第2節(jié) 時間 位移

第2節(jié)時間位移核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀念(1)知道時刻與時間間隔的含義及在數(shù)軸上的表示方法。(2)理解位置、位移等概念的含義。(3)了解矢量、標(biāo)量的含義，理解位移的矢量性。(4)了解位移—時間圖像的物理意義?？茖W(xué)思維(1)會在具體問題中辨析、識別時刻與時間間隔。(2)會在實際問題中正確分析位置、位移等。(3)會在一維坐標(biāo)系中表示物體做直線運動的位置、位移等物理量?？茖W(xué)探究利用打點計時器測位移、時間，能畫出位移—時間圖像；能與他人交流從x-t圖像中獲得的信息。一、時刻和時間間隔1．時刻：指某一______。在時間軸上，時刻用____表示。2．時間間隔：指某兩個時刻之間的_____。在時間軸上，時間間隔用_____表示。日常生活中的“時間”，有時指“時刻”，有時指“時間間隔”，應(yīng)根據(jù)具體情況判定。如“什么時間出發(fā)”指的是時刻，“出發(fā)多長時間了”指的是時間間隔。瞬間點間隔線段二、位置和位移1．坐標(biāo)系(1)建立目的：為了定量地描述物體的_______。(2)坐標(biāo)系的三要素：_____、________和__________。2．路程：物體___________的長度。3．位移(1)定義：由_______指向________的有向線段。(2)物理意義：描述物體__________的物理量。(3)大小：初、末位置間有向線段的______。(4)方向：由_______指向________。位置原點正方向單位長度運動軌跡初位置末位置位置變化長度初位置末位置

4．矢量和標(biāo)量(1)矢量：既有大小又有方向的物理量。(2)標(biāo)量：只有大小沒有方向的物理量。(1)位移和路程是兩個不同的物理量，位移有方向，是矢量，路程無方向，是標(biāo)量。(2)位移為零，路程不一定為零，路程為零，位移一定為零。三、直線運動的位移和位移—時間圖像1．直線運動的位移(1)物體的初、末位置：在一維坐標(biāo)系中可用位置坐標(biāo)x1、x2表示。(2)物體的位移等于兩個位置的_______，即：Δx＝________。2．位移—時間圖像(x-t圖像)(1)建立坐標(biāo)軸：用橫軸表示_______，縱軸表示物體的_______。坐標(biāo)原點為物體運動的_________。(2)圖像的意義：通過x-t圖像可以直觀地看出物體在任意時刻的______或物體在不同時間內(nèi)的______。坐標(biāo)x2－x1時刻t位置x初始位置位置位移(1)位置坐標(biāo)表示物體的位置，而位置坐標(biāo)之差表示物體的位移。(2)位移—時間圖像只能描述直線運動，其圖像不表示物體的運動軌跡。四、位移和時間的測量1．測量位移和時間的方法測位移照相法或頻閃照相法、打點計時器法測時間可用鐘表、頻閃照相、打點計時器測量2．打點計時器打點計時器是一種使用交變電源的計時儀器，能夠按照相同的時間間隔，在紙帶上連續(xù)打點。當(dāng)電源頻率是50Hz時，每隔_______打一次點，常見的打點計時器分為電磁打點計時器和電火花計時器。如果把紙帶和運動的物體連在一起，紙帶上各點之間的距離就表示相應(yīng)時間間隔中物體的_________。0.02

s位移大小1．下列各種說法中，哪些指時間間隔，哪些指時刻？(1)列車員說：“火車9點20分到站，停車10分鐘?！?2)我離開一下，5min就趕回來，好嗎？(3)“前2s”“后2s”“第1s內(nèi)”“第1s末”(4)“您這么早就來啦，抱歉！讓您等了這么久?！碧崾荆簳r刻表示時間點，而時間間隔表示兩個時刻之間的間隔。(1)“9點20分”表示時刻，“10分鐘”表示時間間隔。(2)“5min”表示時間間隔。(3)“前2s”“后2s”“第1s內(nèi)”表示時間間隔，“第1s末”表示時刻。(4)“這么早”表示時刻，“這么久”表示時間間隔。2．中考結(jié)束后，爸爸準備帶小明去參觀清華、北大等名校，并讓小明設(shè)計出行路線，路線起點：鄭州，終點：北京。他有三種方式可供選擇：乘長途汽車、坐高鐵和乘飛機。請對以下結(jié)論作出判斷：(1)三種出行方式的起點和終點均相同，因此，三種出行方式對應(yīng)的路程相同。()(2)三種出行方式的起點和終點均相同，因此，三種出行方式對應(yīng)的位移相同。(

)(3)長途汽車里程表上顯示的數(shù)字表示汽車位移的大小。

(

)(4)長度、質(zhì)量、時間和路程都是標(biāo)量。

()×√×√3．如圖所示為某同學(xué)在研究物體的運動情況時繪制的x-t圖像，請思考：(1)x-t圖像中的圖線就是物體的實際運動軌跡嗎？(2)你認為圖線發(fā)生彎曲的原因是什么？提示：(1)不是。(2)物體運動的位移隨時間變化的快慢發(fā)生了變化。新知學(xué)習(xí)(一)|對時刻和時間間隔的理解[任務(wù)驅(qū)動]2022年4月16日9時56分，神舟十三號載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場成功著陸，3名航天員在太空飛行了183天后順利返回地球。請問:以上描述中哪些指的是時刻，哪些指的是時間間隔？

提示：2022年4月16日9時56分指的是時刻，183天指的是時間間隔。

[重點釋解]1．時刻與時間間隔的比較2．時刻與時間間隔在時間軸上的表示(1)“第ns(內(nèi))”是時間間隔，時間是1s?！皀秒內(nèi)”是指n秒的時間。(2)“第ns末”與“第(n＋1)s初”是指同一時刻。[針對訓(xùn)練]1．(2022·山東臨沂一中檢測)關(guān)于時間間隔和時刻，以下說法正確的是

(

)A．2022年4月30日上午八點半，“五一國際勞動節(jié)”教師表彰大會在新教學(xué)樓四層舉行，此處指的是時間間隔B．某高中學(xué)校運動會100m賽跑的最好成績是12.8s，此處指的是時刻C．在2022年3月6日下午組織的拔河比賽中，高二教師隊和高三教師隊的僵持時間為65秒，此處65秒指的是時間間隔D．某次物理考試的考試時間為75分鐘，此處指的是時刻解析：2022年4月30日上午八點半是五一表彰大會開始的時刻，A錯誤；100m賽跑的最好成績是12.8s,12.8s指的是時間間隔，B錯誤；高二教師隊和高三教師隊的僵持時間為65秒，此處指的是時間間隔，C正確；某次物理考試的考試時間為75分鐘，75分鐘指的是時間間隔，D錯誤。答案：C

2．關(guān)于圖示時間軸上的時刻和時間間隔，下列說法正確的是

(

)A．t1表示時刻，其含義是第1s末或第2s初B．t3表示時刻，其含義是第2s末或第3s初C．t1～t2表示時間間隔，其含義是2s內(nèi)D．t0～t3表示時間間隔，其含義是2s內(nèi)解析：t1表示時刻，其含義是第1s末或第2s初，故A正確；t3表示時刻，其含義是第4s初或第3s末，故B錯誤；t1～t2表示時間間隔，經(jīng)歷的時間為1s，表示第2s內(nèi)，故C錯誤；t0～t3表示時間間隔，經(jīng)歷的時間為3s，表示前3s內(nèi)，故D錯誤。答案：A新知學(xué)習(xí)(二)|位移與路程的比較[活動探究](選自滬科版新教材“思考與討論”)1．閱讀下面的對話：甲：請問到市圖書館怎么走？乙：從你所在市中心向南走400m到一個十字路口，再向東走300m就到了。甲：謝謝！乙：不用客氣。請在圖上把甲從市中心到市圖書館的位移和要經(jīng)過的路程表示出來。

提示：

2．請你歸納：位移和路程有什么不同？什么情況下位移的大小與路程相等？

提示：略[系統(tǒng)歸納]1．位置與位移的關(guān)系2．位移與路程的區(qū)別和聯(lián)系

位移路程區(qū)別物理意義描述質(zhì)點的位置變化，是從初位置指向末位置的有向線段描述質(zhì)點實際運動軌跡的長度矢標(biāo)性矢量，既有大小，又有方向標(biāo)量，有大小無方向，相關(guān)因素由質(zhì)點的初、末位置決定，與質(zhì)點運動路徑無關(guān)既與質(zhì)點的初、末位置有關(guān)，也與質(zhì)點運動路徑有關(guān)聯(lián)系(1)都是描述質(zhì)點運動的空間特征的物理量(2)都是過程量(3)位移的大小不大于相應(yīng)的路程，只有質(zhì)點做單向直線運動時，位移的大小才等于路程[針對訓(xùn)練]1．(2022·福建泉州學(xué)考檢測)下面是四位同學(xué)關(guān)于位移和路程關(guān)系的觀點，其中正確的是

(

)A．甲：位移和路程是一回事，只是說法不同B．乙：位移和路程的大小總是相等的C．丙：位移是用來描述直線運動的，路程是用來描述曲線運動的D．?。何灰剖鞘噶浚Q于物體的初、末位置；路程是標(biāo)量，取決于物體實際通過的路線解析：由位移和路程的定義可知，位移是矢量，取決于物體的初、末位置；路程是標(biāo)量，取決于物體實際通過的路線，A、B、C錯誤，D正確。答案：D2．如圖所示，A、B是靜止在球桌臺面上的兩個球，相距1.1m，臺

球運動員將球A擊向球臺側(cè)壁C點，球A碰壁后反彈與球B相碰，

已知C點與球A、球B原來位置的距離分別為0.6m和0.9m。關(guān)于

球A從開始被擊到撞到球B的全過程中，下列判斷正確的是

(

)A．球A通過的路程是1.5mB．球A通過的路程是1.1mC．球A通過的位移大小是0.9mD．球A通過的位移大小是0.6m解析：路程為運動軌跡的長度，為l＝0.6m＋0.9m＝1.5m，故A正確，B錯誤；位移大小是初末位置的距離，即x＝1.1m，故C、D錯誤。答案：A

新知學(xué)習(xí)(三)|矢量和直線運動的位移表示[任務(wù)驅(qū)動]質(zhì)點從A點運動到B點，A點的坐標(biāo)xA為5m，B點的坐標(biāo)xB為2m，則：(1)物體的位移大小等于多少？方向如何？(2)如果始、末位置換過來，物體的位移又是多少？(3)兩種情況下，哪個位移大？(4)位移的正負表示什么？提示：(1)位移大小為3m，方向沿x軸負方向。(2)位移為3m。(3)兩位移一樣大。(4)位移的正負表示位移的方向。

[重點釋解]1．對矢量概念的理解(1)矢量可用帶箭頭的線段表示，線段的長短表示矢量的大小，箭頭的指向表示矢量的方向。(2)同一直線上的矢量，可在數(shù)值前加上正、負號表示矢量的方向，正號表示矢量方向與規(guī)定正方向相同，負號表示矢量方向與規(guī)定正方向相反，加上正、負號后，同一直線上的矢量運算可簡化為代數(shù)運算。(3)矢量的正負號只表示方向，不表示大小，矢量大小的比較實際上是矢量絕對值的比較。如前一段時間位移為2m，后一段時間位移為－3m，則后一段時間物體的位移大。2．直線運動中物體的位移如圖所示，物體t1時刻處于位置x1，在t2時刻運動到位置x2，在Δt＝t2－t1這段時間內(nèi)的位移記為Δx＝x2－x1?？梢娢矬w位置變化可用位移表示。關(guān)于直線運動的位置和位移，我們可以歸納如下：[針對訓(xùn)練]1．(多選)關(guān)于矢量和標(biāo)量，下列說法正確的是

(

)A．矢量是既有大小又有方向的物理量B．標(biāo)量是既有大小又有方向的物理量C．位移－10m比5m小D．－10℃比5℃的溫度低解析：由矢量標(biāo)的定義可知，A正確，B錯誤；位移的正、負號只表示方向，不表示大小，其大小由數(shù)值和單位決定，所以－10m的位移比5m的位移大，C錯誤；溫度是標(biāo)量，其正、負是相對0℃時高出和低于的溫度，所以－10℃比5℃的溫度低，D正確。答案：AD

2．如圖所示，一個物體在x軸上運動，零時刻在坐標(biāo)原點，1s末的位置在A點，2s末的位置在B點。(1)分別寫出第1s末和第2s末的位置坐標(biāo)。(2)求物體在第2s內(nèi)和前2s內(nèi)的位移。解析：(1)第1s末物體在A點，其位置坐標(biāo)x1＝3m；第2s末物體在B點，其位置坐標(biāo)x2＝－2m。(2)物體在一段時間間隔內(nèi)的位移是這段時間的初時刻位置指向末時刻位置的有向線段。第2s的初時刻坐標(biāo)x1＝3m，末時刻坐標(biāo)x2＝－2m，故第2s內(nèi)的位移Δx＝x2－x1＝－5m，即位移大小為5m，方向與規(guī)定的正方向相反。前2s的初時刻坐標(biāo)x1′＝0，末時刻坐標(biāo)x2＝－2m，故前2s內(nèi)的位移Δx′＝x2－x1′＝－2m，即位移大小為2m，方向與規(guī)定的正方向相反。答案：(1)3m

－2m

(2)5m，方向與規(guī)定的正方向相反2m，方向與規(guī)定的正方向相反新知學(xué)習(xí)(四)|對位移—時間圖像的初步認識[任務(wù)驅(qū)動]在如圖所示的位移—時間圖像中，圖線a與縱軸的交點和圖線a、b交點的含義是什么？提示：圖線a與縱軸的交點表示在開始計時的時刻物體相對坐標(biāo)原點的距離；圖線a、b的交點表示t1時刻兩物體位于同一位置，即相遇。

[重點釋解]1．坐標(biāo)軸的物理意義

通常以橫坐標(biāo)表示時間，以縱坐標(biāo)表示位移。2．坐標(biāo)軸的正方向就是位移的正方向

如圖中甲在0～t3時間內(nèi)位移為正，t3以后位移為負。而乙在整

個運動過程中位移始終為正。位移的正、負表示方向，位移為

正時方向與正方向相同，位移為負時方向與正方向相反。[特別提醒]位移—時間圖像反映運動物體的位移隨時間變化的規(guī)律，而不是物體運動的軌跡，圖中甲、乙均做直線運動。3．對x-t圖像的四點說明縱軸截距表示初始時刻離坐標(biāo)原點的距離橫軸截距表示物體位移為零的時刻圖像的交點兩圖線的交點表示兩物體同時處在同一位置(即相遇)圖像的斜率斜率的大小表示物體運動的快慢，斜率越大，運動的越快；斜率越小，運動得越慢。斜率的正負，表示物體運動得方向，斜率為正，表示物體向正方向運動；斜率為負，表示物體向負方向運動[典例體驗][典例]

(多選)如圖為根據(jù)龜兔賽跑故事畫出的位移—時間圖像，下列說法正確的是

(

)A．烏龜和兔子賽跑不是從同一地點出發(fā)的B．烏龜和兔子賽跑不是同時出發(fā)的C．烏龜中途落后，但最終比兔子先到達終點D．在0～t1時間內(nèi)，烏龜和兔子的位移不同，但曾經(jīng)相遇過一次[解析]

由圖像可知，烏龜和兔子是從同一地點出發(fā)的，但不同時，兔子比烏龜出發(fā)得晚，A錯誤，B正確；從圖像中看出，在t1時刻兔子的位移大于烏龜?shù)奈灰?，但是最后烏龜?shù)竭_終點時，兔子還沒有到達，C正確；由圖像可知，0～t1時間內(nèi)，兔子的位移比烏龜?shù)奈灰拼?；圖像的交點表示相遇，根據(jù)圖像可知，在0～t1時間內(nèi)，兔子和烏龜相遇過一次，D正確。[答案]

BCD/方法技巧/(1)x-t圖像表示物體位移隨時間變化的情況，不是運動軌跡。(2)x-t圖像只能表示位移的兩個方向，即正方向或負方向，所以x-t圖像一定表示直線運動。[針對訓(xùn)練]1．甲、乙、丙三個質(zhì)點做直線運動的x-t圖像如圖所示，則在0～t0這

段時間內(nèi)，下列說法正確的是

(

)A．質(zhì)點甲的路程大于質(zhì)點丙的路程，質(zhì)點丙的路程又大于質(zhì)點乙的路程B．三個質(zhì)點的路程大小相等C．三個質(zhì)點的位移大小相等D．三個質(zhì)點的運動方向都不改變解析：質(zhì)點甲先沿正方向運動后返回，其路程最大，質(zhì)點乙、丙一直沿正方向運動，質(zhì)點丙的路程等于質(zhì)點乙的路程，故A、B錯誤。由圖像可知甲、乙、丙三質(zhì)點在0～t0這段時間內(nèi)的位移相等，C正確。在0～t0這段時間內(nèi)，質(zhì)點乙和丙的運動方向不變，質(zhì)點甲的運動方向改變，D錯誤。答案：C

2．(2022·浙江湖州高一期末)下列圖像記錄了某質(zhì)點沿x軸做直線運動時位置隨時間變化的情況，若用帶箭頭的線段表示該質(zhì)點從t1到t2時間內(nèi)的位移，其中正確的是

(

)解析：物體沿x軸做直線運動，所以若用帶箭頭的線段在圖像上表示該質(zhì)點從t1到t2時間內(nèi)的位移，此線段應(yīng)平行于x軸，且線段起始位置的縱坐標(biāo)對應(yīng)t1時刻圖線的縱坐標(biāo)，線段終止位置的縱坐標(biāo)對應(yīng)t2時刻圖線的縱坐標(biāo)，故D正確。答案：D一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養(yǎng)

物理觀念——空間和時間的尺度1．(選自魯科版新教材“科學(xué)書屋”)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大地拓展了人們對空間和時間的認識范圍。目前，人類觀測到的空間，最遠可至1026m的宇宙深處，最小約為10－15m的微觀世界；認識到的時間，最久可至1017s以前的宇宙大爆炸(根據(jù)宇宙大爆炸理論測算的宇宙年齡)，最短約為10－25s(一種微觀粒子的壽命)。一些事件的時間數(shù)量級如下：請你以秒為單位，估算自己從出生到現(xiàn)在已度過了多長時間。對比以上某個事件的時間數(shù)量級，說說珍惜時間的意義。提示：假如你15周歲，從出生到現(xiàn)在的時間為15×365×24×3600s≈4.7×108s，相當(dāng)于地球繞太陽公轉(zhuǎn)15圈的時間，但相對于地球上人類出現(xiàn)的時間數(shù)量級1014s，這4.7×108s又是那么短暫，真是曇花一現(xiàn)，稍縱即逝，所以同學(xué)們一定要珍惜時間、珍惜青春，去做更多有意義的事情。

科學(xué)思維——一維坐標(biāo)系中位置、位移的描述2．(選自魯科版新教材課后練習(xí))如圖所示，一輛汽車在橋上由北

向南直線行駛。假如你和小明均用一維坐標(biāo)系來描述汽車的運

動：你以北橋頭為原點，汽車運動方向為正方向；小明把坐標(biāo)

系的原點設(shè)在南橋頭，選定的正方向與汽車運動方向相反。你們通過各自建立的坐標(biāo)系對汽車位置的描述一致嗎？對汽車運動的位移、路程和時間的描述呢？請予以解釋。提示：通過各自建立的坐標(biāo)系對汽車位置的描述不一致，但對汽車運動的位移、路程和時間的描述是一致的，因為汽車運動的位移、路程和時間的描述與坐標(biāo)系的建立無關(guān)。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任——中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)3．(選自教科版新教材“發(fā)展空間”)中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(圖1)是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是繼美國全球定位系統(tǒng)、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之后第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。我們知道，在空間中若已經(jīng)確定A、B、C三點的空間位置，且第四點D到上述三點的距離皆已知的情況下，即可以確定D的空間位置。因為A點位置和AD間距離已知，可以推算出D點一定位于以A為圓心、AD為半徑的圓球表面，按照此方法又可以得到以B、C為圓心的另兩個圓球，即D點一定在這三個圓球的交匯點上，這就是衛(wèi)星定位的基本原理，如圖2所示。據(jù)此原理，根據(jù)3顆衛(wèi)星到用戶終端的距離信息，就可以列出3個方程得到用戶終端的位置信息，即理論上使用3顆衛(wèi)星就可實現(xiàn)空間定位。根據(jù)