师:大自然中,物体的运动有快有慢。天空,日出日落;草原,骏马奔驰;树丛,蜗牛爬行.仔细观察物体的运动,我们发现,在许多情况下,物体运动的快慢会发生改变:飞机的起飞,汽车的行驶,运动员的奔跑等.在自然界和人类生活中,物体的运动状态各不相同且不断变化.在长期对运动的思索、探究过程中,为了比较准确地描述运动,人们逐步建立了平均速度的概念,并均用平均速度来描述物体运动的快慢.如何定义平均速度呢?
请大家讨论并总结一下.
生:平均速度:用位移和发生这段位移的时间来描述物体的运动,平均速度是指运动物体在某段时间内的位移与发生这段位移所用时间的比值.
师:平均速度是矢量,它的方向由位移的方向决定,它的大小表示这段时间内运动的快慢.
师:平均速度是在描述变速直线运动的情况下,能粗略描述物体运动快慢的物理量.
[讨论与交流]
美国田径运动员刘易斯,在1991年的世界田径锦标赛上创下了9.86s的百米跑世界纪录,下表中给出了当时的实测记录.请算出每个10m内的平均速度,并填人表中.
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位移s/m |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
|
时间t/s |
0 |
1.88 |
2.96 |
3.88 |
4.71 |
5.61 |
6.46 |
7.30 |
8.31 |
9.00 |
9.86 |
|
通过每10 m的时间△t/s |
|
1.88 |
1.08 |
0.92 |
0.83 |
0.90 |
0.85 |
0.84 |
0.83 |
0.87 |
0.86 |
|
每10 m内的平均速度v/(m·s-1) |
5.32 |
9.26 |
10.87 |
12.05 |
11.11 |
11.76 |
11.9 |
12.05 |
11.49 |
11.63 |
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教师引导学生总结.
师:在每个10m内的平均速度不同,那么我们在求平均速度的时候应该注意什么,大家讨论一下.
生:变速运动在不同时间内的平均速度一般不同,所以我认为提及平均速度,必须要指明是哪段时间内的平均速度.
[课堂训练)
一辆汽车沿平直的公路行驶,第1s内通过5m的距离,第2s内和第3s内各通过20 m的距离,第4s内又通过了15 m的距离.求汽车在最初2s内的平均速度和这4s内的平均速度各是多少?
答案,汽车在最初2s内的平均速度为12.5 m/s,这4s内的平均速度为15m/s.
解析:所求问题是不同时间内的平均速度,要紧扣平均速度的定义,用位移除以发生这段位移所需的时间,并且必须注意时间和位移的对应关系.最初2s内的时间为2s,位移为(5+20)m=25 m:前4s的时间间隔为4s,位移为(5+20+2015)m=60m
根据平均速度的定义公式v=x/t得,
最初2s内的平均速度v1=(x1+ x2)/ (t1+ t 2) m/s=12.5m/s
4s内的平均速度是v2=(x1+ x2+ x3+ x4)/ (t1+t 2+t 3+t 4) m/s=15m/s
{课堂探究)
某同学不小心掉了半块饼干在地上,5min后发现饼干上聚集了许多蚂蚁,那么5 min荫前这些蚂蚁离饼干的最远距离为多少?确定这个最远距离的关键是测出蚂蚁的爬行速度.某班学生以小组为单位进行估测蚂蚁爬行速度的实验探究活动,下表是各小组的实验方案及结果.
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组别 |
实验方案 |
平均速度v/(cm·s-1
) |
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1 |
用面包吸引蚂蚁,使它在两直尺间运动 |
1.2 |
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2 |
让沾有墨水的蚂蚁在纸槽内运动 |
0.3 |
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3 |
让直玻璃管内的蚂蚁向另一墙运动 |
1.04 |
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4 |
让蚂蚊在盛有粉笔灰的纸槽内运动 |
0.45 |
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5 |
让蚂蚊在塑料吸管内爬行,同时点燃蚂蚊身后的塑科吸管 |
2.40 |
(1)表中各小组最后测得的蚂蚁的爬行速度各不相同,产生此现象的可能原因是什么?
(2)5min前蚂蚁寓饼干的最远距离约为多少?
展示问题(播放比赛片段):北京时间8月28日凌晨2点40分,雅典奥林匹克体育场,这是一个值得所有中国人铭记的日子,21岁的上海小伙刘翔像闪电一样,挟着狂风与雷鸣般的怒吼冲过终点,以明显的不可撼动的优势获得奥运会男子110米栏冠军,12秒91的成绩平了由英国名将科林·约翰逊1993年8月20日在德国斯图加特创造的世界纪录,改写了奥运会纪录.
师:那么请问我们怎样比较哪位运动员跑得快呢?有几种方法呢?试举例说明.
学生讨论、思考并回答.
生1:同样的位移,比较所用时间的长短,时间短的,运动得快.例如刘翔在110米栏比赛中所用的时间最短,跑得最快,所以他夺得了金牌.
生2:也可以用相同的时间,比较通过的位移,位移大的,运动得快.假如用相同的时间,刘翔将跑得更远,说明刘翔跑得更快.
师:请同学们再多想一些比较快慢的例子,哪些是用相同位移比时间,哪些是用相同时间比位移的?
生1:我们在校运动会上,百米赛跑就是相同位移比时间.
生2:我亲身经历了,在校运动会前,我们班主任在选拔百米跑运动员的时候,他没有秒表,而是用目测的方法来估计哪位同学跑得最快.他让我们同时起跑,看谁跑得最远.我看这种方法就是相同时间比位移.
师:由上分析可知,运动的快慢跟运动的时间及通过的位移都有关系.物理学中用速度来描述物体运动的快慢程度.
[讨论与交流]
师:以下有四个物体,请同学们来比较一下它们运动的快慢程度.
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|
初始位置(m) |
经过时间(s) |
末了位置(m) |
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A.自行车沿平直道路行驶 |
0 |
20 |
100 |
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B.公共汽车沿平直道路行驶 |
0 |
10 |
100 |
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C火车沿平直轨道行驶 |
500 |
30 |
1 250 |
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D.飞机在天空直线飞行 |
500 |
10 |
2 500 |
师:如何比较A和B、B和D、B和C的运动快慢?
生1:比较A和B:它们经过的位移相同(都是100m),A用的时间长(20s),B用的时间短(10s).在位移相等的情况下,时间短的运动得快,即汽车比自行车快.
生2:比较B和D:它们所用的时间相同(都是10s),B行驶了100m,D飞行了2 000m,B行驶的位移比D短,在时间相等的情况下,位移大的运动得快,即飞机比汽车快.
生3:比较B和C;它们的位移不同,所用的时间也不同,要比较它们的运动快慢,只有计算它们平均每秒钟位移的大小量.单位时间内位移大的运动得快,由上列表可算出以上四个物体每秒钟位移大小分别为5 m、10m、25 m、200 m,这说明飞机行驶得最快.
师:我们为了比较物体的运动快慢,可以用位移跟发生这个位移所用时间的比值,表示物体运动的快慢,这就是速度.
师:速度公式v=Δx/Δt
单位:国际单位m/s或m·s-1
常用单位km/h或km·h-1 , ㎝/s或㎝·s-1
生:我们在初中也学过速度,不过那时是路程跟时间的比值.它们一样吗?
师:那时那样讲是限于当时同学们的接受能力,大家想一下,什么条件下路程等于位移的大小呢?
生:在单方向的直线运动中。
师:初中我们学的速度是路程跟时间的比值.在单向直线运动中,它与位移跟时间的比值是相等的.现在我们学习的速度概念更严谨.路程与所用时间的比值是另一个物理量,它与这里的速度是不同的.
师:位移是矢量,既有大小又有方向.那速度呢?
学生看书后回答.
生:也是矢量,速度的方向就是物体运动的方向.
§ 速度是矢量
§ 速度的大小在竖直上等于单位时间物体位移的大小;速度的方向就是物体运动的方向