高中物理教科版必修第一册 2.1匀变速直线运动的研究课件(共35张PPT)

(共35张PPT)
第1节　匀变速直线运动的研究
课 标 定 位
1.知道什么是匀变速直线运动,知道匀变速直线运动的v-t图像特点,会解决v-t图像问题。
2.通过动手、动脑进行实验探究,掌握研究小车的运动的实验方案,巩固打点计时器的使用,了解用位移传感器,借助计算机等器材研究小车运动的原理。
3.通过练习,学会运用图像法处理实验数据。
4.体会实验在发现自然规律中的作用。
素 养 阐 释
1.通过对匀变速直线运动的认识,形成运动观念。
2.通过利用v-t图像分析匀变速直线运动速度变化的特点,形成科学思维。
3.通过研究小车的运动,培养科学探究的素养。
4.根据实验数据作出v-t图像,并根据图像求加速度,培养科学思维方式。
一、匀变速直线运动
1.直线运动的分类
利用速度概念,直线运动分为匀速直线运动和变速直线运动。
2.匀变速直线运动
(1)定义:在物理学中,我们把速度随时间均匀变化的直线运动叫作匀变速直线运动,即加速度保持不变的直线运动。
(2)分类:匀变速直线运动分为匀加速直线运动和匀减速直线运动。
(3)匀变速直线运动的特点是什么
提示:物体速度均匀变化,其v-t图像为倾斜直线。
二、研究小车的运动
方案一、用打点计时器进行研究
1.实验器材:小车、附有滑轮的长木板、打点计时器、纸带、细绳、钩码、刻度尺、坐标纸。
2.主要操作:用手按住小车,使它保持静止状态。先开启打点计时器的电源,待它稳定工作后释放小车,使它在恒定拉力作用下开始运动,并打出纸带。
3.数据处理
方法一:取任意两个点,用它们的速度差Δv=v2-v1除以相应的时间差Δt=t2-t1,求得加速度。如果取不同的两个点,求得的加速度都相等,则小车的运动是匀变速直线运动。
方法二:把各0.02 s时间段内的平均速度当作起点时刻的瞬时速度,绘制v-t图像。如果该图像在误差允许范围内,可以看作一条倾斜的直线,则该运动是匀变速直线运动。
方案二、用位移传感器进行研究
1.实验器材:位移传感器、数据采集器、计算机、力学轨道、小车等。
2.主要步骤:
(1)进行硬件系统的连接和调整。
(2)对软件系统进行设置。
(3)点击软件“开始”按钮的同时,释放小车,表格自动记录数据。
3.数据处理:通过计算机软件对数据进行处理,得到一系列(vi,ti)数据,将
横轴设置为t,纵轴设置为v,可以生成v-t的散点图;利用软件的图像分析中的“线性拟合”功能,得到v-t图像。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)匀变速直线运动是速度均匀变化的直线运动。(　　)
(2)匀变速直线运动的v-t图像为倾斜的直线。(　　)
(3)电磁打点计时器和电火花打点计时器的工作电压均为4~6 V。(　　)
(4)使用打点计时器时要先释放小车,后接通电源。(　　)
(5)匀加速直线运动的加速度为正,匀减速直线运动的加速度为负。(　　)
√
√
×
×
×
2.(多选)在用打点计时器测速度的实验中,若打点周期为0.02 s,下列说法正确的是(　　)
A.先接通电源,后拉动纸带
B.先拉动纸带,后接通电源
C.电火花打点计时器使用6 V以下的交流电源
D.连续n个计时点间的时间间隔为(n-1)×0.02 s
答案:AD
解析:使用打点计时器打点时,应先接通电源,待打点计时器打点稳定后,再拉动纸带,A正确,B错误;电火花打点计时器使用220 V的交流电源,C错误;每相邻的两个计时点间的时间间隔为0.02 s,连续n个计时点间有(n-1)个时间间隔,故时间间隔为(n-1)×0.02 s,D正确。
3.下图为电火花打点计时器的示意图,电火花打点计时器和电磁打点计时器一样,工作时使用交流电源,其工作电压是　　　　 V。

操作基本步骤如下:
A.当纸带通过电火花打点计时器后,及时关闭电火花打点计时器
B.将纸带从墨粉纸盘下面穿过打点计时器
C.启动电源,听到放电声,立即拖动纸带运动
上述步骤正确的顺序是　　　　。(填写步骤编号)
提示:220　BCA
4.电火花打点计时器是一种使用　　　　(选填“直流”或“交流”)电源的计时仪器;若电源的频率为50 Hz,则每相邻两个计时点间的时间间隔为
　　　　 s;若在实验时交流电源的电压突然减小且实验者并不知道,那么实验根据纸带上的数据计算某段时间内的平均速度值与实际值相比
　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
提示:交流　0.02　不变
【问题引领】
一辆汽车以1 m/s的速度在平直的公路上前进,速度计上记录了汽车在不同时刻的速度值,列表如下:
画出汽车运动的v-t图像。其v-t图像有什么特点
提示:如图所示。
汽车运动的v-t图像是一条倾斜的直线。
【归纳提升】
1.匀变速直线运动的特点
(1)加速度a恒定不变;
(2)v-t图像是一条倾斜的直线。
2.对v-t图像的理解
(1)其上每一个点表示某一时刻的速度,正负表示速度的方向。
(2)直线的斜率表示加速度,斜率的正负表示加速度的方向,斜率为正表示加速度方向与选定的正方向相同,斜率为负表示加速度方向与选定的正方向相反。
注意：不能从斜率正负说明质点做加速运动或减速运动。
【典型例题】
【例题1】 (多选)下列图像能表示匀变速直线运动的是(　　)
答案:AC
解析:v-t图像斜率表示加速度,图像斜率保持不变,说明加速度恒定不变,物体做匀变速直线运动,A正确;x-t斜率代表速度,图像斜率保持不变,说明速度恒定不变,物体做匀速直线运动,B错误;C项中加速度不变,故物体做匀变速直线运动,故C正确;D项斜率在变,表明加速度在变化,故物体做变速直线运动,D错误。
科学思维：
图像是一种物理语言,以上四种图像均能描述物体的运动,但图像表示的是一种对应关系,即横轴与纵轴所涉物理量的对应关系。
【变式训练1】 下图是一个物体运动的v-t图像,物体在做匀变速运动吗 (Δt=Δt')
答案:物体做非匀变速直线运动
解析:在相等的时间间隔内,即Δt'=Δt,速度的变化量Δv'≠Δv,所以 ,故物体的加速度变化,物体在做非匀变速直线运动。
【实验探究】
一、实验原理与方法
1.利用打点计时器所打纸带的信息,代入计算式 ,即用以n点为中心的一小段时间间隔的平均速度代替n点的瞬时速度。
2.用描点法作出小车的v-t图像,根据图像的形状判断小车的运动性质。若所得图像为一条倾斜直线,则表明小车做匀变速直线运动。
3.利用v-t图像求出小车的加速度。
二、实验器材
打点计时器、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、交流电源、坐标纸。
三、实验步骤
1.如图所示,把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面,把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端,连接好电路。
2.把一条细绳拴在小车上,使细绳跨过滑轮,下边挂上钩码,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.把小车停在靠近打点计时器处,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。
4.换上新的纸带,重复实验两次。
5.增减所挂钩码,按以上步骤再做两次实验。
四、数据处理
1.表格法
(1)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)依次测出01、02、03、04、…的距离x1、x2、x3、x4、…填入表中。
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)根据所画v-t图像求出小车运动的加速度
五、误差分析
1.木板的粗糙程度不同,摩擦不均匀。
2.根据纸带测量的位移有误差,从而计算出的瞬时速度有误差。
3.作v-t图像时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差。
六、注意事项
1.开始释放小车时,应使小车靠近打点计时器。
2.先接通电源,等打点稳定后,再释放小车。
3.打点完毕,立即断开电源。
4.选取一条点迹清晰的纸带,适当舍弃点密集部分,适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别),弄清楚所选的时间间隔T等于多少。
5.要防止钩码落地,避免小车跟滑轮相碰,当小车到达滑轮前及时用手按住。
6.要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点,一般在纸带上每隔4个点取一个计数点,即时间间隔为t=0.1 s。
7.在坐标纸上画v-t图像时,注意坐标轴单位长度的选取,应使图像尽量分布在较大的坐标平面内。
【典型例题】
【例题2】 在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,下图为一次记录小车运动情况的纸带,图中A、B、C、D、E为相邻的计数点(A点为第一个点),相邻计数点间的时间间隔T=0.1 s。
(1)根据　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　计算各点的瞬时速度,则vD=　　　　 m/s,vC=　　　　 m/s,vB=　　　 m/s。
(2)在如图所示坐标系中画出小车的v-t图线,并根据图线求出a=　　　。

(3)将图线延长与纵轴相交,交点的物理意义:　　　　　　　　　　　。
答案:(1)某段较短时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度　3.90　2.64　1.38
(2)图像见解析图　12.6 m/s2
(3)表示小车经过A点的速度大小
解析:(1)若时间较短,平均速度可以代替中间时刻的瞬时速度。
(3)将图线延长后,与纵轴的交点的速度表示零时刻小车经过A点的速度大小。
方法归纳：
(1)处理纸带时,一定要分清计时点和计数点,搞清计数点之间的时间间隔T。
(2)利用极限思想将平均值过渡到瞬时值是物理学中常用的方法。纸带上某点的瞬时速度等于以此为中心的前、后相邻两点间的平均速度。
(3)标度的选择要结合数据及其分布特点制定,以使图像在坐标系中合理分布,大小适中。
【变式训练2】 在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,用打点计时器在纸带上打的点记录了小车的运动情况。某同学做此实验时的步骤如下:
A.拉住纸带,把小车停在靠近打点计时器的位置,放开纸带,再接通电源;
B.将打点计时器固定在长木板上;
C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面挂上适当的钩码;
D.小车停止运动后,直接取下纸带;
E.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔;
F.换上新纸带,再重复操作两次,然后从各纸带中选取一条点迹清晰的进行测量并数据处理。
其中错误或遗漏的步骤有①　 ; ②　 。
将以上步骤完善后,其合理的顺序为　 。
答案:A中应先接通电源,再放开纸带　D中取纸带前应先断开电源　BECADF
1.(对匀变速直线运动的理解)(多选)关于直线运动,下述说法正确的是
(　　)
A.匀速直线运动的速度是恒定的,不随时间而改变
B. 匀变速直线运动的瞬时速度随时间而改变
C.速度随时间不断增加的运动,叫匀加速直线运动
D.速度随着时间均匀减小的运动,通常叫匀减速直线运动
答案:ABD
解析:匀速直线运动的速度是恒定不变的运动,速度随时间均匀改变,若速度均匀增加为匀加速直线运动,速度均匀减小为匀减速直线运动,故A、B、D正确,C错误。
2.(实验操作)在用电火花打点计时器探究匀变速直线运动速度随时间的变化规律的实验中,某同学操作了以下实验步骤,其中有明显错误的步骤是
(　　)
A.将打点计时器固定在木板上,并接好电路
B.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔
C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面吊着适当重的钩码
D.放开纸带,再接通电源
答案:D
解析:开始记录时,应先给打点计时器通电打点,然后释放纸带让纸带(随物体)开始运动,如果先放开纸带,再接通打点计时器的电源,由于重物运动较快,不利于数据的采集和处理,会对实验产生较大的误差;同时先打点再释放纸带,可以使打点稳定,提高纸带利用率,选项D错误,故选D。
3.(数据处理)在用电火花打点计时器探究匀变速直线运动速度随时间变化规律的实验中,将夹有纸带的重物由静止释放,所打纸带如图所示,相邻点迹间的时间间隔为T,则打点计时器打B点时,重物下落的速度vB为(　　)
答案:D
解析:根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,那么B点的速度等于AC段的平均速度,则 ,故A、B、C错误,D正确,故选D。
4.(综合应用)某同学用如图(a)所示的实验装置探究物体的速度与时间的关系:
(a)
(1)电磁打点计时器接　　　　　　　　(选填“低压直流”“低压交流”或“220 V交流”)电源。
(2)实验时,使小车靠近打点计时器,先　　　　　　再　　　　　　　。(选填“接通电源”或“放开小车”)
(3)若所接电源的频率是50 Hz,则每隔　　　　打一个点。
(4)图(b)是绘出的小车速度—时间关系图线,根据图线求出小车的加速度为a=　　　　 m/s2。(保留三位有效数字)
(b)
答案:(1)低压交流　(2)接通电源　放开小车　(3)0.02 s　(4)0.682
解析:(1)电磁打点计时器接低压交流电源。
(2)实验时,使小车靠近打点计时器,先接通电源再放开小车。
(3)若所接电源的频率是50 Hz,则每隔0.02 s打一个点。
(4)在v-t图像中图线的斜率表示加速度即