新教材2021-2022学年高中物理人教版必修第一册学案：1时 间 核 移

2.时间核移

目标体系构建

明确目标梳理脉络

【学习目标】

1.知道时刻与时间间隔的含义及在时间轴上的表示方法。

2.理解位置、位移等概念的含义，会在实际问题中正确分析。

3.了解矢量、标量的含义，理解位移的矢量性。会在直线坐标系中表示物体做直线运

动的位置、位移等物理量。

4.理解位移——时间图像的物理意义。

5.了解打点计时器的基本结构和工作原理，会使用打点计时器记录物体运动的位移和

时间。，

【思维脉络】

物瞥念

工具:住建和

--科学探究

超£运动的位置不位移

|时间硒移卜

分类：矢疑和

---：ISfit

运算法则：一+科学思维

物理观念

L~[打点出用部胞ti]

课前预习反馈

教材梳理•落实新知

知识点1时刻和时间间隔

1.时刻：表示某一.瞬间.，在表示时间的数轴上用点表示。

2.时间间隔：表示两个—时刻—之间的间隔，在表示时间的数轴上用_线段一表示。

口识点2位置和位移

1.坐标系的作用：为了空葭地描述物体的位置，需要在参考系上建立适当的坐标

系O

2.一维坐标系：物体做直线运动时，通常选取这条直线为x轴，在x轴上任选一点为

原点，规定好坐标轴的一正方向一和单位长度一，物体的位置就可以用它的位置坐标来描

述。

3.路程：物体一运动轨迹一的长度。

4.位移

(1)定义：由初位置.指向一末位置一的有向线段,用来描述物体的位置变化，用符

号x表示。

(2)大小和方向：有向线段的长度等于位移的大小,方向由初位置指向末位置。

5.矢量和标量

(1)矢量：既有大小又有的物理量，如位移。

(2)标量：只有大小没有一方向.的物理量,如温度、路程等。

知识点3直线运动的位移

1.直线运动的位置与位移的关系

如图所示，一个物体沿直线从A运动到B,如果A,B两位置坐标分别为心和XB，那

么，质点的位移即位置坐标的变化量表示位移。

Xg°x/m

2.直线运动中位移的方向

在直线运动中，位移的方向可以用正、负号表示，正号表示位移与规定正方向相同，

负号表示一位移与规定的正方向相反_。

IJ知识点4位移一时间图像

I.物体在每一时刻的位置或每一时间间隔的位移可以用图像直观地表示。

2.在直角坐标系中，选时刻r为—窗,选位置X为，yL，就建立了位置——

时间图像。如果将物体运动的初始位置.选作位置坐标原点，则位置与一位移大小一相

等。位置——时间图像就成为位移.——时间图像又称x-f图像。

3.从X-/图像可以直观地看出物体在不同时间内的一位移

知识点5位移和时间的测量

1.生活中可以用频闪照相的方法同时记录物体运动的时刻和位置。

2.两种打点计时器(如图)

正脉冲输出插座

电磁打点计时器电火花打点计时器

图1图2

(1)电磁打点计时器

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。

(2)电火花打点计时器

使用220V交变电源，打点周期0.02s。

3.时间的测量

从能够看清的某个点(起始点)开始，往后数出若干个点，例如数出〃个点，则纸带从起

始点到第n个点的运动时间f=(〃-1)X002s。

4.位移的测量

用一刻度尺.测量纸带上两个点之间的距离，即为相应时间间隔内物体的位移大小。

思考辨析

『判一判』

(1)时刻就是一瞬间，即一段很短很短的时间间隔。(义)

(2)上午第一节课8点上课，这里的8点指时刻。(J)

(3)在800m田径比赛中，李明以2分01秒46的成绩获得冠军。其中的2分01秒46

指的是时间间隔，800m指位移。(X)

(4)物体在一条直线上运动时，路程和位移总是大小相等，且位移是矢量，路程是标量。

(X)

(5)一个物体的位移为零，路程也一定为零。(X)

(6)在一维坐标系中，物体的位移等于其位置坐标。(X)

(7)Ax的正负可表示物体位移的方向。(V)

(8)在x—f图像上可以求出物体在某段时间内的位移。(J)

『选一选』

关于下列甲、乙两图中计时数据的说法，正确的是(C)

A.甲图中博尔特百米夺冠成绩“9.58”是指时刻

B.乙图中的列车到点“16：30”是指时间间隔

C.乙图中的列车“晚点1小时8分”是指时间间隔

D.甲、乙两图中所列计时数据均指时间间隔

详细分析：甲图中的“9.58”指时间；乙图中的“16：30”指时刻，“晚点1小时8分”

指的是时间；故A、B、D三项错误，C项正确。

『想一想』

如图所示，汽车上的里程表，显示的数字表示位移还是路程？体育比赛的跳远，评判成

绩的依据是位移还是路程?

答案：里程表显示的数字表示路程，跳远评判成绩的依据是位移大小。

课内互动探究

细研深究•破疑解难

探究

时刻和时间间隔

II情境导入・

2020年7月23日12时41分，“长征五号”遥四运载火箭搭载我国自主研发的“天问

一号"火星探测器在中国文昌航天发射场顺利升空。火箭飞行约2167s,成功将探测器送

入预定轨道，开启火星探测之旅迈出了我国行星探测第一步。

请问以上实例中，哪些是时间间隔？哪些是时刻？

提示：2020年7月23日12时41分指的是时刻，2167s指的是时间间隔。

II要点提炼■

时刻时间间隔

概念表示某一瞬间。两个时刻之间的间隔。

物理是事物运动、发展、变化所经历的各是事物运动、发展、变化所经历的过

意义个状态先后顺序的标志，是状态量。程长短的量度，是过程量。

用时间轴上的点表示。用时间轴上的一段线段表示。

表示方法时间间隔时刻

?12/：YW978

前3、内第4.内第5：末像6.初）

描述“初”“末”“时”，如"第1S“内"，如''第2s内”，“前3s

关键词末”，“第2s初”，“3s时”内”

两个时刻之间为一段时间间隔，时间间隔能表示运动的一个过程，好比一段

联系

录像；时刻可以显示运动的一瞬间，好比一张照片

特别提醒

生活中有时使用的物理概念不是十分严谨的，所以判断生活中的物理概念要注意结合具

体的生活情景。

II典例剖析,

■典题1关于时刻和时间间隔，下列说法正确的是（D）

A.老师说：“明天早上8点钟上课，上课45分钟。”其中“8点钟上课”指的是时间，

“上课45分钟”指的是时刻

B.小王迟到了，老师对他说：“为什么你现在才来？你早该到校了。”其中“你早该

到校了”指的是到校的时间间隔

C.小王说：“我早已从家里出来了，因为今天公共汽车晚点了。”其中“早已从家里

出来了”指的是时间间隔

D.老师说：“希望你下次一定要在7点50分以前到校。”其中“7点50分”指的是

时刻

与时间轴上“点”对是时刻还是

心路引导：|募遍|

应还是与“线段”对应时间间隔

详细分析：关于时刻和时间间隔，一定要抓住最主要的问题。时刻对应时间轴上的一个

点；而时间间隔则对应时间轴上的一段，即一段时间。在A选项中“8点钟上课”对应时间

轴上的一个点，即上课开始的时刻，而“上课45分钟”指的是上课所经历的时间，它对应

时间轴上的一段，即时间间隔，因此A错误；在B选项中“你早该到校了”指的是小王应

该到校的时刻，对应时间轴上的点，因此B错误；在C选项中“早已从家里出来了”指的

是从家里出来的时刻，对应时间轴上的一个点，因此C错误；在D选项中“7点50分”对

应时间轴上的一个点，即时刻，因此D正确。

思维升华：时间和时刻的两种判断方法

（1）根据上下文判断：分析所给的说法，根据题意去体会和判断，时刻对应的是某一事

件或运动的状态，时间对应的是事件或运动的发生过程。

(2)利用时间轴判断。画出时间轴，把所给的时刻和时间表示出来，对应一个点的是时

刻，对应一段线段的是时间。

II对点训练・

1.(2021•广东肇庆市高一期末)新闻报道：“2020年11月28日20时58分，嫦娥五号

探测器经过约112小时奔月飞行，在距月面400公里处成功实施发动机点火，约17分钟后,

发动机正常关机，顺利进入环月轨道。”结合所学物理知识，下列说法正确的是(D)

A.“2020年11月28日20时58分”是时间间隔

B.“约112小时”是时刻

C.“17分钟”是时刻

D.研究嫦娥五号绕月球的运动轨迹，可将嫦娥五号视为质点

详细分析：“2020年11月28日20时58分”指的是时刻，故A错误；”约112小时”

指的是时间间隔，故B错误；“17分钟”指的是时间间隔，故C错误；研究嫦娥五号绕月

球的运动轨迹时，嫦娥五号的大小相对于运动的轨迹可以忽略不计，可将嫦娥五号视为质点，

故D正确。

探究

位移和路程

II情境导入・

(1)如图所示，三位旅行者从北京到上海，甲乘坐高铁直达，乙乘坐飞机直达，丙先乘

坐汽车，再乘坐轮船到上海，三者的路程是否相同？位移是否相同？

(2)①如果一位同学从操场中心A点出发向北走了40m到达8点，然后又向西走了30m

到达C点，则他从A到C点的路程是多少？位移的大小是多少？

②路程和位移的计算方法相同吗?

提示：(1)三者的路程不同，但都是从北京到上海，初位置、末位置一样，即位移相同。

(2)①如图所示，路程是70m,位移为从A点指向C点的有向线段，大小为50m。

②不相同。路程是标量，遵从算术加法法则，可以直接相加减；位移是矢量，不能直接

相加减，位移的大小等于初位置指向末位置的有向线段的长度。

II要点提炼■

1.位移和路程的区别与联系

路程位移

表示运动表示位置变化

意义

轨迹的长度的大小和方向

从初位置到末位置

大小轨迹的长度

区的有向线段的长度

别从初位置指

方向无方向

向末位置

图示(物体沿曲线A/

由A运动到B)曲线的长度由A到3的有向线段

(1)两者单位相同，都是米(m)

联系(2)位移的大小小于等于路程。在单向直线运动中，位移的大

小与路程相等。

2.矢量和标量的区别

(1)矢量是有方向的，标量没有方向。

(2)标量的运算法则为算术运算法则，即初中所学的加、减、乘、除等运算方法；矢量

的运算法则为以后要学到的平行四边形定则。

(3)矢量由于具有方向性，故不可以比较大小但可比较矢量数值的大小即比较其数值的

绝对值的大小“+”“一”号只代表方向。

特别提醒

(1)如果某段时间内某物体通过的路程为零，则这段时间内物体一定静止，位移也一定

为零。

(2)如果某段时间内物体的位移为零，则这段时间内物体不一定静止，可能是运动又回

到了出发点，路程也不一定为零。

II典例剖析,

■典题2一个人晨练，按如图所示走半径为R的中国古代的太极图，中央的S

部分是两个直径为R的半圆,切入C4分别为西东、南北指向。他从A点出发沿曲线ABCOADC

行进，求：

A

（1）他从A点第一次走到0点时的位移大小和方向。

（2）他从A点第一次走到D点时的位移和路程。

|起点和1J位移为有向线段|确定位移

思路引导:修点门路程为轨迹的长度和路程

详细分析：（1）他从A点第一次走到。点时的位移大小等于线段A。的长度，即

位移的方向为由北指向南。

（2）他从4点第一次走到力点时的位移大小等于线段4。的长度，即及=6尺

位移的方向为东偏南45。角。

a

从A点第一次走到D点时的路程等于整个运动轨迹的长度，即s=^X2兀R+27rxmR=

2.5兀R。

答案：⑴R方向由北指向南（2）&R方向为东偏南45。角2.5nR

思维升华：在求位移时（矢量），既要计算其大小，还要指明其方向，注意与求解路程（标

量）的区别。

II对点训练■

2.（2021•大连高一期中）如图所示，小球从距地面5m高处落下，被地面反向弹回后，

在距地面2m高处被接住,则小球从高处落下到被接住这一过程中通过的路程和位移的大小

分别是（A）

A.7m3mB.5m2m

C.5m3mD.7m

7m

详细分析：小球的起点在A,末点在B,由图可知AB的长度为3m,因此其位移大小

为3m,路程为小球经过的轨迹长度，由题意可知，路程为7m,故B、C、D错误，A正

确。

探究

直线运动的位置和位移

II情境导入・

港珠澳大桥通车后，中央广播电视总台巴士成为第一辆驶上港珠澳大桥的大巴，它在某

一段时间内沿直线行驶在港珠澳大桥上，如何表示它的位置及位移？

提示：沿运动方向建立直线坐标系，用坐标表示巴士的位置，坐标的变化与巴士通过的

位移对应。

II要点提炼・

研究直线运动时在物体运动的直线上建立直线坐标系。

(1)质点的位置用坐标值表示，位移用坐标的变化量表示。

(2)位移&t=X2—XI，其绝对值表示位移的大小。

(3)/5的正、负表示位移的方向，正值表示与规定的正方向相同，负值表示与规定的正

方向相反。

II典例剖析・

题3

-6-4-20246x/m

(多选)物体做直线运动时可以用坐标轴上的坐标表示物体的位置，用坐标的变化量Ax

表示物体的位移。如图所示，一个物体从A运动到C,它的位移Axi=-4m—5m=-9m；

从C运动到B,它的位移为Ax2=lm-(一4m)=5m。下列说法中正确的是(BD)

A.从C到3的位移大于从A到C的位移，因为正数大于负数

B.从4到C的位移的大小大于从C到B的位移的大小，因为符号表示位移的方向，

不表示大小

C.因为位移是矢量，所以这两个矢量的大小无法比较

D.物体由4到B的位移以=—2

思路引导：明确位移是矢量，其“十”“一”只表示方向。

详细分析：位移是矢量，“十”“一”表示位移的方向，而不表示位移的大小，从A

到C的位移大于从C到3的位移，选项AC错误，选项B正确；从A到B的位移Ar=lm

—5m=-4m,即AA=AXI+AX2,故选项D正确。

思维升华：直线运动的位置和位移规律

直线运’X为正时,位置在正半轴

位置用坐标X表示

动的位＜了为负时,位置在负半轴

置和[Ar为正时,位移沿正方向

位移■=向一凡以为负时,

位移位移沿负方向

II对点训练,

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6m,方向_沿彳轴负方向一。

(2)该质点第3s内的位移的大小是3m,方向沿x轴正方向.。

(3)该质点前5s的总位移的大小是4m,方向沿x轴正方向。

详细分析：如图所示：

-8-7~~-4~-162~~'~_67/m

'----v---''-----y-----'

第3s内前5s

(1)前2s的位移Ax]=i2—沏=—4m—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—X2=—1m—(―4)m=3m,即位移的大小为3m,方向沿x

轴正方向。

(3)前5s的总位移入¥3=右一沏=6m—2m=4m,即位移的大小为4m,方向沿x轴正

方向。

探究

位移一时间图像

II情境导入■

如图为两种动态变化问题，如何描述这两种问题比较直观？

一天内气温变化图

某同学成绩分析

提示：用图像法描述最直观。

II要点提炼・

I.x-r图像的物理意义：x-r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规定位置的位移。

2.x-f图像的应用

由位移一时间图像可求：

(1)任一时刻所对应的位置

(2)任一时间内的位移

(3)发生一段位移所用的时间

3.常见的几种X—/图像的比较

图像物理意义

-------①

①、②都表示物体处于静止状态，但静止的位置不同。

-------②]

③表示物体从XI处沿正方向做匀速直线运动；

玉④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X2处沿负方向做匀速直线运动。

⑥表示物体做变速直线运动，且运动得越来越慢。

II典例剖析・

■典题4(多选)如图所示为甲、乙在同一直线上运动时的x-f图像，以甲的出

发点为原点，出发时间为计时的起点，则下列说法中正确的是(ACD)

A.甲、乙同时出发

B.0〜B这段时间内，甲、乙位移相同

C.甲开始运动时，乙在甲的前面助处

D.甲在途中停止了一段时间，而乙没有停止

认清图像横、纵坐图像的截图像交点

思路引导:

标轴的物理意义距的含义一的含义

详细分析：由图像知甲、乙的计时起点都是零，是同时出发的。乙开始运动时离坐标原

点X0,从n到玄这段时间内甲的位置没有变化，表示甲在途中停止了一段时间，故选项A,

C,D正确；图上纵坐标表示的位移是以坐标原点为起点的，而某段时间内的位移是以这段

时间的起始时刻所在位置为起点的，。〜f3这段时间内甲、乙末位置相同，但起始位置不同，

所以位移不同，故选项B错误。

思维升华：在分析处理直线运动的位移一图像问题时，应注意以下几点：

(1)无论物体的位移一时间图像是直线还是曲线，物体均做直线运动。

(2)物体开始运动的初始位置由r=0时的位置即纵轴的截距决定。

(3)位移一时间图像的斜率为正值，表示物体沿着正方向运动，反之物体沿负方向运动。

II对点训练■

4.(多选)某一质点沿直线运动的位移x随时间，变化的图像如图所示，贝U(AD)

A.10s时，质点所处的位置坐标为5m

B.在10s内，质点的位移为5m

C.在20s内，质点的位移为9m

D.在5s末和第15s末，质点的运动方向相反

详细分析：图像反映质点位置随时间的变化关系，10s时质点处在5m的位置。A对；

在10s内，质点的初位置坐标为1m,末位置坐标为5m,位移大小为4m。B错；在20s

内，质点的位移为/x=X2—制=0-1m=-1m。C错；5s末质点沿正方向运动，15s末质

点沿负方向运动。D对。

探究

位移和时间的测量

II情境导入・

1.电磁打点计时器和电火花打点计时器对工作电源有什么要求？为什么称为计时器？

2.当打点计时器的工作电源的频率不为50Hz时，仍然是每隔0.02s打一个点吗？

3.利用打点纸带可以知道哪些运动信息？

提示：1.电磁打点计时器需要约8V的低压交流电源，电火花计时器需要220V的交

流电源。打出的点可以记录时间间隔。

2.不是。

3.时间间隔及一定时间间隔内的位移。

II要点提炼・

I.测量位移和时间的方法：

(1)测位移：照相法或频闪照相法、打点计时器法等。

(2)测时间：可用钟表、打点计时器。

2.电磁打点计时器和电火花打点计时器的比较

电磁打点计时器电火花打点计时器

正脉冲输出插座

线圈//负脉冲输

振片/出插座

撮粉纸盘

结构示意图

西久磁铁

、纸带

复写纸限位孔

纸带

打点脉冲电流经放电针、墨粉纸盘放电打

电磁作用下振针振动打点。

原理点。

电源约8V交流电源。220V交流电源。

周期电源频率为50Hz时，都是每隔0.02s打一次点。

纸带与限位孔、复写纸的摩擦，纸带

阻力来源纸带与限位孔、墨粉纸盘的摩擦。

与振针的摩擦。

说明功能相同都是计时仪器，但电火花打点计时器比电磁打点计时器更精确。

3.使用支「点计时器的注意事项

(1)实验前，应将打点计时器固定好，以免拉动纸带时晃动，并轻轻试拉纸带，应无明

显的阻滞现象。

(2)使用打点计时器时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放纸带。

(3)使用电火花打点计时器时，应注意把纸带穿好，使墨粉纸盘位于纸带上方；使用电

磁打点计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面。

(4)打点计时器不能连续工作太长时间，打完点后应立即关闭电源。

(5)对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，可统一测量出各个测量点到起始测

量点之间的距离，读数时应估读到毫米的下一位。

II典例剖析,

■典题5一打点计时器所用电源的频率是50Hz,如图所示，纸带上的A点先通

过计时器，A、B间历时0.04s,位移为2.80X102m。

1.201.602.201.401.20""/

ABC。）

思路引导：I打点周期If间计数点)数一时间fI起始点I—I终止点IfI确定位移

详细分析：频率50Hz,周期为0.02秒，4到B间相隔1个计数点，时间间隔0.04s。

A与B间距为(1.20+1.60)cm=2.80cm=2.80X102mo

思维升华：纸带记录了物体在不同时刻的位置和某一段时间对应的位移。点迹分布情况

反映物体运动的情况。

(1)点迹密处速度小，点迹疏处速度大。

(2)点迹均匀，说明物体做匀速运动。

II对点训练,

5.如图所示，你的左手拿一块表，右手拿一支彩色画笔，你的同伴牵动一条宽约1cm

的长纸带，使纸带在你的笔下沿着直线向前移动，每隔1s你用画笔在纸带上点一个点。你

还可以练习在1s内均匀地点上两个点。这样，就做成了一台简单的打点计时器。则下列说

法正确的是(D)

A.纸带的速度越快，相同距离上打的点会越多

B.牵动纸带速度不恒定，相邻两点的时间间隔也会不稳定

C.若每隔1s变为每隔0.5s打一个点，增大速度，纸带上的两点间距离会变大

D.若每隔1s变为每隔0.5s打一个点，同样的速度，纸带上的两点间距离会变小

详细分析：纸带速度越快，点迹越疏，可知相同距离上打的点越少。A错；相邻两点间

的时间间隔是一定的，为1s,与牵动的速度无关。B错；若每隔1s变为每隔0.5s打一个

点，增大速度，由于相邻两点间的时间间隔变小，则两点间距离不一定变大。C错；若每隔

1s变为每隔0.5s打一个点，同样的速度，时间间隔变小，则相邻两点间的距离会变小。D

对。

核心素养提升

以题说法•启智培优

物理定根思想的应用

»■案例甲同学拿出了一枚1元硬币，乙同学找来了一把刻度尺，他们想办法测出

了硬币的直径d=2.5cm,然后让硬币在水平课桌上沿直线滚动了10圈，他们通过观察和猜

想，提出了下列问题。请你帮他们解决所提出的问题。

(1)硬币圆心的位移大小和路程相同吗？各是多少？

(2)硬币圆周上的每一点的路程和位移的大小是否相同？

详细分析：如图所示，图中虚线O。'、44'分别表示硬币沿直线滚动一圈后圆心和圆

周上的一点A的运动轨迹，已知硬币的直径d=2.5cm,则由图可知：

(1)硬币圆心的位移大小和路程相等，即x=s=?rX2.5X10cm=78.5cm。

(2)硬币沿直线滚动10圈的过程中，硬币圆周上的每一点的位移大小均为78.5cm。硬币

圆周上的每一点滚动一圈的运动轨迹为一曲线，如图中虚曲线所示，硬币沿直线滚动10圈

的过程中，圆周上每一点的路程为图中虚曲线长度的10倍，故其路程和位移的大小不同。

答案：⑴相同，均为78.5cm(2)不相同

核心素养科学思维

本题以生活中常见的硬币滚动为情景，需要学生构建硬币滚动时位移和路程变化情况的

模型，体现出物理学科与生活的紧密联系以及新高考对学生学科素养的要求。

课堂达标检测

沙场点兵•名校真题

1.(2021•山东枣庄市高一期末)一游客计划驾车从“抱犊岗风景区(西门)”前往“枣庄

高铁站”，在手机导航地图上搜索到的三条路线分别如图所示，下列说法正确的是(D)

•抱犊岗风景区（西门）a

•枣庄高铁站（公交站）”

外驾车,打车公交地铁骑行

桑村镇山亭区.■就

徐庄镇n

免费备选二高速多距离长

1小时26分1小时42分1小时22分

Mfil8<$vn-

探感M开始导航

A.“免费”路线中的路程等于位移大小

B.“备选二”路线中的“66公里”指的是位移

C.“高速多、距离长”路线中的“1小时22分”指的是时刻

D.研究汽车在导航图中的位置时，可把汽车看成质点

详细分析：“免费”路线中的路程大于位移大小，选项A错误；