專題四勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究 【典例精析+知識(shí)精講】 高一物理備課精研課件（2019人教版必修第一冊(cè)）

2.8專題四、勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究第二章勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究一、基本原理與操作(1)練習(xí)正確使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(2)會(huì)利用紙帶求勻變速直線運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度、加速度(3)會(huì)利用紙帶探究小車速度隨時(shí)問(wèn)變化的規(guī)律，并能畫出小車運(yùn)動(dòng)的v-t圖象，根據(jù)圖象求加速度。電火花計(jì)時(shí)器(或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)、一端附有滑輪的長(zhǎng)木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙片．實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)器材一、基本原理與操作⑴作用：計(jì)時(shí)儀器，接頻率為50Hz交變電流，每隔0.02s打一次點(diǎn)。認(rèn)識(shí)“兩種儀器”電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：4～6V交流電源⑵工作條件電火花計(jì)時(shí)器：220V交流電源區(qū)別“兩種點(diǎn)”——計(jì)時(shí)點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn)計(jì)數(shù)點(diǎn)是人們根據(jù)需要選擇一定數(shù)目的點(diǎn)，兩個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔由選擇點(diǎn)的個(gè)數(shù)而定。計(jì)時(shí)點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的實(shí)際點(diǎn)，兩相鄰點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.02s；一、基本原理與操作原理裝置圖操作要領(lǐng)實(shí)驗(yàn)原理與操作(1)平行：細(xì)繩、紙帶與長(zhǎng)木板平行(2)靠近：小車釋放前，應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置(3)先后：實(shí)驗(yàn)時(shí)先接通電源，后釋放小車；實(shí)驗(yàn)后先斷開電源，后取下紙帶(4)適當(dāng)：懸掛鉤碼要適當(dāng)，避免紙帶打出的點(diǎn)太少或過(guò)于密集二、數(shù)據(jù)處理與分析在紙帶上測(cè)出各個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間T內(nèi)的位移分別是x1、x2、…、xn。(1)如果x1＝x2＝…＝xn，則物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)。(2)如果x2－x1＝x3－x2＝…＝xn－xn－1≠0，即在連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移差相等，則物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)；如果不相等，則物體做變加速直線運(yùn)動(dòng)。應(yīng)用紙帶判斷物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)：

應(yīng)用紙帶求解物體的速度：二、數(shù)據(jù)處理與分析

應(yīng)用紙帶求解物體的加速度：(1)v--t圖像法：利用求得的多個(gè)速度值及對(duì)應(yīng)時(shí)刻描繪出v--t圖像，則v--t圖線的斜率即為物體的加速度。

三、教材原型實(shí)驗(yàn)【例題1】在某次實(shí)驗(yàn)中，如圖甲所示為一次記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的紙帶，其中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T＝0.1s。(1)根據(jù)紙帶信息可判定小車做_______________運(yùn)動(dòng)。(2)計(jì)算各點(diǎn)瞬時(shí)速度：vB＝________m/s，vC＝_______m/s，vD＝________m/s。(3)以打A點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，在圖乙所示坐標(biāo)中作出小車的v--t圖線，并根據(jù)圖線求出a＝________。(4)圖線與縱軸交點(diǎn)的物理意義是________________________。解析：勻加速直線運(yùn)動(dòng)0.1380.2460.390表示計(jì)數(shù)點(diǎn)A對(duì)應(yīng)的速度大小1.26m/s2

三、教材原型實(shí)驗(yàn)解析：【例題2】如圖所示是某同學(xué)測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí)，從若干紙帶中選中的一條紙帶的一部分，他每隔4個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，圖上注明了他對(duì)各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的測(cè)量結(jié)果。(單位：cm)(1)為了證明小車的運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)進(jìn)行下列計(jì)算，填入表內(nèi)(單位：cm)。x2－x1x3－x2x4－x3x5－x4x6－x5Δx平均值各位移差與平均值最多相差________cm，由此可得出結(jié)論：在________范圍內(nèi)，小車在________的位移之差相等，所以小車的運(yùn)動(dòng)是________________________。(2)小車的加速度為________m/s2。(1)由題中數(shù)據(jù)可求各位移差依次為1.60cm、1.55cm、1.62cm、1.53cm、1.61cm，其平均值Δx≈1.58cm，各位移差與平均值最多相差0.05cm，所以在誤差允許范圍內(nèi)，小車在相鄰相等時(shí)間內(nèi)位移之差相等，因此小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。1.60cm

1.55cm

1.62cm

1.53cm

1.61cm1.58cm0.05誤差允許相鄰相等時(shí)間內(nèi)勻加速直線運(yùn)動(dòng)1.58四、實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新1、實(shí)驗(yàn)情景的變化【例題3】某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運(yùn)動(dòng)，用自制“滴水計(jì)時(shí)器”計(jì)量時(shí)間。實(shí)驗(yàn)前，將該計(jì)時(shí)器固定在小車旁，如圖2(a)所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，滴水計(jì)時(shí)器等時(shí)間間隔地滴下小水滴，圖(b)記錄了桌面上連續(xù)6個(gè)水滴的位置。(已知滴水計(jì)時(shí)器每30s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴)(1)由圖(b)可知，小車在桌面上是________(填“從右向左”或“從左向右”)運(yùn)動(dòng)的。

(1)小車在阻力的作用下做減速運(yùn)動(dòng)，由圖(b)知，從右向左相鄰水滴間的距離逐漸減小，所以小車在桌面上是從右向左運(yùn)動(dòng)。從右向左解析：四、實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新1、實(shí)驗(yàn)情景的變化【例題3】

(2)該小組同學(xué)根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運(yùn)動(dòng)。小車運(yùn)動(dòng)到圖(b)中A點(diǎn)位置時(shí)的速度大小為________m/s，加速度大小為________m/s2。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)解析：0.190.038四、實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新2、實(shí)驗(yàn)方法的拓展【例題4】某同學(xué)研究在固定斜面上運(yùn)動(dòng)物體的平均速度、瞬時(shí)速度和加速度之間的關(guān)系。使用的器材有：斜面、滑塊、長(zhǎng)度不同的矩形擋光片、光電計(jì)時(shí)器。實(shí)驗(yàn)步驟如下：①如圖3(a)，將光電門固定在斜面下端附近：將一擋光片安裝在滑塊上，記下?lián)豕馄岸讼鄬?duì)于斜面的位置，令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑；②當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過(guò)光電門時(shí)，用光電計(jì)時(shí)器測(cè)得光線被擋光片遮住的時(shí)間Δt；③用Δs表示擋光片沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度，如圖(b)所示，表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時(shí)間內(nèi)的平均速度大小，求出；④將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與①中的位置相同，令滑塊由靜止開始下滑，重復(fù)步驟②、③；⑤多次重復(fù)步驟④；四、實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新2、實(shí)驗(yàn)方法的拓展

52.116.3vA＋aΔt/2

四、實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新2、實(shí)驗(yàn)方法的拓展(1)利用連接體使滑塊做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，如圖甲所示。若知道滑塊通過(guò)光電門的時(shí)間Δt，就可用v＝求出滑塊通過(guò)光電門的瞬時(shí)速度。(2)利用斜面使滑塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，如圖乙所示。若知道滑塊通過(guò)兩光電門間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間或者兩光電門之間的距離，就可以求出滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度。(3)利用落體法使小球做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，如圖丙所示。利用＝v0＋at，作出－t圖線，可由k＝確定加速度a的大小。光電門問(wèn)題可以有如下幾點(diǎn)拓展變化四、實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新2、實(shí)驗(yàn)方法的拓展【例題5】如圖所示為用頻閃相機(jī)拍攝的羽毛與蘋果同時(shí)下落的局部頻閃照片，已知該頻閃相機(jī)每隔Δt時(shí)間閃光一次。(1)這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明：如果我們可以減小________對(duì)物體下落運(yùn)動(dòng)的影響，直至其可以忽略，那么重量不同的物體下落快慢程度將會(huì)相同。(2)關(guān)于圖中的x1、x2、x3，下列關(guān)系一定正確的是____________(填選項(xiàng)字母)。A．x1∶x2∶x3＝1∶4∶9B．x1∶x2∶x3＝1∶3∶5C．2x2＝x3＋x1(3)利用圖片提供的信息可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎礸，可知g＝________(填選項(xiàng)字母)。解析：空氣阻力CC四、實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新【例題6】某同學(xué)用如圖（a）所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究勻變速運(yùn)動(dòng)，將木塊從傾角為θ的木板上靜止釋放，與位移傳感器連接的計(jì)算機(jī)描繪出了木塊相對(duì)傳感器的位置隨時(shí)間變化的規(guī)律，如圖（b）中的曲線2所示。圖中木塊的位置從x1到x2、從x2到x3的運(yùn)動(dòng)時(shí)間均為T。(1)根據(jù)圖（b）可得、木塊經(jīng)過(guò)位置x2時(shí)的速度v2=______，木塊運(yùn)動(dòng)的加速度a=______；(2)若只增大木板的傾角，則木塊相對(duì)傳感器的位置隨時(shí)間變化的規(guī)律可能是圖b中的曲線_____（選填圖線序號(hào)①②③）（已知木板的傾角越大，木塊的加速度越大。）2、實(shí)驗(yàn)方法的拓展(1)木塊在斜面上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，木塊位移為x2時(shí)為x1到x3的中間時(shí)刻，故相鄰相等時(shí)間內(nèi)位移之差(2)若只增大木板傾斜的角度，加速度增大，根據(jù)可知木塊相對(duì)傳感器的位移隨時(shí)間變化規(guī)律可能是圖中的①。解析：

①1、小華同學(xué)在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中，選出了如圖所示的一條紙帶(每?jī)蓚€(gè)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫出)。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50Hz。(1)根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)，計(jì)算E點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度并填入表中。(2)小華同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖乙中畫出了小車的圖像。請(qǐng)你根據(jù)v-t圖像判斷小車做的是__________(填寫序號(hào))A.勻速直線運(yùn)動(dòng) B.勻變速直線運(yùn)動(dòng) C.非勻變速直線運(yùn)動(dòng)位置ABCDEv/(m·s－1)0.610.811.001.18

解析：1.39B1、小華同學(xué)在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中，選出了如圖所示的一條紙帶(每?jī)蓚€(gè)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫出)。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50Hz。(3)小紅同學(xué)用以下方法繪制了小車運(yùn)動(dòng)的v-t圖像：第一，先把紙帶每隔0.1s剪斷，得到若干短紙條；第二、再把這些紙條并排貼在一張紙上，使這些紙條下端對(duì)齊，作為時(shí)間坐標(biāo)軸，標(biāo)出時(shí)間；第三，將紙條上端中心連起來(lái)，于是得到v－t圖像。請(qǐng)回答這樣做__________(選填“可行”“不可行”)，簡(jiǎn)要說(shuō)明其理由____________。(3)因?yàn)榧魯嗟募垘玫臅r(shí)間都是t＝0.1s，即時(shí)間t相等，所以紙帶的長(zhǎng)度之比等于此段紙帶的平均速度之比；而此段紙帶的平均速度等于這段紙帶中間時(shí)刻的速度。最后得出結(jié)論：紙帶的長(zhǎng)度之比等于此段紙帶的平均速度之比，還等于各段紙帶中間時(shí)刻的速度之比，即紙帶的高度之比等于中間時(shí)刻速度之比，因此該做法是合理的?？尚?、某小組利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)物塊沿傾斜的長(zhǎng)木板加速下滑時(shí)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行探究。物塊拖動(dòng)紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖所示。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50Hz，紙帶上標(biāo)出的每?jī)蓚€(gè)相鄰點(diǎn)之間還有4個(gè)打出的點(diǎn)未畫出。在A、B、C、D、E五個(gè)點(diǎn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器最先打出的是________點(diǎn)。在打出C點(diǎn)時(shí)物塊的速度大小為________m/s(保留3位有效數(shù)字)；物塊下滑的加速度大小為________m/s2(保留2位有效數(shù)字)。A0.2330.753、甲、乙兩位同學(xué)設(shè)計(jì)了利用數(shù)碼相機(jī)的連拍功能測(cè)重力加速度的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，甲同學(xué)負(fù)責(zé)釋放金屬小球，乙同學(xué)負(fù)責(zé)在小球自由下落的時(shí)候拍照。已知相機(jī)每間隔0.1s拍1幅照片。(1)若要從拍得的照片中獲取必要的信息，在此實(shí)驗(yàn)中還必須使用的器材是________。(填正確答案標(biāo)號(hào)) A.米尺 B.秒表 C.光電門 D.天平(2)簡(jiǎn)述你選擇的器材在本實(shí)驗(yàn)中的使用方法。

答：____________________________________________________________(3)實(shí)驗(yàn)中兩同學(xué)由連續(xù)3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab＝24.5cm、ac＝58.7cm，則該地的重力加速度大小為g＝________m/s2。(保留2位有效數(shù)字)(1)利用頻閃照片測(cè)重力加速度時(shí)需要測(cè)量小球下落的距離，因此實(shí)驗(yàn)時(shí)必須使用米尺。(2)將米尺豎直放置，小球靠近米尺下落，從照片上直接讀出小球下落