教科版（2019）高中物理 必修第一册 2.1 匀变速直线运动的研究课件

第二章　匀变速直线运动的规律
第1节　匀变速直线运动的研究
学习目标要求
核心素养和关键能力
1.进一步练习使用打点计时器。
2.会利用平均速度求瞬时速度。
3.会利用逐差法和v－t图像法求加速度。
4.知道误差、有效数字的概念，能简单分析实验误差产生的原因。
1.科学探究
通过实验用理论联系实践，对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思。
2.关键能力
通过讨论交流，提升科学论证能力。
一、匀变速直线运动
1.定义：沿着一条直线，且____________的运动。加速度不变指加速度大小、方向均不变。
2.v－t图像：匀变速直线运动的v－t图像是一条____________。
3.特点：(1)运动轨迹是直线。
加速度不变
倾斜的直线
4.分类
(1)匀加速直线运动：速度随时间__________。
(2)匀减速直线运动：速度随时间__________。
均匀增加
均匀减小
[判一判]
(1)速度增大的运动是匀加速直线运动。( )
(2)速度减小的运动一定是匀减速直线运动。( )
(3)速度均匀增加(或减小)的运动是匀变速直线运动。( )
×
×
√
二、实验：研究小车的运动
1.实验目的
(1)利用打点纸带研究小车的运动情况，分析小车的速度随时间变化的规律。
(2)会用图像法处理实验数据。
2.实验原理
(1)计算瞬时速度
(2)根据v－t图像判断速度的变化规律
用描点法可作出小车的v－t图像，根据图像的形状可判断小车的运动性质。利用v－t图线的斜率可求出小车的加速度。
3.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。
4.实验步骤
(1)如图所示，把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，先启动计时器，然后释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列小点，随后关闭电源。
(4)增减所挂钩码的个数(或在小车上放置重物)，换上新的纸带，按以上步骤再做两次实验。
5.数据处理
(1)瞬时速度的计算
①从几条纸带中选择一条点迹最清晰的纸带，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。
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)
?
?
?
?
?
—
在描点时最好用坐标纸，使图线占据坐标平面的大部分面积。
③连线：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，偏差比较大的点舍去，如图所示。
④观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律。
(3)求解加速度
6.误差分析
(1)根据纸带测量的位移有误差。
(2)作v－t图像不准确有误差。
(3)长木板的不同部位粗糙程度不完全相同。
四个物体运动的v－t图像如图所示。
■情境导入
探究
匀变速直线运动的特点及v－t图像
(1)它们分别做什么运动？
(2)匀加速直线运动的v－t图像斜率一定为正值吗？匀减速直线运动的v－t图像斜率一定为负值吗？
答案　(1)甲做匀速直线运动；乙做匀加速直线运动；丙做匀减速直线运动；丁做反向匀加速直线运动。
(2)不一定。　不一定。
■归纳拓展
1.匀变速直线运动的特点
(1)加速度a恒定不变。
(2)v－t图像是一条倾斜直线。
2.v－t图像与物体的运动
(1)匀速直线运动的v－t图像是一条平行于时间轴的直线。
(2)匀变速直线运动的v－t图像是一条倾斜的直线，如图所示，a表示匀加速直线运动，b表示匀减速直线运动。
①v－t图线的斜率的绝对值等于物体的加速度的大小，斜率的正、负表示加速度的方向。
②v－t图线与纵轴的交点的纵坐标表示物体的初速度。
(3)非匀变速直线运动的v－t图像是一条曲线，曲线上某点切线的斜率等于该时刻物体的加速度。
图甲、乙中，速度v随时间t的增加都增大。
甲图中，在相等的时间Δt内Δv2>Δv1，加速度增大；乙图中，在相等的时间Δt′内Δv2′<Δv1′，加速度减小。
[例1] 中国青年网消息，被称作“最能装”的8 A型列车在北京正式亮相，如图所示，最大载客量达到3 456人。该列车匀减速进站，停靠一段时间后又匀加速(同方向)出站，在如图所示的四个v－t图像中，正确描述了列车运动情况的是(　　)
解析　匀变速直线运动的v－t图像是倾斜直线，A错误；列车先匀减速，后速度为零，再匀加速，D错误；由于列车前后运动方向一致，故B正确，C错误。
答案　B
[针对训练1] (多选)关于匀变速直线运动中加速度的正负，下列说法中正确的是(　　)
A.匀加速直线运动中，加速度一定是正值
B.匀减速直线运动中，加速度一定是负值
C.在匀加速直线运动中，加速度也有可能取负值
D.只有在规定了初速度方向为正方向的前提下，匀加速直线运动的加速度才取正值
解析　加速度的正负取决于正方向的选取，加速度方向与规定的正方向相同时加速度为正值，反之为负值，所以无论是匀加速运动还是匀减速运动，加速度有可能是正值，也有可能是负值，选项A、B错误，C正确；当规定初速度方向为正方向时，匀加速直线运动中的加速度与速度方向相同，故取正值，选项D正确。
答案　CD
[例2] 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，
探究
科学探究之实验操作
(1)实验室提供了以下器材：电火花计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、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________。
(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长木板没有滑轮的一端，并连好电路
C.换上新的纸带，再重做两次实验
D.把长木板平放在实验桌上，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，下边吊着合适的钩码
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
[针对训练2] 用电磁打点计时器、光滑平板、小车等器材探究小车速度随时间变化的规律，如图所示是某同学即将释放小车之前的实验装置图。该装置图中有3处明显错误，它们分别是：
(1)_______________________________________________________________；
(2)________________________________________________________________；
(3)________________________________________________________________。
解析　电磁打点计时器是一种计时仪器，所用电源为交流电源，因此题图中接直流电源是错误的；细线和光滑平板应平行，而题图中细线和光滑平板不平行，故需要调整它们的位置；实验开始时，小车应紧靠打点计时器，以保证在纸带上打足够多的点，有利于数据的处理与分析，而题图中小车离打点计时器的距离太远，所以此处是错误的，也应该进行调整。
答案　(1)细线与光滑平板不平行
(2)打点计时器接的是直流电源
(3)小车离打点计时器的距离太远
[例3] 如图甲所示的(图中长木板水平固定)是高中物理常用的力学实验装置，现用该装置完成“探究小车速度随时间变化的规律”。
探究
科学探究之实验设计
甲
(1)图乙中的实验照片是否有实验错误、不合理或不必要之处？若存在问题，请指明问题所在。
乙
(2)下列哪些措施能有助于减小实验的误差__________。
A.选用输出电压稳定性更佳的恒定电源
B.选用输出电压变化周期更稳定的交流电源
C.调节滑轮高度，使拉线与长木板平行
D.实验中满足钩码质量m远小于小车的质量M
解析　(1)照片A：实验有错误之处，选用蓄电池作为电源。照片B：实验有不合理之处，小车起始点离打点计时器过远。
(2)选用输出电压稳定性更佳的恒定电源，打点计时器不能计时，A错误；选用输出电压变化周期更稳定的交流电源可使打点周期稳定，减小误差，B正确；调节滑轮高度，使拉线与长木板平行，可减小误差，C正确；测定小车的速度不需要满足钩码的质量m远小于小车的质量M，D错误。
答案　(1)见解析　(2)BC
[针对训练3] 如图所示是小球沿斜面滚下的频闪照片，照片中每两个相邻小球像的时间间隔是0.1 s，这样便记录了小球运动的时间。设开始时的位置为0，依次为位置1、2、3、4、5，小球运动的位移可以用刻度尺测量。小球在位置1、2、3、4的速度分别最接近________ m/s、________ m/s、________ m/s、________ m/s，小球滚下过程的加速度为________ m/s2。(小数点后保留2位数字)
解析　利用图中给出的数据，可以求得各段的平均速度。两相邻小球像的时间间隔为0.1 s，而平均速度最接近中间时刻的瞬时速度，则有
答案　0.80　1.15　1.50　1.85　3.50