2021-2022学年教科版（2019）必修第一册 2.1匀变速直线运动的研究 课件（51张PPT）

(共51张PPT)
第二章　匀变速直线运动的规律
1.匀变速直线运动的研究
实验必备·自主学习
一、匀变速直线运动
【情境思考】
怎样判断列车出站时是否做匀变速直线运动?
提示:观察车里的速度计,看每秒的速度增量是否相同。
1.定义:速度随时间_____变化的直线运动,也就是_______保持不变的直线运
动。
2.v-t图像:匀变速直线运动的v-t图像是一条___________。
3.分类:
(1)匀加速直线运动:a和v同向,速度随时间_________。
(2)匀减速直线运动:a和v反向,速度随时间_________。
均匀
加速度
倾斜的直线
均匀增加
均匀减小
二、实验:研究小车的运动——用打点计时器进行研究
1.实验目的
(1)练习使用___________,通过打出的纸带计算瞬时速度。
(2)通过实验获取数据,利用图像处理实验数据。
(3)通过数据分析得出小车速度随时间变化的规律。
2.实验器材
打点计时器(带导线)、交流电源、_______、纸带、一端附有定滑轮的长木
板、小车、细绳、槽码、复写纸、坐标纸等。
打点计时器
刻度尺
3.实验原理与设计
(1)利用纸带计算瞬时速度:以纸带上某点为中间时刻取一小段位移,用这段位
移的_________表示这点的瞬时速度。
(2)用v-t图像表示小车的运动情况:以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐
标系,用描点法画出小车的v-t图像,图线的倾斜程度表示加速度的大小,如果v-
t图像是一条倾斜的直线,说明小车的速度是均匀变化的。
平均速度
实验过程·探究学习
【实验步骤】
1.安装实验器材:把附有滑轮的长铝板放在实验台上,并使滑轮伸出桌面,把打
点计时器固定在长铝板没有滑轮的一端,连接好电路,如图所示。
2.实验准备:把一条细绳拴在小车上,使细绳跨过滑轮,下面挂上合适的槽码。
放手后,看小车能否在铝板上平稳地加速滑行,然后把纸带穿过打点计时器,并
把纸带的一端固定在小车的后面。
3.打纸带:使小车停在打点计时器处,先接通电源,后释放小车,让小车拖着纸带
运动,打点计时器就在纸带上打下一列小点,再按同样的方法(不改变槽码个数)
打出两条纸带。从这三条纸带中选用一条最清晰的,记录为纸带Ⅰ。
4.增减槽码再打纸带:增加一个槽码,按上述方法打出纸带Ⅱ。在打纸带Ⅰ时的
基础上减少一个槽码,仍按上述方法打出纸带Ⅲ。
【思考·讨论】释放小车时,小车与打点计时器的相对位置有要求吗?
提示:小车与打点计时器应靠近一些。
【数据收集与分析】
1.表格法:
(1)选纸带、标计数点:从几条纸带中选择一条比较理想的纸带,舍掉开始一些
比较密集的点,在后面便于测量的地方找一个点,作为计数始点,以后依次每五
个点取一个计数点,并标明0、1、2、3、4…如图所示。
(2)测距离、填表格:依次测出01、02、03、04…的距离x1、x2、x3、x4…,填入
表中。
位　置
1
2
3
4
5
6
长　度
x1
x2
x3
x4
x5
x6
各段长度
0～2
1～3
2～4
3～5
4～6
时间间隔
v/(m·s-1)
(3)求瞬时速度:1、2、3、4…各点的瞬时速度分别为:
…。将计算得出的各点的速度填入表中。
(4)根据表格中的数据,分析速度随时间变化的规律。
2.图像法:
(1)在坐标纸上建立直角坐标系,横轴表示时间,纵轴表示速度,并根据表格中的
数据在坐标系中描点。
(2)画一条直线,让这条直线通过尽可能多的点,不在线上的点均匀分布在直线
的两侧,偏差比较大的点忽略不计,如图所示。
(3)观察所得到的直线,分析物体的速度随时间的变化规律。
(4)据所画v
-t图像求出小车运动的加速度a=
。
3.实验结论:小车速度随时间均匀变化。
【思考·讨论】在坐标纸上画v-t图像时,坐标轴单位长度应如何选取?
提示:应使图像大致布满坐标纸。
【误差分析】
1.系统误差:
铝板的粗糙程度不同会产生系统误差,实验中应尽量选用粗糙程度均匀的铝
板。
2.偶然误差:
(1)根据纸带测量位移时会产生偶然误差,实验中应一次性测量各计数点到起始
点的距离。
(2)作v
-t图像时单位选择不合适或作图不准确会带来偶然误差,实验中应选取
合适的坐标单位。
【思考·讨论】怎样减小实验过程的误差?
提示:①点距合适:小车的加速度宜适当大些,可以减小长度的测量误差,加速度大小以能在约50
cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜。
②弄清间隔:要区别计时器打出的点与人为选取的计数点,一般在纸带上每隔四个点取一个计数点,即时间间隔为T=0.02×5
s=0.1
s。
③仔细描点:描点时最好用坐标纸,在纵、横轴上选取合适的单位。用细铅笔认真描点。
类型一　教材原型实验
角度1
实验原理和实验操作
【典例1】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,
(1)实验室提供了以下器材:电火花计时器、一端附有滑轮的长铝板、小车、纸带、细绳、槽码、刻度尺、交流电源、停表、弹簧测力计。其中在本实验中不需要的器材是__________。?
实验研析·创新学习
(2)按照实验进行的先后顺序,将下述步骤的代号填在横线上__________。?
A.把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面
B.把打点计时器固定在铝板没有滑轮的一端,并连好电路
C.换上新的纸带,再重做两次实验
D.把长铝板平放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面
E.使小车停在靠近打点计时器处,接通电源,放开小车,让小车运动
F.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下边吊着合适的槽码
G.断开电源,取出纸带
【解析】(1)本实验需要测量的物理量是位移和时间,用打点计时器打出的纸带上的点就可以算出时间,用刻度尺可以测出两点间的距离,因此,不需要弹簧测力计和停表。
(2)根据实验的步骤,正确的顺序应为DBFAEGC。
答案:(1)弹簧测力计、停表　(2)DBFAEGC
角度2
实验数据处理
【典例2】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,如图所示为记录小
车运动情况的一条纸带,图中A、B、C、D、E为相邻的计数点,相邻计数点间的
时间间隔T=0.1
s。
(1)计算D、C、B各点的瞬时速度,vD=________
m/s,vC=________
m/s,vB=
________
m/s。?
(2)在如图所示坐标系中作出小车的v-t图像,并根据图像求出a=________。?
【解析】(1)若时间较短,平均速度可以代替某点的瞬时速度。D点的瞬时速度
vD=
cm/s=390
cm/s=3.90
m/s
C点的瞬时速度
vC=
cm/s=264
cm/s=2.64
m/s
B点的瞬时速度
vB=
cm/s=138
cm/s=1.38
m/s
(2)由(1)中数据作出小车的v-t图像如图所示,由图线的斜率可求得它的加速度
a=
m/s2=12.6
m/s2
答案:(1)3.90　2.64　1.38　
(2)图见解析　12.6
m/s2
类型二　创新型实验
【典例3】如图中的甲是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图。
1.实验创新思路:测速仪发出并接收超声波脉冲信号,根据发出和接收到的信号
间的时间差,测出被测物体的速度。
2.实验步骤:
(1)测速仪发出的超声波信号,图乙中P1、P2,是测速仪发出的超声波信号。
(2)由汽车反射回来的信号,n1、n2分别是P1、P2反射回来的信号。
(3)测出P1、P2之间的时间间隔Δt=1.0
s,已知超声波在空气中传播的速度是
v=340
m/s,若汽车是匀速行驶的。
3.数据分析:
根据图乙可知,汽车在接收到P1、P2两个信号之间的时间内前进的距离是__________m,汽车的速度是__________m/s。?
【解析】图乙中每小格代表的时间间隔t0=
=
s,从发出超声波信号P1到接
收到反射信号n1的时间为t1=12×
s=0.4
s,信号P1到达汽车时汽车离测速仪
的距离为x1=
vt1=
×340×0.4
m=68
m。从发出超声波信号P2到接收到反
射信号n2的时间为t2=9×
s=0.3
s。信号P2到达汽车时汽车离测速仪的距离
为x2=
vt2=
×340×0.3
m=51
m。汽车接收到P1、P2两个信号之间的时间内
前进的距离为Δx=x1-x2=(68-51)
m=17
m。由图乙可看出测速仪发出的超声波
信号P1接触到汽车到测速仪发出的超声波信号P2接触到汽车的时间间隔
t=28.5×
s=0.95
s。
这段时间即为汽车前进17
m所用的时间,所以汽车的速度为17.9
m/s
答案:17　17.9
创新角度
创新方案
仪器创新
利用超声波测速仪测量物体的速度
设计思路
根据发出和接收到的信号间的时间差
测量手段
通过超声波图像获取信息
数据处理
根据超声波速度测位移
【创新探究】
　使用超声波测速仪的好处是什么?
提示:测量速度的数值更准确。
课堂检测·素养达标
1.在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,下列说法正确的是
(　　)
A.小车在钩码的牵引下运动时只需打一条纸带,然后进行数据处理
B.为使测量更为严谨,应把打下的第一个点作为第一个测量点
C.为了便于测量,应舍掉开头一些过于密集的点,找一个适当的点当作计时起点
D.两相邻计数点间的时间间隔必须是0.1
s
【解析】选C。小车在钩码的牵引下运动时,需要多次测量,打出多条纸带,进行数据处理,有利于减小误差,故A错误;纸带上开始时打的点比较密集,点距过小,测量误差较大,故应舍去,找一个适当的点当作计时起点,故B错误,C正确;选取计数点,可增加测量距离,减小测量过程所产生的误差,两相邻计数点间的时间间隔不一定取0.1
s,故D错误。
2.在用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,下述测量各相邻两计数点间距离的方法正确的是
(　　)
A.当某两个计数点间的距离较大时,可以用短尺进行分段测量
B.当某两个计数点间的距离较小时,可以用短尺一次把它测完
C.测量各相邻计数点间的距离,应该用最小刻度为毫米的长尺的零刻度对准起点,读出各计数点对应的刻度值,然后逐一相减,得到各相邻计数点间距离的数值
D.逐次测出各相邻计数点间的距离,这样便于记录
选C。无论两个计数点间的距离是大还是小,采用C项中的方法都可减少误差,C正确。
3.(多选)在用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,下列关于作v-t图像的说法正确的是
(　　)
A.只要确定了v-t图像中的两点,就可以得到小车
运动的v-t图像,因此,实验只需要测出两组数据
B.作v-t图像时,所取的点越多,图像就越准确
C.作出的v-t图线应该通过所有的点,图线曲折也可以
D.对于偏离直线较远的点,说明误差太大,应舍去
【解析】选B、D。作v-t图像时,选取的点越多,作出的图像就越准确;误差较大的点应舍去,B、D正确。
【加固训练】
　　1.如图甲所示是小球沿斜面滚下的频闪照片,照片中相邻小球影像间的时
间间隔是0.1
s,
这样便记录了小球运动的时间。小球运动的位移可以通过刻
度尺读出。试在图乙所示坐标纸中作出小球滚下过程的v-t图像,并求出加速度
a。
【解析】设开始时位置为0,依次记下位置1、2、3、4、5,因为相邻两点时间间
隔为0.1
s,则有
v1=
=0.80
m/s;
v2=
=1
m/s;
v3=
=1.2
m/s;
v4=
=1.4
m/s。
作出v-t图像如图所示,加速度a的大小等于v-t图线的斜率,a=k=
=2.0
m/s2
答案:见解析图　2.0
m/s2
2.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,某同学得到一条用电火花
计时器打下的纸带如图甲所示,并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7个计数
点,每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出,电火花计时器接220
V、50
Hz交流电源。他经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时
小车的瞬时速度如表:
对应点
B
C
D
E
F
速度/(m·s-1)
0.141
0.185
0.220
0.254
0.301
(1)设电火花计时器的计时周期为T,计算vF的公式为vF=________。?
(2)根据得到的数据,以A点对应的时刻为t=0,试在图乙所示坐标系中合理地选
择标度,作出v-t图像。
(3)利用该图像求小车的加速度a=________
m/s2(结果保留2位有效数字)。?
(4)如果当时交变电流的频率不变,电压变成210
V,而做实验的同学并不知道,
那么加速度的测量值与实际值相比____________(选填“偏大”“偏小”或
“不变”)。?
【解析】(1)若时间较短,平均速度可代替中间时刻的瞬时速度,因为电火花计
时器的计时周期为T,
所以从E点到G点所用时间为10T,故有:vF=
。
(2)根据图中数据,利用描点法作出图像如图:
(3)图像斜率表示加速度,故a=
=0.40
m/s2。
(4)交变电流的电压变化,并不改变电火花计时器的计时周期,故测量值与实际
值相比不变。
答案:(1)
　(2)见解析图　(3)0.40　(4)不变
4.(2020·扬州高一检测)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中:
(1)下列说法中不正确或不必要的是________。?
A.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔
B.连接钩码和小车的细线应与长木板保持平行
C.小车应靠近打点计时器,先接通电源,后释放小车
D.选择计数点时,必须从纸带上第一个点开始
(2)实验中,打点计时器接50
Hz的交流电源,图1是实验中打下的一段纸带,利用
刻度尺测得1、2间,2、3间,3、4间距离依次为5.2
cm、6.7
cm、8.2
cm,各相
邻计数点间还有4个点未画出,则计数点2的速度大小为____________m/s(结果
保留两位有效数字)。?
(3)请将计数点2的速度大小在图2中标出,其余计数点1、3、4、5对应的小车瞬
时速度大小在图2中已标出,利用这些点作出图线,并由图线求得小车的加速度
大小为________m/s2(结果保留两位有效数字)。?
【解析】(1)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中:首先将纸带固定在
小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔,连接钩码和小车的细线应与长木板保持
平行,否则容易引起误差,然后使小车靠近打点计时器处,先接通电源,后释放小
车,进行打点,进行数据测量、计算;选择计数点时,不一定要从纸带上第一个点
开始,要找其中一段点迹清晰的部分进行测量计算,故选项A、B、C都正确,选项
D错误;(2)由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出,所以相邻的计数点间
的时间间隔T=0.1
s,根据匀变速直线运动中中间时刻的速度等于该过程的平均
速度,可以求出点2的速度v2=
=
m/s=0.6
m/s;(3)描点,作出图
像如图所示:
斜率表示加速度,在直线上取相距较远的两点,则a=
=1.5
m/s2。
答案:(1)D　(2)0.60　(3)图见解析　1.5