众以自身或江岸为参考系，觉得“潮水”是运动的，扑面而来，故B错误；以“万重山”为参考系，“轻舟”是运动的，故C正确；观察者以旗杆为参考系，“国旗”是运动的，故D错误。二、位移和速度1.位移和路程位移路程定义位移表示物体位置的变化，可用由初位置指向末位置的有向线段表示路程是物体运动轨迹的长度区别位移是矢量，方向由初位置指向末位置路程是标量，没有方向联系在单向直线运动中，位移的大小等于路程；其他情况下，位移的大小
6、小于路程2.速度与速率(1)平均速度：物体发生的位移与发生这段位移所用时间的比值，即 ，是矢量，其方向就是对应位移的方向。(2)瞬时速度：运动物体在某一时刻或经过某一位置的速度，是矢量，其方向是物体的运动方向或运动轨迹上该点的切线方向。(3)速率：瞬时速度的大小，是标量。(4)平均速率：物体运动的路程与通过这段路程所用时间的比值，不一定等于平均速度的大小。【自测3】 在伦敦奥运会上，牙买加选手博尔特在男子100 m决赛(直跑道)和男子200 m决赛(弯曲跑道)中分别以9.63 s 和19.32 s的成绩获得两枚金牌。关于他在这两次决赛中的运动情况，下列说法正确的是()A.200 m决赛的位移是
7、100 m决赛的两倍B.200 m决赛的平均速度约为10.35 m/sC.100 m决赛的平均速度约为10.38 m/sD.100 m决赛的最大速度约为20.76 m/s答案C解析200 m比赛跑道是弯曲的，位移小于200 m，100 m比赛跑道是直线，位移的大小等于100 m，A错误；10.35 m/s是平均速率，B错误；10.38 m/s是平均速度大小，C正确；最大速度由已知条件无法求出，D错误。三、加速度1.物理意义：描述物体速度变化快慢的物理量。2.定义式：a。3.决定因素：a不是由v、t、v来决定，而是由F、m来决定。4.方向：与v的方向一致，由合力F的方向决定，而与v0、v的方向无
8、关。【自测4】 (2020江苏连云港市锦屏中学期中)关于速度和加速度，下列说法中正确的是()A.物体的速度变化快，则加速度一定大B.物体的速度变化大，则加速度一定大C.物体的速度大，则加速度一定大D.物体的速度为零，则加速度一定为零答案A解析加速度反映速度变化快慢，物体的速度变化快，则加速度一定大，所以A正确；物体的速度变化大，其加速度不一定大，还要看时间的长短，所以B错误；物体的加速度大，说明速度变化快，但速度不一定大，所以C错误；速度为零，而速度可以变化，则加速度不一定为零，所以D错误。命题点一质点、参考系和位移1.三个概念的进一步理解(1)质点不同于几何“点”，它无大小但有质量，实际物体
9、能否看成质点是由研究的问题决定的，而不是依据物体自身大小和形状来判断。(2)参考系一般选取地面或相对地面静止的物体。(3)位移用来描述物体位置的变化，由初位置指向末位置的有向线段能准确描述物体位置的变化，线段的长度表示位移的大小，箭头指向表示位移的方向。2.三点注意(1)对于质点要从建立理想化模型的角度来理解。(2)在研究两个物体间的相对运动时，选择其中一个物体为参考系，可以使分析和计算更简单。(3)位移的矢量性是研究问题时应切记的性质。【例1】 在“金星凌日”的精彩天象中，观察到太阳表面上有颗小黑点缓慢运动，持续时间达六个半小时，那便是金星，如图1所示。下面说法正确的是()图1A.地球在金星
10、与太阳之间B.观测“金星凌日”时可将太阳看成质点C.以太阳为参考系，金星绕太阳一周位移不为零D.以太阳为参考系，可以认为金星是运动的答案D解析金星通过太阳和地球之间时，我们才能看到金星没有被太阳照亮的一面呈黑色，选项A错误；因为观测“金星凌日”时太阳的大小对所研究的问题起着至关重要的作用，所以不能将太阳看成质点，选项B错误；金星绕太阳一周，起点与终点重合，位移为零，选项C错误；金星相对于太阳的空间位置发生了变化，所以以太阳为参考系，金星是运动的，选项D正确。【变式1】 (多选) (原创题)如图2，在一次空军投弹演习中，飞机水平匀速运动，不考虑空气阻力的影响，下列说法正确的是()图2A.研究炸弹
11、从释放到落地的运动轨迹情况，可把炸弹看成质点B.以飞机为参考系，炸弹做自由落体运动C.以地面为参考系，炸弹运动的位移方向是不断变化的D.飞行员看到炸弹的运动轨迹为曲线答案ABC解析研究炸弹的运动轨迹，可以不考虑炸弹的大小和形状，可把炸弹看成质点，故A正确；以飞机为参考系，炸弹的运动是自由落体运动，故B正确；以地面为参考系，炸弹的运动是曲线运动，位移方向是不断变化的，故C正确；以飞行员为参考系，炸弹做自由落体运动，运动轨迹是直线，故D错误。命题点二平均速度和瞬时速度1.区别与联系(1)区别：平均速度是过程量，表示物体在某段位移或某段时间内的平均运动快慢程度；瞬时速度是状态量，表示物体在某一位置或
12、某一时刻的运动快慢程度。(2)联系：瞬时速度是运动时间t0时的平均速度。2.方法和技巧(1)判断某速度是否为瞬时速度，关键是看该速度是否对应“位置”或“时刻”。(2)求平均速度要找准对应的“位移”和发生这段位移所需的“时间”。【例2】 暑假中某同学在公园跑步时，用手机计步器记录了自己的锻炼情况，如图3所示，则下列说法正确的是()图3A.图中的5.0 km/h为平均速度B.图中的5.0 km/h为瞬时速度C.图中的5.0 km/h为平均速率 D.图中的5.0 km/h为平均速度的大小答案C解析由于人行走的路线不是直线，所以图中的6.65公里是路程，而不是位移，所以图中的5.0 km/h不可能为平
13、均速度，更不可能为瞬时速度，选项A、B错误；因为平均速率等于路程与所用时间的比值，图中的5.0 km/h为平均速率，注意平均速率不是平均速度的大小，选项C正确，D错误。【变式2】 (2020江苏连云港市锦屏中学期中)下列所说物体的速度通常指平均速度的是()A.某同学百米赛跑的速度B.物体竖直上抛到最高点时的速度C.子弹射出枪口时的速度D.物体下落后第2秒末的速度答案A解析某同学百米赛跑的速度为一过程的速度，为平均速度，故A正确；物体竖直上抛到最高点时的速度为某一位置的速度，为瞬时速度，故B错误；子弹射出枪口时的速度为某一位置的速度，为瞬时速度，故C错误；物体下落后第2秒末的速度为某一时刻的速度
14、，为瞬时速度，故D错误。【变式3】 一质点沿直线Ox方向做变速运动，它离开O点的距离x随时间t变化的关系式为x(52t3) m，它的速度随时间t变化的关系为v6t2 m/s，该质点在t2 s时的速度和t2 s到t3 s间的平均速度的大小分别为()A.12 m/s39 m/s B.24 m/s38 m/sC.12 m/s19.5 m/s D.24 m/s13 m/s答案B解析质点在t2 s时的速度为v6t224 m/s；t2 s时，x221 m；t3 s时，x359 m；根据平均速度得23 s内的平均速度的大小 m/s38 m/s，故选项B正确。用平均速度法求解瞬时速度极限思想的应用1.用极限法
15、求瞬时速度和瞬时加速度(1)公式v中，当t0时v是瞬时速度。(2)公式a中，当t0时a是瞬时加速度。2.注意(1)用v求瞬时速度时，求出的是粗略值，t越小，求出的结果越接近真实值。(2)对于匀变速直线运动，任意一段时间内的平均速度等于该段时间内中间时刻的瞬时速度。【例3】 为了测定气垫导轨上滑块的加速度，滑块上安装了宽度为d3.0 cm的遮光板，如图4所示，滑块在牵引力作用下匀加速先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光板通过光电门1的时间为t10.30 s，通过光电门2的时间为t20.10 s，遮光板从开始遮住光电门1到开始遮住光电门2的时间为t3.0 s，则滑块的加速度约为()图4A
16、.0.067 m/s2 B.0.67 m/s2C.6.7 m/s2 D.不能计算出答案A解析遮光板通过光电门1时的速度v1 m/s0.10 m/s，遮光板通过光电门2时的速度v2 m/s0.30 m/s，故滑块的加速度a0.067 m/s2，选项A正确。命题点三速度、速度变化量和加速度的关系1.三个概念的比较 比较项目速度速度变化量加速度物理意义描述物体运动快慢和方向的物理量描述物体速度改变的物理量，是过程量描述物体速度变化快慢的物理量定义式vvvv0a决定因素v的大小由v0、a、t决定v由v与v0进行矢量运算，由vat知v由a与t决定a不是由v、t、v决定的，而是由F、m决定方向与位移方向相
17、同与加速度的方向相同由F的方向决定，而与v0、v的方向无关，与v同向2.直线运动中的“加速”或“减速”的判断判断物体做加速运动还是减速运动，关键是看物体的加速度与速度的方向关系。(1)(2)【例4】 (多选)一物体做匀变速直线运动，某时刻速度大小为4 m/s，1 s后速度的大小变为10 m/s，则关于该物体的加速度的说法正确的是()A.加速度的大小为6 m/s2，方向与初速度的方向相同B.加速度的大小为6 m/s2，方向与初速度的方向相反C.加速度的大小为14 m/s2，方向与初速度的方向相同D.加速度的大小为14 m/s2，方向与初速度的方向相反答案AD解析以初速度的方向为正方向，若初、末速
18、度方向相同，加速度a m/s26 m/s2，方向与初速度的方向相同，A正确，B错误；若初、末速度方向相反，加速度a m/s214 m/s2，负号表示方向与初速度的方向相反，C错误，D正确。【变式4】 质点以加速度a做匀变速直线运动，经过一段时间t，质点的速度为v，速度的变化量为v，则()A.a越大，v也越大 B.a越大，v可能越小C.a与v方向一定相同 D.a与v方向一定相反答案C解析根据a知，加速度越大，速度变化越快，但是末速度不一定大，故A项错误；根据a知，加速度越大，时间一定时，速度变化量越大，故B项错误；加速度的方向与速度变化量的方向相同，故C项正确，D项错误。【变式5】 (多选)如图
19、5甲所示，火箭发射时，速度能在10 s内由0增加到100 m/s；如图乙所示，汽车以108 km/h的速度行驶，急刹车时能在2.5 s内停下来，下列说法中正确的是()图5A.10 s内火箭的速度改变量为10 m/sB.2.5 s内汽车的速度改变量为30 m/sC.火箭的速度变化比汽车的速度变化快D.火箭的加速度比汽车的加速度小答案BD解析因火箭发射时，速度在10 s内由0增加到100 m/s，故10 s内火箭的速度改变量为100 m/s，选项A错误；汽车以108 km/h30 m/s的速度行驶，急刹车时能在2.5 s内停下来，则2.5 s内汽车的速度改变量为030 m/s30 m/s，选项B正
20、确；火箭的加速度a1 m/s210 m/s2；汽车的加速度a2 m/s212 m/s2，负号表示汽车的加速度方向与运动方向相反，故火箭的速度变化比汽车的速度变化慢，火箭的加速度比汽车的加速度小，选项C错误，D正确。课时限时练(限时：15分钟)对点练1质点、参考系和位移1.(2020浙江省山水联盟开学考)如图1所示，为有力支援武汉“抗疫”，空军在2020年2月2日凌晨出动8架大型运输机，分别从沈阳、兰州、广州、南京起飞，向武汉紧急空运795名军队支援湖北医疗队队员和58吨物资，上午9时30分全部抵达武汉天河机场。对以上描述下列说法正确的是()图1A.计算运输机飞行时间时，运输机不能看成质点B.在
21、分析运输机着陆动作时，运输机可以看成质点C.“上午9时30分”指的是最后一架运输机的飞行时间D.“上午9时30分”指的是最后一架运输机抵达武汉的时刻答案D解析计算运输机飞行时间时，与运输机的大小和形状无关，所以可以将运输机看成质点，所以A错误；在分析运输机着陆动作时，不能忽略运输机的大小和形状，所以运输机不能看成质点，所以B错误；“上午9时30分”指的是最后一架运输机抵达武汉的时刻，所以D正确，C错误。2.(2020浙江宁波市适应性考试)如图2所示为飞行员(丙)在跳伞训练，飞机驾驶员(甲)和地面指挥员(乙)在观察了丙的运动后，发生了争论。关于甲、乙争论的内容，下列说法正确的是()图2A.甲选取
22、了地面为参考系B.乙选取了飞机为参考系C.两人的说法中必有一个是错误的D.两人选取参考系不同导致观察结果不同答案D解析甲、乙两人的说法分别是以飞机和地面作为参考系研究丙运动的，说法都是正确的。他们的争论是由于选择的参考系不同而导致的，故A、B、C错误，D正确。3.(2020江苏连云港市锦屏中学期中)一物体沿半径R的圆周运动一周，其位移的大小和路程分别是()A.2R；0 B.0；2R C.2R；2R D.0；2R答案B解析运动一周，初、末位置在同一点，所以位移为0，路程为2R，故B正确，A、C、D错误。对点练2平均速度和瞬时速度4.(2020浙江金华十校4月模拟)目前，滴滴出行已从出租车打车软件
23、，成长为涵盖出租车、专车、快车、顺风车、代驾及大巴等多项业务在内的一站式出行平台。小姚利用滴滴出行手机软件打车到达目的地以后，手机上显示部分信息如下，则()A.时间13分钟指时刻B.里程2.6 km指位移C.里程2.6 km指路程D.2.6 km与13分钟比值表示平均速度答案C解析时间13分钟是指时间间隔，故A错误；里程2.6 km是指汽车运动轨迹的长度，即路程，故B错误，C正确；路程与时间的比值为平均速率，故D错误。5.(2020浙江嘉兴市5月教学测试)牙买加名将博尔特在柏林田径世界锦标赛上，创造了200 m短跑世界纪录19.19 s，则()A.200 m指的是位移，19.19 s指的是时刻
24、B.200 m指的是路程，19.19 s指的是时间间隔C.博尔特全程的平均速度大小约为10.42 m/sD.博尔特冲刺速度大小一定为10.42 m/s答案B解析200 m比赛跑道为弯道，位移大小小于200 m，200 m 指的是路程，19.19 s指的是时间间隔，故A错误，B正确；因为不清楚运动性质，故无法计算冲刺速度大小，而因为不清楚具体位移，故平均速度无法计算，故C、D错误。对点练3速度、速度变化量和加速度6.关于物体的运动，下列说法正确的是()A.物体的加速度等于零，速度一定等于零B.物体的速度变化量大，加速度一定大C.物体具有向东的加速度时，速度的方向可能向西D.做直线运动的物体，加速
25、度减小，速度也一定减小答案C7.(2020北京市东城区上学期期末)将小球竖直向上抛出，忽略空气阻力的影响。小球在空中运动过程中，到达最高点前的最后1秒内和离开最高点后的第1秒内()A.位移相同 B.路程不同C.加速度相同 D.速度变化量不同答案C解析到达最高点前的最后1秒内和离开最高点后的第1秒内位移大小相同，方向相反，选项A错误；由对称可知，到达最高点前的最后1秒内和离开最高点后的第1秒内路程相同，选项B错误；加速度大小均为g，方向竖直向下，选项C正确；根据vgt可知，速度变化量均为10 m/s，选项D错误。8.一物体做加速度为1 m/s2的直线运动，t0时速度为5 m/s，下列说法正确的是
26、()A.初速度为5 m/s说明物体在做减速运动B.加速度为1 m/s2说明物体在做减速运动C.t1 s时物体的速度为4 m/sD.初速度和加速度方向相同，物体在做加速运动答案D解析当速度方向与加速度方向相同时，物体做加速运动，根据速度公式vv0at，当t1 s时物体速度为v15 m/s(1)1 m/s6 m/s，故A、B、C错误，D正确。9.如图3所示，气垫导轨上滑块经过光电门时，其上的遮光条将光遮住，电子计时器可自动记录遮光时间t，测得遮光条的宽度为x，用近似代表滑块通过光电门的瞬时速度，为使更接近瞬时速度，正确的措施是()图3A.换用宽度更窄的遮光条B.提高测量遮光条宽度的仪器的精确度C.使滑块的释放点更靠近光电门D.增大气垫导轨与水平面的夹角答案A解析换用宽度更窄的遮光条，x减小，t减小，更接近瞬时速度，选项A正确。