第三章 物質(zhì)的簡單運動
第二節(jié) 探究——比較物體運動的快慢
探究目標
1.知識與技能 知道速度是表示物體運動快慢；知道速度的單位；能用速度公式進行簡單的計算；初步了解用路程——時間圖像描述勻速直線運動.
2.過程與方法 通過探究活動，體會科學研究的一般方法——控制變量法.
3.情感、態(tài)度與價值觀 感受解決問題的喜悅；培養(yǎng)與他人合作的精神；樂于探索自然現(xiàn)象和日常生活中的物理學道理.
探究指導
物理宮殿
1.速度（velocity）
（1）物理意義：速度是表示物體運動的快慢.物體運動越快，速度越大；物體運動越慢，速度越�。�
（2）定義：物體在單位時間內(nèi)通過的路程稱為速度；
（3）公式：v= ，s表示路程，t表示時間，v表示速度；
（4）單位：國際單位是米/秒，符號為m／s或m?s-1，常用單位有千米/小時，符號為km/h或 km?h-11m/s＝3.6 km/h.
【例1】 火車的速度是72 km/h，小汽車的速度是30m／s，自行車的速度是600m／min,比較它們的速度哪個大？
思路與技巧 當物體的速度單位不相同時，要比較它們的速度快慢，首先必須進行單位換算、統(tǒng)一，本題將三者的單位統(tǒng)一為m/s來進行比較.也可將單位統(tǒng)一為km/h進行比較.
火車的速度為v1＝72 km/h=72× ＝20m/s，
小汽車的速度為v2=30m/s，
自行車的速度為v3= 600m/min=600× =10m/s.
答案 v2＞v1＞v3，即小汽車的速度最大.
2.勻速直線運動
如果物體沿直線運動，并且速度大小保持不變，那么我們稱這種運動為勻速直線運動.
說明 （1）某一個做勻速直線運動的物體，任何時刻的速度是一樣的.在公式v= 中，不能認為v與s成正比，與t成反比.因此無論s和t如何變化，v與s（或t）之間并不存在什么關系.若在比較兩個都做勻速直線運動物體的運動情況時，我們可以說：“在t相等的情況下，s越大，v就越大；在s相等的情況下，t越小，v就越大.”這時，應注意前面交待的條件是必不可少的；
（2）用圖像表示勻速直線運動.例如：一個物體以5m／s的速度沿直線運動時，圖3.2-1甲是它的路程隨時間變化的關系圖線.由此可見，勻速直線運動的路程-時間(s-t)圖像是一條過坐標原點的傾斜直線.圖3.2-1乙是它的速度隨時間變化的關系圖線.由于做勻速直線運動的物體的速度是恒定的，所以速度-時間(v-t)圖像是一條平行于時間t軸的直線.
圖3.2-1
【例2】 圖3.2-2是小車運動的情景，根據(jù)圖中相關數(shù)據(jù)可得結(jié)論是
圖 3.2-2
思路與技巧 小車在0～200 m之間，用時10 s；在200 m～400m之間，用時10s；在400～600m之間用時10s，由v= 可知，小車在這三段路程中運動的速度相等，小車在做勻速直線運動.
答案 小車做勻速直線運動.
【例3】 如圖3.2-3是一個騎自行車的人與一個跑步的人運動時的路程隨時間變化的圖線.根據(jù)圖像能夠獲得合理的信息有：
信息一：他們是同時開始運動的；
信息二：；
信息三：等等.
圖3.2-3
思路與技巧 這是一道有關圖像的開放題.由圖可知騎自行車的人和跑步的人都是做勻速直線運動，騎自行車的速度v= = =13.3m／s，跑步的人速度為v＝ ＝ =8m/s.還可知道騎自行車的人和跑步的人行駛的路程為200m，所用的時間分別為15s和 25s.
答案 信息二：騎自行車的人速度大；信息三：騎自行車的人15s內(nèi)運動了200m；信息四：跑步的人25s內(nèi)運動了200m；信息五：圖像中斜線越陡，速度越大.
3.利用公式v＝ 進行計算
由速度公式v＝ ，變形得計算路程和時間的公式：s＝vt，t= .
解題的一般步驟和注意的問題：
（1）認真閱讀題目，分析題意，列出已知量和未知量，并用特定的符號表示，如s代表路程，t代表時間，v代表速度.多個對象相同的物理量字母符號右下角加標號進行區(qū)別，如t1、t2等；
（2）理清各個物理量之間的關系，思考解題方法，選擇合適的公式進行解答；
（3）計算時要注意將單位統(tǒng)一，單位也要參與運算，有時可以通過單位的運算迅速發(fā)現(xiàn)解題中的錯誤；
（4）對較復雜的物理過程，一般可通過畫示意圖進行分析，然后找到并列關系式進行求解.
【例4】 一列長為360m的火車勻速穿過一條長1800m的隧道，如圖 3.2-4，測得火車完全通過隧道需時 108s.求：
（1）火車的運行速度；
（2）火車全部在隧道內(nèi)運行的時間.
圖3.2-4
思路與技巧 火車完全通過隧道是指火車頭進隧道到火車尾出隧道，此時火車通過的路程包括隧道長和火車長.火車全部在隧道內(nèi)運行是指從火車尾進入隧道到火車頭出隧道，此時火車通過的路程為隧道長減去火車長.
答案 （1）火車完全通過隧道的路程s1= 1800m+360m＝2160m所需的時間t1＝108 s
火車運行的速度v= ＝ =20m／S
（2）火車全部在隧道內(nèi)運行時通過的路程
s2＝1800m-360m＝1440m
由v= ，火車全部在隧道內(nèi)運行的時間
t2= = =72s.
說明 第二問還可以有下列解法：
由于火車做勻速直線運動，根據(jù)v= ,v= = 火車全部在隧道內(nèi)運行的時間t2= = =72s.
【例5】 請你根據(jù)圖3.2-5所示兩車及車速表的指示，完成下列過程.
（1）提出問題；
（2）補充條件；
（3）結(jié)果（寫出簡要計算過程）.
圖3.2-5
思路與技巧 這是一道行程問題的開放性試題，應圍繞兩物運動過程中的速度、時間、路程提出問題.但在速度、時間、路程三個因素中，必須知道兩個才能計算出另一個.因題中兩車的速度已經(jīng)給出，所以只要在時間或距離間任意補充一個條件均可以.
答案 （1）經(jīng)多長時間兩車相遇？
（2）兩地距離15km
（3）相遇時間t= = =0.1h.
探究體驗
利用路程-時間圖像分析物體的運動.
第一天
（熱情高漲地開始鍛煉）小馬以 170m/min的速度勻速直線地跑步.用路程一時間圖像描繪出小馬跑步的情況.如圖3.2-6，圖像斜線上的每一點，速度值都相等.
圖3.2-6
第二天
（休息了一會兒）小馬仍以 170m／min的速度勻速跑步，但在跑到850m處時，停下來休息了3min后，仍以原來的速度向前跑，如圖3.2-7圖像中外水平線表明，在休息時路程沒有變化.
圖3.1-7圖3.2-8
第三天
（慢了下來）像第一天一樣，小馬以勻速跑步，但速度降為100m／min.如圖3.2-8圖像上斜線就與第一天不同了，運動的速度越大，斜線就越陡.
探究點撥 圖像表示一個量（如路程）隨另一個量（時間）變化的情況，很直觀、形象.如從三個圖像中能分析出小馬三天跑步時路程隨時間變化的情況以及速度的大小情況.
聊天室
話題：怎樣表示物體運動的快慢？
胖胖：老師，用速度可以表示物體運動的快慢，它等于物體在單位時間內(nèi)通過的路程.還有其他表示方法嗎？
老師：生活中，我們常用兩種方法表示物體運動的快慢：一是“在相同時間內(nèi)比較通過距離的長短”，如 3.2-9甲圖；二是“通過相同距離比較所用時間的多少”如3.2-9乙圖，“速度”就是采用了前一種方法來定義的。那么，用后一種方法能定義一個表示物體運動快慢的物理量嗎？當然可以，不妨試一試，我們就將這個物理量叫做“快慢”.依照速度的定義�！翱炻钡扔谖矬w通過單位路程所用的時間；單位是“s／m”.例如：人步行1s通過的路程約為 1.1m，則人的“快慢”就是 =0.9s/m；自行車1s行駛5m，則自行車的“快慢”就是 =0.2m/s.顯然，這樣定義的“快慢”，它的數(shù)值越大，反而表示運動得越慢，與我們的思維習慣不一致.所以，一般情況下，我們用“速度”來表示物體運動的快慢更方便.
圖 3.2-9
快樂套餐
1.圖3.2-10中表示勻速直線運動的是（ ）
圖 3.2-10
2.一攝錄機每秒可攝照片25幅，圖 3.2-11是踢球時所拍得的一段影片.踢球動作所需的時間是（ ）
動作結(jié)束
圖3.2-11
A.0.04s×2＝0.08sB.0.04s×3＝0.12s
C.0.04s×4＝0.16s D.0.04 s×5＝0.20 s
3.水中游得最快的旗魚，速度可達108km/h，陸地上跑得最快的獵豹，每秒可跑40m，空中飛行最快的褐海燕，每分鐘能飛行5km，比較它們速度的大小（ ）
A.獵豹最大B.旗魚最大
C.褐海燕最大D.三者一樣大
4.一列長為L的隊伍在勻速前進，一通訊員從隊尾將一封信送給隊首的軍官并立即返回隊尾，通訊員速度大小不變，在整個過程中隊伍前進了3L，根據(jù)上述條件可求出（ ）
A.通訊員走的路程B.通訊員的速度
C.隊伍的速度D.通訊員用的時間
5.圖3.2-12中表示的是某物的運動情況，從圖中可知物體在運動中曾停止過 （ ）
圖3.2-12
A.2 minB.4 minC.6 minD.0min
6.信號沿動物神經(jīng)傳播的速度大約是 100m／s.（1）身長30m的鯨，尾巴被鯊魚咬了一口，大約要經(jīng)過s時間能感受到被咬；（2）一個1.8m的成年人大約經(jīng)過s時間能感覺到腳上被蚊子叮了一口.
7.甲、乙兩輛小車運動的s-t圖像如圖3.2-13所示.由此可判斷：甲做運動，乙做運動.v甲=m／s，v乙=m／s，在10min內(nèi)甲、乙運動的路程分別為, .
圖3.2-13
8.（荊州市中考題）“頻閃攝影”是研究物體運動時常用的實驗方法.攝影在暗室中進行.把照相機固定在地面上，門是常開的，但由于沒有光照亮物體，底片并不感光.光源是一只閃光燈，它每隔0.02s閃亮一次，閃亮的時間很短，只有大約 s.光源發(fā)光時物體被照亮，底片就記錄下這時物體的位置.分析如圖3.2-14所示小球運動的頻閃照片，就可知道它的運動速度大小.請你用尺量一量，再算一算，它的運動速度最接近m／s.
圖3.2-14
9.一輛汽車行駛在合肥到南京的高速公路上，汽車上的速度表指針始終指在如圖3.2-15a所示的位置.汽車由圖3.2-15b中所示的位置A處行駛到B處，需要多少時間？
圖3.2-15
10.電視臺把無線電信號傳送到高空中的通信衛(wèi)星上，衛(wèi)星再把信號傳到地面上的其他地區(qū)，這樣就實現(xiàn)了衛(wèi)星電視轉(zhuǎn)播.在調(diào)試過程中，電視臺本身也需要接收衛(wèi)星傳回的信號，并和演播室用電纜傳來的信號進行比較.這時發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星傳來的畫面上，人物動作的變化總比電纜傳來的畫面上相應的變化發(fā)生得晚一些.
（1）解釋產(chǎn)生這種時間延遲的原因；
（2）已知通信衛(wèi)星離電視臺的距離大約是36000km.無線電信號傳播的速度與光速相同，估算畫面延遲的時間（光在真空中的傳播速度為3×108m/s）.
11.一列車做勻速直線運動，下表表示行駛時間t和對應的路程s.試畫出該列車的s-t圖像，并求出該列車的運行速度.
s/m0150300450600750
t/s0510152025
12.小張用自己的脈搏跳動次數(shù)做計時工具測定大李百米賽跑的速度（如圖3.2-16）.首先，小張測定自己脈搏跳動的規(guī)律如下表，然后他站在起跑位置指揮大李起跑，大下達口令的同時，開始數(shù)自己的脈搏，當看到終點發(fā)出信號時停止計數(shù)，此時數(shù)出脈搏跳動次數(shù)為13次.
圖3.2-16
測量次數(shù)時間/s脈搏跳動次數(shù)/次
13032
26062
39092
4120124
合時
脈搏跳動規(guī)律次/s
請根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算出小李百米賽跑的速度.
13.（廣西桂林市中考題）圖3.2-17中，甲、乙兩圖分別表示比較自行車和磨托車運動快慢的兩種方法.
圖 3.2-17
甲圖表明：；
乙圖表明：.
14.如圖3.2-18野兔在草地上以10m／s的速度向前方50m處的樹洞奔逃，禿鷹在野兔后方130m處以30m／s的速度貼著地面飛行追擊野兔.通過計算回答野兔能否安全逃進樹洞（要求兩種解法，要有必要的文字說明）?
圖3.2-18
方法一：
方法二：
15.甲、乙兩地相距 90km，A車以30km/h的速度從甲地開出，向乙地勻速前進，同時B車以60km/h的速度從乙地開出，向甲地勻速前進.在兩車勻速開出的同時，一只小鳥從甲地出發(fā)，以60 km/h的速度向乙地勻速飛行，當它遇到 B車后立即以同樣大小的速度反向飛行，遇到A車后再次反向飛行，如此反復，直至兩車相遇時，小鳥一共飛行了多少路程？
這是一個三個物體同時勻速運動的問題.小鳥在兩輛車之間往返飛行，且兩車也在靠近.如果將小鳥每次來回通過的路程依次求出再相加，這樣計算不僅繁瑣，而且沒有盡頭.你有什么好的方法來解決這個問題嗎？
16.閱讀材料
美國“哥倫比亞號”航天飛機失事后，從國際空間站回到地球家園的三名宇航員乘坐的“交通工具”是俄羅斯的“聯(lián)盟號”飛船.“聯(lián)盟號”飛船返回到地球要走12步，所花的時間是4h 40min，12步中哪一步失算都可能導致“哥倫比亞號”航天飛機式的悲劇.這12步是這樣走的：第一步是北京時間5月 4日清晨6點47分，三名宇航員為脫離空間站做準備；第二步是飛船與空間站接口連接的掛鉤和挺鎖開始打開；第三步是飛船與空間站脫離，脫離的速度是 0.1m/s；第四步是脫離點火，當飛船離空間站 20m的時候，飛船的發(fā)動機開始點火，點火時間持續(xù)15s；第五步是當飛船離空間站19 km的時候，飛船的發(fā)動機再度點火，持續(xù)時間4min 21s，從而脫離原來的太空軌道；第六步是飛船的各飛行艙開始脫離；第七步是飛船在脫軌31min的時候進入地球大氣層；第八步是發(fā)出降落傘打開指令，使得飛船的下落速度從230 m／s減小到80 m/s；第九步是主降落傘打開，使得飛船下落速度進一步減小到7m／s；第十步是垂直降落；第十一步是飛船著陸前2s，六臺發(fā)動機同時點火燃燒，使飛船從離地約6m的高度再次減速下落到地面；第十二步是平安落地.
根據(jù)以上材料，回答下列問題：
（1）從飛船與空間站脫離到飛船的發(fā)動機第一次開始點火所經(jīng)歷的時間是多少秒？
（2）飛船著陸前2s的平均速度是多少米/秒？
參考答案
[快樂套餐] 1.B 2.B 3.C 4.A 5B（點撥：圖像中距離不變所經(jīng)歷的時間由2min到6min，即靜止時間4min）
6.0.3；0.018
7.勻速直線；勻速直線；5；2；3km；1.2km
8.11.5m/s
9.A處到B處的路程為80km，汽車的速度為100k/h= m/s. 從A處到B處所需時間t= = =0.8h
10.（1）無線電信號在電視臺與衛(wèi)星之間的傳播要花一定時間 （2）t= = =0.24s
11.v= = =30m/s，圖像略
12.7.9m/s
13.（1）相同時間內(nèi)，摩托車比自行車通過的路程長，所以摩托車運動快些 （2）通過相同的路程，摩托車比自行車所用時間短，所以摩托車運動快些
14.方法一：解根據(jù)速度公式變形可知野兔跑到樹洞口所需時間為t1＝ = =5s，禿鷹飛到樹洞口所需時間為t2= = =6s，t2＞t1，即禿鷹飛到樹洞口的時間大于野兔跑到樹洞口所用時間，所以野兔能安全逃進樹洞.
方法二：解根據(jù)速度公式變形可知野兔跑到樹洞所需時間為t1= = =5s，在這段時間內(nèi)禿鷹飛行的距離是s2＝v2t1＝30 m/s×5s＝150 m,s2= 150m＜（130＋50）m，即這段時間內(nèi)禿鷹飛行的距離小于180m，所以野兔能安全逃進樹洞
15.兩車從出發(fā)到相遇經(jīng)歷時間t= = =1h，則小鳥飛行的時間t=1h，小鳥行駛的路程為s=vt=60km/h×1h=60 km
16.（1）t1= = =200s (2)v2= = =3m/s
本文來自：逍遙右腦記憶 http://yy-art.cn/chuer/72781.html
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