2.1.1 平均变化率2.1.2 瞬时变化率(课件(共55张PPT)+学案(含答案))

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(共55张PPT)
1.1 平均变化率~1.2 瞬时变化率
第二章 §1 平均变化率与瞬时变化率
1.了解变化率在实际生活中的需求,探究和体会平均变化率的实
际意义.
2.理解函数的平均变化率和瞬时变化率的概念.
学习目标
你登过泰山吗?登山过程中,你会体验到“六龙过万壑”的雄奇,感受到“会当凌绝顶,一览众山小”的豪迈.当爬到“十八盘”时,你感觉怎样?是平缓的山好攀登,还是陡峭的山好攀登?你能从数学的角度来反映山坡的平缓和陡峭程度吗?
导语
随堂演练
课时对点练
一、平均变化率
二、瞬时变化率
内容索引
一、平均变化率
问题1 下表是某病人吃完退烧药,他的体温变化情况:
提示 每10分钟病人的体温变化不相同,从20分钟到30分钟变化最快,用体温的平均变化率刻画体温变化的快慢.
x/min 0 10 20 30 40 50 60
y/℃ 39 38.7 38.5 38 37.6 37.3 36.9
观察上表,每10分钟病人的体温变化相同吗?哪段时间体温变化较快?如何刻画体温变化的快慢?
知识梳理
平均变化率
定义 对一般的函数y=f(x)来说,当自变量x从x1变为x2时,函数值从
f(x1)变为f(x2),它在区间[x1,x2]的平均变化率=__________
实质 函数的平均变化率可以表示为函数值的改变量(Δy= )
与自变量的改变量(Δx= )的比值,即
作用 刻画函数值在区间 上变化的快慢
f(x2)-f(x1)
x2-x1
[x1,x2]
注意点:
(1)Δx是自变量的变化量,它可以为正,也可以为负,但不能等于零,而Δy是相应函数值的变化量,它可以为正,可以为负,也可以等于零.
(2)函数平均变化率的物理意义,如果物体的运动规律是s=s(t),那么函数s(t)在t到t+Δt这段时间内的平均变化率就是物体在这段时间内的
平均速度,即
解 因为f(x)=2x2+3x-5,
所以Δy=f(x1+Δx)-f(x1)=2(x1+Δx)2+3(x1+Δx)-5-( +3x1-5)
=2[(Δx)2+2x1Δx]+3Δx=2(Δx)2+(4x1+3)Δx.
所以当x1=4,Δx=1时,Δy=2×12+(4×4+3)×1=21,
例1 已知函数f(x)=2x2+3x-5.当x1=4,且Δx=1时,求函数增量Δy和平均变化率
反思感悟 求函数平均变化率的三个步骤
第一步,求自变量的增量Δx=x2-x1.
第二步,求函数值的增量Δy=f(x2)-f(x1).
二、瞬时变化率
问题2 物体的路程s与时间t的关系是s(t)=5t2,试求物体在[1,1+Δt]这段时间内的平均速度.当Δt趋近于0时,问题1中的平均速度趋近于多少?怎样理解这一速度?
这时的平均速度即为当t=1时的瞬时速度.
知识梳理
Δx趋于0
注意点:
(1)平均变化率与瞬时变化率的关系
①区别:平均变化率刻画函数值在区间[x1,x2]上变化的快慢,瞬时变化率刻画函数值在x0点处变化的快慢;
②联系:当Δx趋于0时,平均变化率 趋于一个常数,这个常数即为函
数在x0处的瞬时变化率,它是一个固定值.
(2)“Δx趋于0”的含义
Δx趋于0的距离要多近有多近,即|Δx-0|可以小于给定的任意小的正数,且始终Δx≠0.
例2 某物体的运动路程s(单位:m)与时间t(单位:s)的关系可用函数s(t)=t2+t+1表示,求物体在t=1 s时的瞬时速度.
即物体在t=1 s时的瞬时速度为3 m/s.
延伸探究
1.若本例中的条件不变,试求物体的初速度.
解 求物体的初速度,即求物体在t=0时的瞬时速度,
即物体的初速度为1 m/s.
2.若本例中的条件不变,试问物体在哪一时刻的瞬时速度为9 m/s.
解 设物体在t0时刻的瞬时速度为9 m/s.
则2t0+1=9,∴t0=4.
则物体在4 s时的瞬时速度为9 m/s.
反思感悟 求函数f(x)在点x=x0处的瞬时变化率的步骤
(1)求Δy=f(x0+Δx)-f(x0);
跟踪训练2 求函数y=f(x)=3x2+x在点x=1处的瞬时变化率.
解 Δy=f(1+Δx)-f(1)=3(1+Δx)2+(1+Δx)-(3+1)=7Δx+3(Δx)2.
∴函数y=3x2+x在点x=1处的瞬时变化率为7.
1.知识清单:
(1)平均变化率.
(2)瞬时变化率.
2.方法归纳:极限法.
3.常见误区:对函数的平均变化率、瞬时变化率理解不到位.
课堂小结
随堂演练
1.在求解平均变化率时,自变量的变化量Δx应满足
A.Δx>0 B.Δx<0
C.Δx≠0 D.Δx可为任意实数

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2.一质点按运动方程s(t)= 作直线运动,则其从t1=1到t2=2的平均速度为
A.-1 B.- C.-2 D.2
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3.函数f(x)=8x-6在区间[m,n]上的平均变化率为___.
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4.一质点运动规律是s=t2+3(s的单位为m,t的单位为s),则在t=1 s时的瞬时速度估计是____ m/s.
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解析 Δs=s(1+Δt)-s(1)=(1+Δt)2+3-(12+3)=2Δt+(Δt)2,
课时对点练
基础巩固
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1.如图,函数y=f(x)在A,B两点间的平均变化率是
A.1 B.-1
C.2 D.-2
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2.在x=1附近,取Δx=0.3,下列四个函数中,平均变化率最大的是
A.y=x B.y=x2 C.y=x3 D.y=
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解析 根据平均变化率的定义可求得四个函数的平均变化率依次为1,2.3,3.99,
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4.一个物体做直线运动,位移s(单位:m)与时间t(单位:s)之间的函数关系为s(t)=5t2+mt,且这一物体在2≤t≤3这段时间内的平均速度为26 m/s,则实数m的值为
A.2 B.1 C.-1 D.6

所以(5×32+3m)-(5×22+2m)=26,
解得m=1.
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5.函数y=f(x)=x2在区间[x0,x0+Δx]上的平均变化率为k1,在区间[x0-Δx,x0]上的平均变化率为k2,则k1与k2的大小关系为
A.k1>k2 B.k1<k2
C.k1=k2 D.不确定

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由题意知Δx>0,∴k1>k2.
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6.(多选)已知某物体的运动方程为s(t)=7t2+8(0≤t≤5),则
A.该物体在1≤t≤3时的平均速度是28
B.该物体在t=4时的瞬时速度是56
C.该物体位移的最大值为43
D.该物体在t=5时的瞬时速度是70



物体在t=4时的瞬时速度是56,故B正确;
物体的最大位移是7×52+8=183,C错误;
物体在t=5时的瞬时速度是70,故D正确.
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7.一水库的蓄水量与时间关系的图象如图所示,则蓄水效果最好的时间段(以两个月计)为___________;蓄水效果最差的时间段(以两个月计)为___________.
6月至8月
解析 由图象可以看出,6月至8月水库的蓄水量增长最快,蓄水效果最好;
8月至10月水库的蓄水量减少最快,蓄水效果最差.
8月至10月
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8.在自行车比赛中,运动员的位移s与比赛时间t存在函数关系s=10t+5t2(s单位:m,t单位:s),则t=20 s时的瞬时速度为________.
210 m/s
当Δt趋于0时,v趋于10+10t,
则在t=20 s时的瞬时速度为10×20+10=210(m/s).
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9.蜥蜴的体温与阳光的照射有关,其关系式为T(t)= +15,其中T(t)
为体温(单位:℃),t为太阳落山后的时间(单位:min).
(1)从t=0 min到t=10 min,蜥蜴的体温下降了多少?
所以蜥蜴的体温下降了16 ℃.
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解 平均变化率是-1.6 ℃/min,它表示从t=0 min到t=10 min这段时间内,蜥蜴体温平均每分钟下降1.6 ℃.
(2)从t=0 min到t=10 min,蜥蜴的体温下降的平均变化率是多少?它代表什么实际意义?
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10.某物体按照s(t)=3t2+2t+4(s的单位:m)的规律做直线运动,求自运动开始到4 s时物体运动的平均速度和4 s时的瞬时速度.
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由于Δs=3(t+Δt)2+2(t+Δt)+4-(3t2+2t+4)=(2+6t)Δt+3(Δt)2.
所以4 s时物体运动的瞬时速度为26 m/s.
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综合运用
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11.物体甲、乙在时间0到t1范围内路程的变化情况如图所示,下列说法正确的是
A.在0到t0范围内甲的平均速度大于乙的平均速度
B.在0到t0范围内甲的平均速度小于乙的平均速度
C.在t0到t1范围内甲的平均速度大于乙的平均速度
D.在t0到t1范围内甲的平均速度小于乙的平均速度

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解析 在0到t0范围内,甲、乙所走的路程相同,时间一样,
所以平均速度相同,在t0到t1范围内,时间相同,而甲走的路程较大,
所以甲的平均速度较大.

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13.若一物体运动方程如下:s= 则此物体在t=1和t
=3时的瞬时速度分别为_____,_____.
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解析 ∵0≤t<3时,s=3t2+1,
∵t≥3时,s=2+3(t-3)2,
14.将半径为R的球加热,若半径从R=1到R=m时球的体积膨胀率为 ,则m的值为_____.
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所以m2+m+1=7,所以m=2或m=-3(舍).
拓广探究
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15.如图所示为一圆锥形容器,底面圆的直径等于圆锥母线长,水以每分钟9.3升的速度注入容器内,则注入水的高度在t= 分钟时的瞬时变
化率为_____分米/分钟.(注:π≈3.1)
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解析 由题意知,圆锥轴截面为等边三角形,
设经过t分钟后水面高度为h,
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16.已知气球的表面积S(单位:cm2)与半径r(单位:cm)之间的函数关系是S(r)=4πr2.
求:(1)气球表面积S由10 cm2膨胀到20 cm2时的平均膨胀率即气球膨胀过程中半径的增量与表面积增量的比值;
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解 由S(r)=4πr2,r>0,
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当S由10 cm2膨胀到20 cm2时,气球表面积的增量ΔS=20-10=10(cm2),
(2)气球表面积S由30 cm2膨胀到40 cm2时的平均膨胀率.
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解 当S由30 cm2膨胀到40 cm2时,气球半径的增量
本课结束§1 平均变化率与瞬时变化率
1.1 平均变化率
1.2 瞬时变化率
学习目标 1.了解变化率在实际生活中的需求,探究和体会平均变化率的实际意义.2.理解函数的平均变化率和瞬时变化率的概念.
导语
你登过泰山吗?登山过程中,你会体验到“六龙过万壑”的雄奇,感受到“会当凌绝顶,一览众山小”的豪迈.当爬到“十八盘”时,你感觉怎样?是平缓的山好攀登,还是陡峭的山好攀登?你能从数学的角度来反映山坡的平缓和陡峭程度吗?
一、平均变化率
问题1 下表是某病人吃完退烧药,他的体温变化情况:
x/min 0 10 20 30 40 50 60
y/℃ 39 38.7 38.5 38 37.6 37.3 36.9
观察上表,每10分钟病人的体温变化相同吗?哪段时间体温变化较快?如何刻画体温变化的快慢?
提示 每10分钟病人的体温变化不相同,从20分钟到30分钟变化最快,用体温的平均变化率刻画体温变化的快慢.
知识梳理
平均变化率
定义 对一般的函数y=f(x)来说,当自变量x从x1变为x2时,函数值从f(x1)变为f(x2),它在区间[x1,x2]的平均变化率=
实质 函数的平均变化率可以表示为函数值的改变量(Δy=f(x2)-f(x1))与自变量的改变量(Δx=x2-x1)的比值,即=
作用 刻画函数值在区间[x1,x2]上变化的快慢
注意点:
(1)Δx是自变量的变化量,它可以为正,也可以为负,但不能等于零,而Δy是相应函数值的变化量,它可以为正,可以为负,也可以等于零.
(2)函数平均变化率的物理意义,如果物体的运动规律是s=s(t),那么函数s(t)在t到t+Δt这段时间内的平均变化率就是物体在这段时间内的平均速度,即=.
例1 已知函数f(x)=2x2+3x-5.当x1=4,且Δx=1时,求函数增量Δy和平均变化率.
解 因为f(x)=2x2+3x-5,
所以Δy=f(x1+Δx)-f(x1)=2(x1+Δx)2+3(x1+Δx)-5-(2x+3x1-5)=2[(Δx)2+2x1Δx]+3Δx=2(Δx)2+(4x1+3)Δx.
所以当x1=4,Δx=1时,Δy=2×12+(4×4+3)×1=21,则==21.
反思感悟 求函数平均变化率的三个步骤
第一步,求自变量的增量Δx=x2-x1.
第二步,求函数值的增量Δy=f(x2)-f(x1).
第三步,求平均变化率=.
跟踪训练1 某物体运动的位移s与时间t之间的函数关系式为s(t)=sin t,t∈.分别求s(t)在区间和上的平均速度.
解 物体在区间上的平均速度为
1====.
物体在区间上的平均速度为
2===.
二、瞬时变化率
问题2 物体的路程s与时间t的关系是s(t)=5t2,试求物体在[1,1+Δt]这段时间内的平均速度.当Δt趋近于0时,问题1中的平均速度趋近于多少?怎样理解这一速度?
提示 Δs=5(1+Δt)2-5=10Δt+5(Δt)2,==10+5Δt.当Δt趋近于0时,趋近于10,这时的平均速度即为当t=1时的瞬时速度.
知识梳理
瞬时变化率
对于一般的函数y=f(x),在自变量x从x0变到x1的过程中,若设Δx=x1-x0,Δy=f(x1)-f(x0),则该函数的平均变化率为==.如果当Δx趋于0时,平均变化率就趋于某个值,那么这个值就是f(x)在点x0的瞬时变化率.它刻画函数在某一点处变化的快慢.
注意点:
(1)平均变化率与瞬时变化率的关系
①区别:平均变化率刻画函数值在区间[x1,x2]上变化的快慢,瞬时变化率刻画函数值在x0点处变化的快慢;
②联系:当Δx趋于0时,平均变化率趋于一个常数,这个常数即为函数在x0处的瞬时变化率,它是一个固定值.
(2)“Δx趋于0”的含义
Δx趋于0的距离要多近有多近,即|Δx-0|可以小于给定的任意小的正数,且始终Δx≠0.
例2 某物体的运动路程s(单位:m)与时间t(单位:s)的关系可用函数s(t)=t2+t+1表示,求物体在t=1 s时的瞬时速度.
解 ∵=
==3+Δt,
当Δt趋于0时,趋于3,
即物体在t=1 s时的瞬时速度为3 m/s.
延伸探究 
1.若本例中的条件不变,试求物体的初速度.
解 求物体的初速度,即求物体在t=0时的瞬时速度,
∵==
=1+Δt,
当Δt趋于0时,趋于1,
即物体的初速度为1 m/s.
2.若本例中的条件不变,试问物体在哪一时刻的瞬时速度为9 m/s.
解 设物体在t0时刻的瞬时速度为9 m/s.
又==(2t0+1)+Δt.
当Δt趋于0时,趋于2t0+1,
则2t0+1=9,∴t0=4.
则物体在4 s时的瞬时速度为9 m/s.
反思感悟 求函数f(x)在点x=x0处的瞬时变化率的步骤
(1)求Δy=f(x0+Δx)-f(x0);
(2)计算,并化简,直到当Δx=0时有意义为止;
(3)将Δx=0代入化简后的即得瞬时变化率.
跟踪训练2 求函数y=f(x)=3x2+x在点x=1处的瞬时变化率.
解 Δy=f(1+Δx)-f(1)
=3(1+Δx)2+(1+Δx)-(3+1)
=7Δx+3(Δx)2.
∴==7+3Δx.
∴当Δx趋于0时,=7+3Δx趋于7+3×0=7.
∴函数y=3x2+x在点x=1处的瞬时变化率为7.
1.知识清单:
(1)平均变化率.
(2)瞬时变化率.
2.方法归纳:极限法.
3.常见误区:对函数的平均变化率、瞬时变化率理解不到位.
1.在求解平均变化率时,自变量的变化量Δx应满足(  )
A.Δx>0 B.Δx<0
C.Δx≠0 D.Δx可为任意实数
答案 C
解析 因平均变化率为,故Δx≠0.
2.一质点按运动方程s(t)=作直线运动,则其从t1=1到t2=2的平均速度为(  )
A.-1 B.- C.-2 D.2
答案 B
解析 ==-1=-.
3.函数f(x)=8x-6在区间[m,n]上的平均变化率为______.
答案 8
解析 平均变化率为==8.
4.一质点运动规律是s=t2+3(s的单位为m,t的单位为s),则在t=1 s时的瞬时速度估计是________ m/s.
答案 2
解析 Δs=s(1+Δt)-s(1)=(1+Δt)2+3-(12+3)=2Δt+(Δt)2,∴==2+Δt,当Δt趋于0时,趋于2.
课时对点练
1.如图,函数y=f(x)在A,B两点间的平均变化率是(  )
A.1 B.-1 C.2 D.-2
答案 B
解析 ===-1.
2.在x=1附近,取Δx=0.3,下列四个函数中,平均变化率最大的是(  )
A.y=x B.y=x2 C.y=x3 D.y=
答案 C
解析 根据平均变化率的定义可求得四个函数的平均变化率依次为1,2.3,3.99,-.
3.某物体做直线运动,其运动规律是s=t2+(t的单位是秒,s的单位是米),则它在4秒末的瞬时速度为(  )
A.米/秒 B.米/秒
C.8米/秒 D.米/秒
答案 B
解析 因为=

=Δt+8-.
当Δt趋于0时,趋于,
所以它在4秒末的瞬时速度为米/秒.
4.一个物体做直线运动,位移s(单位:m)与时间t(单位:s)之间的函数关系为s(t)=5t2+mt,且这一物体在2≤t≤3这段时间内的平均速度为26 m/s,则实数m的值为(  )
A.2 B.1 C.-1 D.6
答案 B
解析 由已知,得=26,
所以(5×32+3m)-(5×22+2m)=26,
解得m=1.
5.函数y=f(x)=x2在区间[x0,x0+Δx]上的平均变化率为k1,在区间[x0-Δx,x0]上的平均变化率为k2,则k1与k2的大小关系为(  )
A.k1>k2 B.k1<k2
C.k1=k2 D.不确定
答案 A
解析 k1===2x0+Δx,
k2===2x0-Δx.
由题意知Δx>0,∴k1>k2.
6.(多选)已知某物体的运动方程为s(t)=7t2+8(0≤t≤5),则(  )
A.该物体在1≤t≤3时的平均速度是28
B.该物体在t=4时的瞬时速度是56
C.该物体位移的最大值为43
D.该物体在t=5时的瞬时速度是70
答案 ABD
解析 该物体在1≤t≤3时的平均速度是
==28,A正确;
物体在t=4时的瞬时速度是56,故B正确;
物体的最大位移是7×52+8=183,C错误;
物体在t=5时的瞬时速度是70,故D正确.
7.一水库的蓄水量与时间关系的图象如图所示,则蓄水效果最好的时间段(以两个月计)为________;蓄水效果最差的时间段(以两个月计)为________.
答案 6月至8月 8月至10月
解析 由图象可以看出,6月至8月水库的蓄水量增长最快,蓄水效果最好;8月至10月水库的蓄水量减少最快,蓄水效果最差.
8.在自行车比赛中,运动员的位移s与比赛时间t存在函数关系s=10t+5t2(s单位:m,t单位:s),则t=20 s时的瞬时速度为________.
答案 210 m/s
解析 ==10+10t+5Δt.
当Δt趋于0时,v趋于10+10t,则在t=20 s时的瞬时速度为10×20+10=210(m/s).
9.蜥蜴的体温与阳光的照射有关,其关系式为T(t)=+15,其中T(t)为体温(单位:℃),t为太阳落山后的时间(单位:min).
(1)从t=0 min到t=10 min,蜥蜴的体温下降了多少?
(2)从t=0 min到t=10 min,蜥蜴的体温下降的平均变化率是多少?它代表什么实际意义?
解 (1)T(10)-T(0)=+15--15=-16 ℃,
所以蜥蜴的体温下降了16 ℃.
(2)平均变化率是-1.6 ℃/min,它表示从t=0 min到t=10 min这段时间内,蜥蜴体温平均每分钟下降1.6 ℃.
10.某物体按照s(t)=3t2+2t+4(s的单位:m)的规律做直线运动,求自运动开始到4 s时物体运动的平均速度和4 s时的瞬时速度.
解 自运动开始到t s时,物体运动的平均速度
(t)==3t+2+,
故前4 s物体的平均速度为(4)=3×4+2+=15 m/s.
由于Δs=3(t+Δt)2+2(t+Δt)+4-(3t2+2t+4)
=(2+6t)Δt+3(Δt)2.
=2+6t+3·Δt,
当t=4,Δt趋于0时,趋于2+6×4=26,
所以4 s时物体运动的瞬时速度为26 m/s.
11.物体甲、乙在时间0到t1范围内路程的变化情况如图所示,下列说法正确的是(  )
A.在0到t0范围内甲的平均速度大于乙的平均速度
B.在0到t0范围内甲的平均速度小于乙的平均速度
C.在t0到t1范围内甲的平均速度大于乙的平均速度
D.在t0到t1范围内甲的平均速度小于乙的平均速度
答案 C
解析 在0到t0范围内,甲、乙所走的路程相同,时间一样,所以平均速度相同,在t0到t1范围内,时间相同,而甲走的路程较大,所以甲的平均速度较大.
12.若小球自由落体的运动方程为s(t)=gt2(g为重力加速度),该小球在t=1到t=3时的平均速度为,在t=2时的瞬时速度为v2,则和v2的大小关系为(  )
A.>v2 B.C.=v2 D.不能确定
答案 C
解析 平均速度为===2g.
==
=gΔt+2g,
∵当Δt趋于0时,趋于2g,
∴v2=2g,∴=v2.
13.若一物体运动方程如下:s=则此物体在t=1和t=3时的瞬时速度分别为________,________.
答案 6 0
解析 ∵0≤t<3时,s=3t2+1,
∴当t=1时,===6+3Δt.
当Δt趋于0时,趋于6,故物体在t=1时的瞬时速度为6.
∵t≥3时,s=2+3(t-3)2,
∴当t=3时,==3Δt.
当Δt趋于0时,趋于0,故物体在t=3时的瞬时速度为0.
14.将半径为R的球加热,若半径从R=1到R=m时球的体积膨胀率为,则m的值为________.
答案 2
解析 体积的增加量ΔV=m3-=(m3-1),
所以==,
所以m2+m+1=7,所以m=2或m=-3(舍).
15.如图所示为一圆锥形容器,底面圆的直径等于圆锥母线长,水以每分钟9.3升的速度注入容器内,则注入水的高度在t=分钟时的瞬时变化率为________分米/分钟.(注:π≈3.1)
答案 9
解析 由题意知,圆锥轴截面为等边三角形,设经过t分钟后水面高度为h,则水面的半径为h,t分钟时,容器内水的体积为9.3t,
因为9.3t=π2·h,所以h3=27t,所以h=3.
因为=

=,
所以当Δt趋于0时,趋于9,即h(t)在t=分钟时的瞬时变化率为9.
16.已知气球的表面积S(单位:cm2)与半径r(单位:cm)之间的函数关系是S(r)=4πr2.
求:(1)气球表面积S由10 cm2膨胀到20 cm2时的平均膨胀率即气球膨胀过程中半径的增量与表面积增量的比值;
(2)气球表面积S由30 cm2膨胀到40 cm2时的平均膨胀率.
解 由S(r)=4πr2,r>0,
把r表示成表面积S的函数:r(S)=.
(1)当S由10 cm2膨胀到20 cm2时,气球表面积的增量ΔS=20-10=10(cm2),
气球半径的增量Δr=r(20)-r(10)=(-)≈0.37(cm).
所以气球的平均膨胀率为≈=0.037.
(2)当S由30 cm2膨胀到40 cm2时,气球半径的增量
Δr=(-)≈0.239(cm).
所以气球的平均膨胀率为≈=0.023 9.

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