新教材2023年高中物理新人教版必修第一册：时间位移教师用书

2.时间位移

1.知道时刻与时间间隔的含义及在数轴上的表示方法。

2.了解位置、位移等概念的含义，能在实际问题中区别位移和路程。

学习3.了解矢量、标量的含义，理解位移的矢量性。

任务4.了解位移一时间图像的物理意义，并能利用图像分析物体的运动。

5.知道打点计时器的基本结构和工作原理，会用打点计时器记录物体运动的

位移和时间。

必备知识•自主预习储备♦前自主学习•必备知识感知

知识点一时刻和时间间隔

1.时刻：表示某一瞬间,在时间轴上用点表示，如第2s末、第8s初等均为时刻。

2.时间间隔：表示两个时刻之间的时间。在时间轴上用线段表示,如前4s内(0时刻

至4s末)、第4s内(3s末至4s末)等均为时间间隔。

提醒，时间间隔通常指时间，要注意区分现实中的一些说法与物理概念的区别。如

学校中的“时间表”中显示的数字均为时刻，列车售票厅内显示的是时刻表。

体验1：思考辨析(正确的打“。，错误的打“X”)

(1)2021年1月11日早晨7时36分，天安门广场上五星红旗冉冉升起，7时36分指时

刻。(J)

(2)小明同学每天早上6：00起床，上学路上需要10分钟，6：00和10分钟都是指时

间间隔。(X)

知识点二位置和位移

1.坐标系

(1)建立目的：定量描述物体的位置及位置的变化。

(2)坐标系的三要素：原点、正方向和单位长度。

(3)常见的坐标系的种类：直线坐标系、平面坐标系和空间坐标系。

2.路程：物体运动轨迹的长度。

3.位移

(1)物理意义：表示物体(质点)位置变化的物理量。

(2)定义：从初位置指向末位置的一条有向线段。

(3)大小：初、末位置间有向线段的长度。

(4)方向：由初位置指向末位置。

4.矢量和标量

(1)矢量：既有大小又有方向的物理量,如位移等。

(2)标量：只有大小、没有方向的物理量,如质量、时间、路程等。

提醒物体位置变化有两个要点：①位置变化的大小；②位置变化的方向。

体验2思考辨析(正确的打“「‘，错误的打“X”)

(1)长度、质量、路程都是标量。(J)

(2)如果物体的位移为零，物体的路程也一定为零。(X)

(3)汽车里程表上显示的数字表示位移大小。(X)

知识点三直线运动的位移

研究直线运动时，在物体运动的直线上建立x轴，如图所示。

84

初0x/m

1.物体的位置表示：用位置坐标表示。如图所示，若物体从力向8运动，则E表示初

位置Axxz表示末位置民

2.物体的位移表示：(1)大小：由末位置与初位置的坐标之差:XX=XLX\。

(2)方向：由初位置指向末位置。

①Ax>0,表示位移的方向指向x轴的正方向；

②Ax<0,表示位移的方向指向x轴的负方向。

提醒>(1)计算位移时，位置坐标要带符号运算。

(2)此方法只适用于物体做直线运动的情况。

:体部3：思考辨析(正确的打“，错误的打“X”)

(1)位置坐标x为负值，表明此时刻物体在x轴负半轴。(J)

(2)的正负可表示物体位移的方向.(J)

(3)位移2m大于位移一3m。(X)

知识点四位移一时间图像位移和时间的测量

1.rt图像实质是位置一时间图像，选取物体运动的初始位置为坐标原点,则位置坐

标与位移大小相等,位置一时间图像就成为位移一时间图像。

2.物理意义：描述了物体在不同时间内的位移。

3.位移和时间的测量

(1)实验室中常用打点计时器在纸萤上打出的点迹分布来记录时间和位移。

(2)电磁打点计时器是一种使用交变电源的计时仪器，工作电压约为8V。当电源频率

是50Hz时，每隔0.02s打一次点。

(3)纸带上各点之间的距离表示相应时间间隔内物体的位移大小。

(4)电火花打点计时器：计时原理与电磁打点计时器相同,在纸带上打点的是电火花和

墨粉。

体验》4：思考辨析(正确的打“，错误的打“X”)

(1)利用位置一时间图像可以确定某段时间内物体的位移。(J)

(2)电磁打点计时器使用的是10V以下的直流电源。(X)

(3)当电源频率为50Hz时，两种打点计时器都是每隔0.02s打一次点。

(V)

关犍能力•情境探究达成核心问题解惑-学科素养形成

【情境探究】

北京时间2021年6月17日9时22分，搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二

运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火发射。这是我国载人航天工程立项实施以来的第19次

飞行任务，也是空间站阶段的首次载人飞行任务。飞船入轨后，将按照预定程序，与天和核

心舱进行自主快速交会对接。组合体飞行期间，航天员将进驻天和核心舱，完成为期3个月

的在轨驻留，开展机械臂操作、太空出舱等活动，验证航天员长期在轨驻留、再生生保等一

系列关键技术。

叩

请问以上实例中的“2021年6月17日9时22分”和“3个月”指的是时间间隔还是指

时刻？火箭飞行过程中，如何表示其位置的变化？

提示：“2021年6月17日9时22分”指时刻；“3个月”指的是时间间隔。位置的变

化可用两点间的有向线段表示。

口考点1区分时刻和时间间隔

1.时刻和时间间隔的区别与联系

项目时刻时间间隔

事物运动、发展、变化过程

事物运动、发展、变化所经历

物理意义所经历的各个状态先后顺

的过程长短的量度

序的标志

对应运动描述量位置路程、位移

用时间轴表示用时间轴上的点表示用时间轴上的线段表示

“第1s末”“第3s“第1s”“前2s””前3s

描述关键词

初”“第3s末”等内”等

（1）两个时刻的间隔即为一段时间间隔，时间间隔是一系列

连续时刻的积累过程

联系

（2）时间间隔能展示运动的一个过程，好比一段录像；时刻

可以显示运动的一瞬间，好比一张照片

2.在时间轴上的表示方法

名师点睛：“〃秒内”是指〃秒的时间，“第〃秒内”是指1秒的时间。“1s内”和

“第1s内”表达的意义相同，"2s内''和“第2s内”表达的意义不同。△右表示两个

时刻的时间间隔，△t=t2-ti»

【典例1】（2022•安徽合肥六校高一上月考）以下的计时数据指时间间隔的是（）

A.从北京开往西安的火车预计13点到

B.10秒初

C.某场足球赛伤停补时3min

D.2020年5月5日18时。分，“长征五号”B运载火箭在海南文昌首飞成功

C［“13点”指的是一个时刻，故A错误；“10秒初”指的是10秒刚开始的一个时刻,

故B错误；“3min”指的是一段时间间隔，故C正确；“2020年5月5日18时。分”指

的是一个时刻，故D错误。］

厂......•掷律方法.....................

时刻与时间间隔的两种判断方法

分析所给的说法，根据题意去体会

根据上下和判断。时刻对应的是某一事件或

文判断运动的状态，时间间隔对应的是事

件或运动的过程。

荷田诳商面;花麻蓊苗正到而曲同

利用时间

间隔表示出来，对应一个点的是时

轴判断

刻，对应一段线段的是时间间隔。

__________________________）

［跟进训练］

1.（多选）（2022•武汉安山中学检测）关于时间和时刻，下列说法正确的是（）

A.物体在5s时指的是物体在5s末时，指的是时刻

B.物体在5s内指的是物体在4s末到5s末这1s的时间

C.物体在第5s内指的是物体在4s末到5s末这1s的时间

D.第4s末就是第5s初，指的是时刻

0123456;^

ACD［依题意画时间轴如图所示，5s时指的是5s末这一时刻，5s内指的是0〜5s

这一段时间，第5s内指的是在4s末到5s末这1s的时间，前1s末和后1s初是同一

时刻，故第4s末和第5s初是同一时刻。］

□考点2位移和路程的理解

1.位移和路程的比较

比较项位移路程

意义描述质点位置变化描述质点轨迹的长度

区

大小从初位置到末位置的有向线段的长度运动轨迹的长度

别

方向从初位置指向末位置无方向

①都是描述质点运动的物理量

②都是过程量

联系③单位相同

④位移的大小不大于相应的路程

⑤只有质点做单向直线运动时，位移的大小才等于路程

名师点睛：(1)位移是矢量，比较两位移的大小时，只比较其绝对值的大小，不看其“正

负”号。

(2)当质点做单向直线运动时，位移的大小等于路程，但因位移有方向，是矢量，不能

说位移就是路程。

2.矢量与标量的区别

项目矢量标量

定义既有大小又有方向的物理量只有大小没有方向的物理量

矢量可以用带箭头的线段表示，线

表示标量只有大小，无方向，不能用带箭

段的长短表示矢量的大小，箭头的

方法头的线段表示

指向表示矢量的方向

举例力、位移时间、质量、温度

大小比较看其绝对值的大小看其自身数值的大小

运算方法不能直接加减算术运算

名师点睛：(1)求某一矢量时，除求出其大小外，还要指出它的方向。

(2)矢量的“+”“一”号仅仅表示方向，不表示矢量的大小。

【典例2】如图甲所示，一根细长的弹簧系着一小球，放在光滑桌面上，手握小球把

弹簧拉长，放手后小球便来回运动，图中B为小球向右到达的最远位置。小球某次经过0

点开始计时，其有关时刻的位置如图乙所示,右测得OA=OC=1cm,AB=3cm,下列说法

正确的是（）

经

经

经

经

经

经

过

过

过

过

过

过

。

“484C

I111II

,,,,,,

A.0.2〜0.8s内小球的位移大小是7cm,方向向右，经过的路程是13cm

B.0.4〜0.8s内小球的位移大小是10cm,方向向左，经过的路程是10cm

C.0.2~0.6s内小球的位移大小是0,经过的路程是0

D.0.2-1.0s内小球的位移大小是14cm,方向向左，经过的路程是21cm

B［位移由运动的起点、终点决定，路程由实际路径决定，0.2〜0.8s内小球的位移

大小是7cm,方向向左，经过的路程是13cm,故A错误；0.4〜0.8s内小球的位移大小

是10cm,方向向左，经过的路程是10cm,故B正确；0.2〜0.6s内小球的位移大小是0,

经过的路程是6cm,故C错误；0.2〜1.0s内小球的位移大小是14cm,方向向左，经过

的路程是20cm,故D错误。］

厂......•沸!律方法......-

位移的两种计算方法

根据位移的定义先画出有向线段，再

几何法

根据几何知识计算。

写出初、末位置坐标，位移即为末位

坐标法置坐标减初位置坐标，结果中的正负

号表示位移方向。

k）

［跟进训练］

2.如图所示，一只蜗牛从足够高的竖直竹竿底部向上爬行到3m高处后，又慢慢向下

爬行了1m,然后暂时静止。则在这段过程中（）

A.蜗牛的位移为3m,方向竖直向上，路程为2m

B.蜗牛的位移为1m,方向竖直向下，路程为4m

C.蜗牛的位移为2m,方向竖直向上，路程为4m

D.蜗牛的位移为1m,方向竖直向下，路程为2m

C［取向上为正方向，第一阶段的位移为3m,第二阶段的位移为一1m,全过程的位

移为2m,方向竖直向上，总路程为4m。］

□考点3直线运动的位移的确定

1.直线运动位移的计算

物体做直线运动时，它的位移可通过初、末位置的坐标值计算。如图所示，在t>~t2

时间内，物体从位置工，移动到位置均，发生的位移Xx=XB—x,\。对于甲图，Ax=3m；对

于图乙，△*=-5mo

卜A-TI-———-----

-10!2?4,5-10］2345.

仞“Bx/m加劭x/m

甲乙

2.直线运动位移的方向

在直线运动中，位移的方向一般用正负号来表示。如图甲所示，Ax>0,表示位移的方

向沿x轴正方向；如图乙所示，AK0,表示位移的方向沿x轴负方向。这样就可以用一个

带正负号的数值，把直线运动中位移矢量的大小和方向表示出来了。

名师点睛：(1)在直线运动中，坐标对应物体的位置，坐标的变化量对应物体的位移。

(2)无论初、末位置的坐标大小关系如何，坐标值的正、负如何，总是成

立的。

【典例3】一质点在x轴上运动，各个时刻的位置坐标如下表：

时刻/s012345•••

位置坐标/m20-4-1-76・・・

(1)该质点前2s的位移的大小是_____________，方向—

(2)该质点第3s内的位移的大小是一____，方向_____________O

(3)该质点前5s的总位移的大小是__________,方向_____________O

思路点拨：①位置坐标与时刻对应，而位移与时间间隔对应。

②某段时间内的位移等于这段时间初、末位置间的有向线段。

［解析］如图所示：

前.

—8—7—4-1026x/m

第3s内前5s

(1)前2s的位移AXI=X2—施=—4tn—2m=-6m,即位移的大小为6m,方向沿x

轴负方向。

(2)第3s内的位移Ax2=X3一用=-1m—(—4)m=3m,即位移的大小为3m,方向

沿x轴正方向。

(3)前5s的总位移Ax3=X5一8=6m-2m=4m,即位移的大小为4m,方向沿x轴

正方向。

［答案］(1)6m沿片轴负方向(2)3m沿x轴正方向(3)4m沿x轴正方向

厂........掷律方法.、

直线运动中求位移的步骤

(1)建立一维直线坐标系。

(2)规定正方向。

(3)找出初、末位置坐标。

(4)位移等于末位置坐标减初位置坐标，数值为大小，正负号表示方向。

<)

［跟进训练］

3.(多选)某一运动质点沿一直线做往返运动，如图所示，XOA—x,tB—Xco—XIK—1m,。点

为x轴上的原点，且质点由4点出发，向x轴的正方向运动至B点再返回沿x轴的负方向运

动，以下说法正确的是()

~D~~C_0-A-B-

A.质点在/-6—C的时间内发生的位移为2m,方向沿x轴正方向，路程为4m

B.质点在8f〃的时间内发生的位移为一4m,方向沿x轴负方向，路程为4m

C.当质点到达〃点时，其位置可用〃点的坐标-2m表示

D.当质点到达〃点时，相对于4点的位移为一3m

BCD［由于a=-2m,因此质点在C的时间内，位移大小为2m,位移方向为

4到C,沿x轴负方向，所以位移为一2m,路程为4m,A错误；在匠。的时间内，质点经

过的路程为4m,位移方向由6指向〃与正方向相反，沿x轴负方向，所以位移为一4m,

路程为4m,B正确；当质点到达〃点时，位置在原点的左侧，坐标为一2m,C正确；当质

点到达〃点时，在4点左侧3m处，规定向右为正方向，所以相对于4点的位移为一3m,D

正确。］

□考点4x-t图像的初步认识

1.x-t图像的物理意义：x-t图像反映了物体的位移随时间的变化关系，图像上的某一

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.从x-t图像中获得的信息

(1)任一时刻质点的位移。

(2)质点发生某段位移所用的时间。

(3)判断质点是静止还是运动，若图线与t轴平行，表示质点静止，如图所示0〜小时

间内；若图线是一条倾斜的直线，表示质点做匀速直线运动，如图中力〜力2时间内。

(4)判断质点运动的快慢，运动的快慢由图线的斜率直观表示，斜率越大，质点运动得

越快，如图乙所示比甲运动快。

乙

(5)交点：两图线的交点表示两质点在这一时刻相遇，如图中P点所示。

(6)截距：图像不过原点时，若从纵轴开始，则表示开始计时时，位移不为零(如图甲所

示)。若从横轴开始，则表示计时一段时间后，质点才开始运动(如图乙所示)。

3.常见的几种x-f图像的比较

图像物理意义

-----①

①②都表示物体处于静止状态，但静止的位置不同

1②;

③表示物体从小处沿正方向做匀速直线运动

X

X④表示物体从x=0处沿正方向做匀速直线运动

⑤表示物体从热处沿负方向做匀速直线运动

-X

⑥表示物体从一胸处沿正方向做匀速直线运动

]

二

⑦表示物体做变速直线运动，且速度逐渐减小

名师点睛：无论x-t图线是直线还是曲线均代表物体做直线运动，图线并不是物体的运

动轨迹。

【典例4】如图所示为某客车的x-t图像。

(1)根据图像说明客车在各时间段的运动情况。

(2)客车最远位置距离出发点多少千米？

思路点拨：在x-r图像中，图线反映了物体的位移随时间的变化规律。在t轴上方的位

移为正，表示位移方向与规定的正方向相同；t轴下方位移为负，表示位移方向与规定的正

方向相反。

［解析］(1)0-1h,客车沿正方向前进40km。1〜1.5h,客车静止在40km处。1.5〜

3h,客车沿负方向返回。

(2)由图像可知，1h末客车离出发点最远，最远距离为40km。

［答案］(1)见解析(2)40km

厂.......浏2律方法........--

(1)处理图像时要注意从轴、点、线、面积、斜率、截距几个方面分析。

(2)对于矛-t图像要特别注意斜率表示速度，纵轴截距表示出发点的位置。

k)

建艮进训练］

4.(2021•山东潍坊市高一9月阶段检测)甲、乙两物体在同一直线上运动的六f图像

如图所示，以甲的出发点为原点，出发时刻为计时起点，则从图像可以看出()

A.友到友这段时间内甲的速度小于乙的速度

B.乙比甲先出发

C.甲开始运动时，乙在甲前面扬处

D.甲在中途停了一会儿，最终也没追上乙

C［由题图可知，在上〜&这段时间内，甲的图线斜率大于乙的图线斜率，所以甲的速

度大于乙的速度，A错误；由题图知甲和乙同时出发，且乙在甲前面施处，B错误，C正确；

在友时刻，甲追上了乙，D错误。］

□考点5打点计时器的认识与使用

1.两种打点计时器的比较

项目电磁打点计时器电火花计时器

1EM冲■出推建

负脉冲输II插座

结构示(ft

意图

宏孔纸带

脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘

打点原理电磁作用下振针上下周期性振动打点

轴放电打点

工作电源约为8V交变电源220V交变电源

打点周期0.02S0.02S

纸带与限位孔、复写纸的摩擦，纸带纸带与限位孔、墨粉纸盘的摩擦，比

阻力来源

与振针的摩擦前者小

功能功能相同，都是计时仪器

2.测量位移和时间的方法

(1)测位移：照相法或频闪照相法、打点计时器法。

(2)测时间：可用钟表、打点计时器。

3.用打点计时器测量位移和时间的步骤

(1)安装、固定打点计时器，并将纸带穿过打点计时器的两个限位孔。

(2)接通电源待打点计时器稳定工作后，用手水平拉动纸带，纸带上就打出一行小点。

随后关闭电源。

(3)取下纸带从便于测量的位置开始(起始点)，往后数出若干个点。如数出〃个点，算

出纸带从起始点到第〃个点的运动时间t.

(4)用刻度尺测量出从起始点到第〃个点的位移人

名师点睛：由于我国交流电的频率为50Hz,电磁打点计时器每隔0.02s打一次点，

打出的纸带上相邻两点间的时间间隔为0.02s。

【典例5］(1)电磁打点计时器是一种使用_______电源的计时仪器，它的工作电压

约为________，当电源频率为50Hz时，它每隔_______s打一次点。使用电磁打点计时器

时，应将纸带穿过，复写纸套在定位轴上，并要放在纸带的一面。

(2)打点计时器所用电源频率是50Hz,如图所示，纸带上的力点先通过计时器，力、B

间历时s,位移大小为.mo

(1.201.602.20~1.401.20)

'em「11〃(

［解析］(1)电磁打点计时器使用的是低压交流电源，工作电压约为8V,当交流电频

率为50Hz时，计时器每隔0.02s打一次点，为了防止纸带不稳定，纸带应穿过限位孔放

在复写纸下面。

(2)由电源的频率是50Hz,知打点计时器打点的时间间隔是0.02s,则4、8间历时

赢=27=0.04s,位移大小为加(=(1.20+1.60)X10-7=0.0280m。

［答案］（1）交变8V0.02限位孔上

（2）0.040.0280

［跟进训练］

5.（多选）关于打点计时器的原理和使用方法，下列说法正确的是（）

A.打点计时器应接交流电源，且所接交流电源的频率通常为50Hz

B.如果纸带上从｛点到6点共有6个点，则从打4点到打6点经历的时间为0.12s（设

打点计时器所接电源的频率为50Hz）

C.如果打点计时器在纸带上打下的点先密集后稀疏，则说明纸带运动得越来越快

D.电磁打点计时器接在220V的交流电源上，电火花计时器接在8V的交流电源上

AC［电磁打点计时器使用约8V的低压交流电源，电火花计时器使用220V的交流电

源，且二者所接交流电源的频率通常为50Hz,A正确，D错误；由于打点计时器每隔0.02s

打一个点，所以相邻计时点的时间间隔为0.02s,从4点到6点共有6个点，中间有5个

时间间隔，则从打4点到打6点经历的时间为5X0.02s=0.1s,B错误；点迹变稀疏，说

明相等时间内纸带的位移变大，即纸带运动变快，C正确。］

学习效果•随堂评估自测课堂知识夯实•素养落实评价

1.下列关于矢量和标量的说法正确的是（）

A.取定正方向，做直线运动的甲、乙两物体的位移X"，=3m,%z.=-5m,因为甲的

位移为正，乙的位移为负，所以“甲＞》乙

B.甲、乙两运动物体的位移大小均为50m,这两个物体的位移必定相同

C.温度计读数有正、有负，所以温度也是矢量

D.温度计读数的正、负号表示温度高低，不表示方向，温度是标量

D［位移是矢量，其符号代表方向，大小是其绝对值，则知甲的位移小于乙的位移，故

A错误；位移是矢量，只有大小和方向都相同时，位移才相同，所以两运动物体的位移大小

均为50m,这两个物体的位移不一定相同，故B错误；温度是标量，其正负表示温度的高

低，不表示方向，故C错误，D正确。］

2.（2021•山东济南高一9月月考）下列说法正确的是（）

A.打点计时器是一种测量位移的仪器

B.运动员在某次比赛中用15s跑完100m,“15s”是时间，“100m”是位移大小

C.位移为矢量，位移的方向即质点运动的方向

D.物体通过的路程不相等，但位移可能相同

D［打点计时器是一种记录时间的仪器，A错误；运动员在比赛中用15s跑完100m,

“15s”是时间，“100m”是路程，B错误；位移为矢量，位移的方向即从起点指向终点

的方向，与质点的运动方向不一定相同，故C错误；物体通过的路程不相等，但位移可能相

同，故D正确。］