(共34张PPT)
第二章 匀变速直线运动的研究
1.实验:探究小车速度随时间变化的规律
实验探究·新知导学
典例精讲·释疑解惑
随
堂
练
习
课标定位
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v-t图像处理实验数据,并据此判断物体的运动性质。
4.能根据实验数据求加速度。
素养阐释
1.经历实验过程,进一步形成匀变速直线运动的物理观念。
2.体会数学在研究物理问题中的作用,掌握科学思维的方法。
3.认识实验对物理学发展的推动作用,培养科学态度及责任。
实验探究·新知导学
一、实验原理
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,用这段位移的平均速度表示该点的瞬时速度。
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,图线的斜率表示加速度的大小,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。
二、实验器材
打点计时器、交变电源、纸带、一端附有定滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、坐标纸。
三、实验步骤
1.如图所示,把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面,打点计时器固定在长木板没有滑轮的一端,连接好电路。
2.把一条细绳拴在小车上,使细绳跨过滑轮,下面挂上适当的钩码,把纸带穿过打点计时器,并把纸带的一端连在小车的后面。
3.把小车停在靠近打点计时器的位置,先接通电源,后释放小车(填“接通电源”或“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行小点,随后立即关闭电源。
4.换上新纸带,重复操作两次。
四、数据处理
1.挑选纸带并测量
在打出的纸带中选择一条点迹最清晰的。为了便于测量,舍掉开头一些过于密集的点迹,找一个适当的点当作计时起点(0点),每5个点(相隔0.1
s)取一个计数点进行测量,如图所示。(相邻两点间还有4个点未画出,电源频率为50
Hz)
2.瞬时速度的计算和记录
(1)计算方法:时间间隔很短时,可用某段时间内的平均速度
(2)设计表格并记录相关数据
位置
0
1
2
3
4
5
6
7
时刻t/s
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
v/(m·s-1)
?
?
?
?
?
?
?
?
3.作出小车运动的v-t图像
(1)定标度:坐标轴的标度选取要合理,应使图像大致布满坐标纸。
(2)描点:在坐标纸上描出各个坐标点的位置。
(3)连线:用一条平滑的曲线或直线“拟合”这些点。
4.实验结论
如果画出的v-t图像是一条倾斜的直线,说明小车做速度均匀变化的直线运动。图像和纵轴的交点表示开始计时时小车的速度——初速度。
五、注意事项
1.开始释放小车时,应使小车靠近(填“靠近”或“远离”)打点计时器。
2.先接通电源,等打点稳定后,再释放小车(填“接通电源”或“释放小车”)。
3.打点完毕,立即关闭电源。
4.选取一条点迹清晰的纸带,舍掉开头点迹密集部分,选取适当的计数点(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.要逐次测量各段距离,应尽可能地一次测量完毕。
6.在坐标纸上画v-t图像时,注意坐标轴单位长度的选取,应使图像大致布满坐标纸。
典例精讲·释疑解惑
一、实验操作及步骤
【例题1】
在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,某同学操作中有以下实验步骤,其中有错误或遗漏的步骤。(遗漏步骤可编上序号F、G……)
A.拉住纸带,将小车移至靠近打点计时器处放开纸带,再接通电源
B.将打点计时器固定在平板上,并接好电路
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.取下纸带,断开电源
E.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔
(1)所列步骤中有错误的是
。?
(2)遗漏的步骤:
。?
(3)将以上步骤完善后写出合理的步骤顺序:?
。?
答案:(1)A中应先通电,再放开纸带;D中取下纸带前应先断开电源
(2)F:换上新纸带,重复实验三次
(3)BECADF
解析:(1)步骤A中应先通电,再放开纸带,顺序不能颠倒;D中取下纸带前应先断开电源。
(2)遗漏的步骤F:换上新纸带,重复实验三次。
(3)步骤完善后,合理的实验步骤顺序为BECADF。
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.牵引小车的钩码个数要适当,以免加速度过大而使纸带上的点太少,或者加速度太小而使各段位移无多大差别,从而使误差增大,加速度的大小以能在50
cm长的纸带上清楚地取得六至七个计数点为宜。
4.选取一条点迹清晰的纸带,舍弃开头点迹密集部分,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。一般在纸带上每隔4个点取一个计数点,即时间间隔为T=0.02×5
s=0.1
s。
二、实验数据的处理
【例题2】
某同学在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况,在纸带上确定出0、1、2、3、4、5、6共7个测量点。其中相邻点间的距离如图甲所示,每两个相邻的测量点之间的时间间隔为0.1
s,则:
甲
(1)根据纸带上各个测量点间的距离,某同学已将1、2、3、5点对应的瞬时速度进行计算并填入表中,请你将4点对应的瞬时速度填入表中。(要求保留三位有效数字)
瞬时速度
v1
v2
v3
v4
v5
数值/(m·s-1)
0.165
0.214
0.263
?
0.363
(2)在图乙所示直角坐标系中画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。
(3)由图像求小车的加速度a。(保留三位有效数字)
答案:(1)0.314 (2)见解析图 (3)0.495
m/s2
解析:本题考查学生的实验数据的处理能力和科学探究能力。
(1)4点对应的瞬时速度
(2)描点作图,如下图所示
课堂小结
随
堂
练
习
1.(多选)关于用打点计时器测定匀变速直线运动的加速度的实验,下列说法正确的是( )
A.打点计时器应固定在长木板上,且靠近滑轮一端
B.开始实验时小车应靠近打点计时器一端
C.应先接通电源,待打点稳定后再释放小车
D.牵引小车的钩码个数越多越好
答案:BC
解析:打点计时器应固定在长木板上没有滑轮的一端,选项A错误;小车开始时靠近打点计时器是为了使小车的运动距离较大,选项B正确;若先释放小车后接通电源,则只能在纸带的后面部分打点,选项C正确;钩码个数太少,打点太密集,钩码个数太多,打点太少,都会带来实验误差,选项D错误。
2.下图是同一打点计时器打出的4条纸带,哪条纸带的加速度最大( )
答案:A
解析:4条纸带上相邻两点间的时间间隔相等,其中C、D两条纸带上的点间隔基本均匀,表明它们对应的运动是匀速直线运动,可看作加速度为0。A、B两条纸带上的点间隔在不断增大,且A纸带上的点相邻两间距之差较大,故A纸带的加速度最大。
3.(多选)采用下列哪些措施,有利于减小纸带受到的摩擦而产生的误差( )
A.改用直流6
V电源
B.电源电压越低越好
C.使用平整不卷曲的纸带
D.使物体的运动方向与纸带在一条直线上
答案:CD
解析:纸带受到的摩擦主要指纸带与振针、限位孔之间的摩擦,打点计时器必须使用交变电流,故A项错。电源电压低可减小摩擦,但若过低打出的点会很不清晰,故B项错误。使用平整不卷曲的纸带且使纸带与物体的运动方向一致,可减小纸带与限位孔等之间的摩擦,故C、D两项都对。
4.在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,打点计时器使用的交变电流的频率为50
Hz,记录小车运动的纸带如图所示,在纸带上选取0、1、2、3、4、5共六个计数点,相邻的两个计数点之间还有四个点没有画出。纸带旁并排放着带有最小刻度为毫米的刻度尺,零点跟计数点“0”对齐。由图可以读出1、3、5三个计数点跟“0”点的距离x1、x3、x5,请将测量值填入下表中。
距离
x1
x3
x5
测量值/cm
?
?
?
则小车通过计数点2的瞬时速度为
m/s;小车通过计数点4的瞬时速度为
m/s;小车的加速度是
m/s2。
答案:1.20 5.40 12.00 0.21 0.33 0.60
解析:测距离时用的是毫米刻度尺,故读数时应估读到0.1
mm,计数点1、3、5到“0”点的距离分别为
x1=1.20
cm,x3=5.40
cm,x5=12.00
cm。
计数点2、4的瞬时速度分别为实验：探究小车速度随时间的变化
一、单选题（每道题只有一个正确答案）
1.
在探究小车速度随时间变化的规律的实验中，所需器材有：打点计时器带导线、长木板、纸带、复写纸、小车、钩码、细线，此外还需中的器材．
A.
直流电源、天平及砝码
B.
直流电源、毫米刻度尺
C.
交流电源、天平及砝码
D.
交流电源、毫米刻度尺
2.
关于用打点计时器探究小车速度随时间变化规律的实验，下列说法中错误的是
A.
打点计时器应固定在长木板上，且靠近滑轮一端
B.
开始实验时小车应靠近打点计时器一端
C.
应先接通电源，待打点稳定后再释放小车
D.
牵引小车的钩码个数不可太多
3.
某人用打点计时器做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验，利用打出的一条纸带画出了小车速度随时间变化的图象，如图所示．下列说法正确的是
A.
当电源频率为50Hz时，打点计时器每隔秒打一个点
B.
小车做匀速直线运动
C.
小车在秒时的速度大小是
D.
小车的加速度大小为
4.
在实验中，某同学得到一张打点清晰的纸带并相应标出这8个计时点，如图所示，要求测出D点的瞬时速度．本实验采用包含D点在内的一段间隔中的平均速度来粗略地代表D点的瞬时速度，下列几种方法中最准确的是
A.
，?s
B.
，?s
C.
，?s
D.
，?s
5.
在实验中，下列关于计数点间时间间隔的说法中正确的是
A.
每隔四个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为
B.
每隔四个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为
C.
每隔五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为
D.
每隔五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为
6.
在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法中正确的是
A.
长木板一定要水平摆放，不能一端高一端低
B.
使用刻度尺测量长度时，不必估读
C.
使用刻度尺测量长度时，要估读到最小刻度的下一位
D.
作图时，所描曲线必须经过每一个点
7.
在用打点计时器测速度的实验中，某同学打出了如图所示的一条纸带，已知打点计时器打点的时间间隔为，则通过对纸带的分析，下列说法中正确的是
A.
物体做匀加速直线运动
B.
物体做匀减速直线运动
C.
如果测出A、B两点间的距离，就可以求出A、B两点间的平均速度
D.
如果测出A、B两点间的距离，就可以求出A点的瞬时速度
8.
用如图所示的装置做“探究小车速度随时间变化的规律”实验，下列做法正确的是
A.
小车从靠近定滑轮处释放
B.
先启动计时器，再释放小车
C.
实验前要平衡小车受到的阻力
D.
电火花计时器接学生电源直流输出端
二、多选题（每一小题有多个选项）
9.
在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，下列关于作图象的说法中，正确的是
A.
只要确定了图象中的两点，即可得到小车运动的图象，因此实验只需测出两组数据
B.
作图象时，所取的点越多，图线就越准确
C.
作出的图线应该通过所有的点，曲线曲折也可以
D.
对于偏离直线较远的点，说明误差太大，应舍去
10.
在科学上，为了描述实验中测量点之间的关系，先在坐标系中描点，然后用一条曲线包括直线“拟合”这些点，在画曲线时应该注意到的是
A.
画曲线时要让尽量多的点在该曲线上
B.
画曲线时不在该曲线上的点要尽量靠近该曲线，要使它两侧的点数大致相同
C.
离曲线太远的点可以舍去
D.
画曲线时要把所有的点依次连成折线
三、实验题
11.
某同学在“研究匀变速直线运动”实验中，使用电磁式打点计时器所用交流电的频率选出一条点迹比较清晰的纸带，舍去开始密集的点迹，从便于测量的点开始，每两个打点间隔取一个计数点，如图1中0、1、点所示。
测量1、2、计数点到0计数点的距离，分别记作：、、
通过测量和计算，该同学判断出小车沿平板做匀加速直线运动，计数点1对应速度大小
______
用题给符号表示
分别计算出、、与对应时间的比值、、
以为纵坐标、t为横坐标，标出与对应时间t的坐标点，画出图线如图2所示，根据图线判断，在打0计数点时，小车的速度
______
；运动的加速度_____?。
12.
在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带如图所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G等7个计数点，每相邻两个计数点之间还有4个计时点图中没有画出，打点计时器接周期为的交流电源．经过测量得：，，，，，．
由图中数据判定物体做匀变速直线运动的依据是______
打点计时器在打E点时纸带运动的速度大小为______
?，加速度大小为______
保留三位有效数字
如果当时电路中交变电流的频率是，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值______
填“大于”、“等于”或“小于”实际值．
13.
某同学在探究小车速度随时间变化的规律时，对打出的一条纸带进行研究，从O点开始每5个打点作为一个计数点中间4个打点未画出，电源频率为50赫兹，计数点分别为A、B、C、D、E，该同学已求出各计数点对应的速度，其数值见下表。结果保留两位有效数字
计数点
A
B
C
D
E
速度
根据以上数据在所给的坐标纸中做出小车的图线适当标出横、纵坐标刻度。
计数点O对应的速度为______?，加速度为______?。
14.
某同学利用图1示装置研究小车的匀变速直线运动。
实验中，必要的措施是______。
A.细线必须与长木板平行
B.先接通电源再释放小车
C.小车的质量远大于钩码的质量
D.平衡小车与长木板间的摩擦力
他实验时将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图2所示每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出，，，，，，则小车的加速度______要求充分利用测量的数据，打点计时器在打B点时小车的速度______结果均保留两位有效数字
答案和解析
1.D
解：本实验中无需测小车及重物质量，故不用天平和砝码；
??
测量纸带数据需要使用毫米刻度尺；
??
打点计时器使用的是交流电源；
2.A
解：A、打点计时器应固定在长木板上，远离滑轮的另一端，故A错误；
B、为了在纸带打更多的点，开始实验时小车应放在靠近打点计时器一端，故B正确；
C、打点计时器在使用时，为了使打点稳定，同时为了提高纸带的利用率，使尽量多的点打在纸带上，要应先接通电源，再放开纸带，故C正确；
D、钩码个数应适当，钩码个数少，打的点很密；钩码个数多，打的点少，都会带来实验误差，故D正确
3.C
解：A、由于电源频率为50Hz时，打点计时器每隔秒打一个点，故A错误。
BCD、据图象知，小车做匀加速直线运动，在秒时的速度大小是，直线的斜率为，故BD错误，C正确。
4.D
解：匀变速直线运动中，时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，由此可求出某点的瞬时速度大小，因此有：；
打点计时器的打点周期为，由此可求出打点的时间间隔，故ABC错误，D正确．
5.A
解：A、如图所示，图中的计数点的取法既是每隔4个点取一个计数点，也是每5个点取一个计数点；
从图中可以数出相邻的计数点间由5个时间间隔，而打点计时器每隔秒打一个点，所以两计数点间的时间间隔为，故A正确，BC错误；
D、每隔五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为，故D错误；
故选：A
6.C
解：A、在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，长木板不一定要水平摆放，故A错误．
B、使用刻度尺测量时，需要估读，估读到最小刻度的下一位，故B错误，C正确．
D、做图线时，将偏离比较远的点可以舍去，故D错误．
故选：C．
7.C
解：A、B相邻的计数点的距离先增大后减小，所以物体先加速运动后减速运动，故AB错误
C、如果测出A、B两点间的距离，就可以求出A、B两点间的平均速度，故C正确
D、纸带实验中，可以用平均速度代替中点时刻的瞬时速度，所以要求解A点的瞬时速度应该测出A点前后两个计数点的距离．故D错误
8.B
解：A、在释放小车前，小车应尽量靠近打点计时器，远离滑轮处，以能在纸带上打出更多的点，有利于实验数据的处理和误差的减小，故A错误；
B、实验中为了在纸带上打出更多的点，为了打点的稳定，具体操作中要求先启动打点计时器然后释放小车，故B正确；
C、该实验不需要平衡小车受到的阻力，故C错误；
D、电火花计时器接220V交流电源，故D错误；
9.BD
解：
AB、作图象时，所取的点越多，图线就越准确，故A错误，B正确；
CD、要画出一条直线通过多数点，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，偏离较远的点要舍去，故C错误，D正确；
故选：BD．
10.ABC
解：作图研究实验测量点间的关系时，画曲线时让尽量多的点落在该曲线上；如不在曲线上，应使尽量多的点均匀分布在曲线的两侧；离曲线太远的点，说明误差太大，可以舍弃；作图时用平滑的曲线，不能用折线；故ABC正确，D错误．
11.??；??
每两个打点间隔取一个计数点，所以相邻的计数点间的时间间隔，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上1点时小车的瞬时速度大小；
根据位移时间关系公式，可以得到：，即图象是直线，图象的纵轴截距表示初速度，故初速度为；
图象的斜率表示，故。
12.连续相等时间内位移差恒定；
；；
大于
经过测量得：，，，，，．
则有：
而：
同理，在连续相等的时间内，位移差相等，因此可判定物体做匀变速直线运动；
每相邻两个计数点间还有4个点，图中没有画出，所以相邻的计数点之间的时间间隔为．
利用匀变速直线运动的推论得：
根据公式可以求出加速度的大小：?．
如果在某次实验中，交流电的频率49Hz，，那么实际打点周期变大，
根据运动学公式得：测量的加速度值大于加速度的真实值；
13.；?
；
横坐标每格代表，纵坐标每格代表，描点连线如图：
计数点O对应的速度由图象的读数可知为，
求解速度时间图象的斜率即为加速度：?
14.?；；
?
?。
为了让小车做匀加速直线运动，应使小车受力恒定，故应将细线与木板保持水平；同时为了打点稳定，应先开电源再放纸带，故AB正确；
C.本实验中只是研究匀变速直线运动，故不需要让小车的质量远大于钩码的质量；只要能让小车做匀加速运动即可，故C错误；
D.由C的分析可知，只要摩擦力恒定即可，不需要平衡摩擦力，故D错误；
故选AB；
每两个计数点间有四个点没有画出，故两计数点间的时间间隔为；
根据逐差法可知，物体的加速度；
B点的速度等于AC段的平均速度，则有：。
故答案为：；；。
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