新教材物理教科版課件21勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究

第二章勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律1.勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究實(shí)驗(yàn)必備·自主學(xué)習(xí)一、勻變速直線運(yùn)動(dòng)【情境思考】怎樣判斷列車出站時(shí)是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)?提示:觀察車?yán)锏乃俣扔?jì),看每秒的速度增量是否相同。1.定義:速度隨時(shí)間_____變化的直線運(yùn)動(dòng),也就是_______保持不變的直線運(yùn)動(dòng)。圖像:勻變速直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖像是一條___________。3.分類:(1)勻加速直線運(yùn)動(dòng):a和v同向,速度隨時(shí)間_________。(2)勻減速直線運(yùn)動(dòng):a和v反向,速度隨時(shí)間_________。均勻加速度傾斜的直線均勻增加均勻減小二、實(shí)驗(yàn):研究小車的運(yùn)動(dòng)——用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器進(jìn)行研究1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)練習(xí)使用___________,通過打出的紙帶計(jì)算瞬時(shí)速度。(2)通過實(shí)驗(yàn)獲取數(shù)據(jù),利用圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。(3)通過數(shù)據(jù)分析得出小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。2.實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(帶導(dǎo)線)、交流電源、_______、紙帶、一端附有定滑輪的長木板、小車、細(xì)繩、槽碼、復(fù)寫紙、坐標(biāo)紙等。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器刻度尺平均速度實(shí)驗(yàn)過程·探究學(xué)習(xí)【實(shí)驗(yàn)步驟】

1.安裝實(shí)驗(yàn)器材:把附有滑輪的長鋁板放在實(shí)驗(yàn)臺上,并使滑輪伸出桌面,把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長鋁板沒有滑輪的一端,連接好電路,如圖所示。2.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備:把一條細(xì)繩拴在小車上,使細(xì)繩跨過滑輪,下面掛上合適的槽碼。放手后,看小車能否在鋁板上平穩(wěn)地加速滑行,然后把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,并把紙帶的一端固定在小車的后面。3.打紙帶:使小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處,先接通電源,后釋放小車,讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一列小點(diǎn),再按同樣的方法(不改變槽碼個(gè)數(shù))打出兩條紙帶。從這三條紙帶中選用一條最清晰的,記錄為紙帶Ⅰ。4.增減槽碼再打紙帶:增加一個(gè)槽碼,按上述方法打出紙帶Ⅱ。在打紙帶Ⅰ時(shí)的基礎(chǔ)上減少一個(gè)槽碼,仍按上述方法打出紙帶Ⅲ?！舅伎肌び懻摗酷尫判≤嚂r(shí),小車與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的相對位置有要求嗎?提示:小車與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)靠近一些。

【數(shù)據(jù)收集與分析】

1.表格法:(1)選紙帶、標(biāo)計(jì)數(shù)點(diǎn):從幾條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶,舍掉開始一些比較密集的點(diǎn),在后面便于測量的地方找一個(gè)點(diǎn),作為計(jì)數(shù)始點(diǎn),以后依次每五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),并標(biāo)明0、1、2、3、4…如圖所示。(2)測距離、填表格:依次測出01、02、03、04…的距離x1、x2、x3、x4…,填入表中。位置123456長度x1x2x3x4x5x6各段長度0～21～32～43～54～6時(shí)間間隔v/(m·s-1)(3)求瞬時(shí)速度:1、2、3、4…各點(diǎn)的瞬時(shí)速度分別為:…。將計(jì)算得出的各點(diǎn)的速度填入表中。(4)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù),分析速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。2.圖像法:(1)在坐標(biāo)紙上建立直角坐標(biāo)系,橫軸表示時(shí)間,縱軸表示速度,并根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)。(2)畫一條直線,讓這條直線通過盡可能多的點(diǎn),不在線上的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè),偏差比較大的點(diǎn)忽略不計(jì),如圖所示。(3)觀察所得到的直線,分析物體的速度隨時(shí)間的變化規(guī)律。(4)據(jù)所畫v-t圖像求出小車運(yùn)動(dòng)的加速度a=

。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論:小車速度隨時(shí)間均勻變化?！舅伎肌び懻摗吭谧鴺?biāo)紙上畫v-t圖像時(shí),坐標(biāo)軸單位長度應(yīng)如何選取?提示:應(yīng)使圖像大致布滿坐標(biāo)紙?！菊`差分析】

1.系統(tǒng)誤差:鋁板的粗糙程度不同會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差,實(shí)驗(yàn)中應(yīng)盡量選用粗糙程度均勻的鋁板。2.偶然誤差:(1)根據(jù)紙帶測量位移時(shí)會(huì)產(chǎn)生偶然誤差,實(shí)驗(yàn)中應(yīng)一次性測量各計(jì)數(shù)點(diǎn)到起始點(diǎn)的距離。(2)作v-t圖像時(shí)單位選擇不合適或作圖不準(zhǔn)確會(huì)帶來偶然誤差,實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選取合適的坐標(biāo)單位?！舅伎肌び懻摗吭鯓訙p小實(shí)驗(yàn)過程的誤差?提示:①點(diǎn)距合適:小車的加速度宜適當(dāng)大些,可以減小長度的測量誤差,加速度大小以能在約50cm的紙帶上清楚地取出6～7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜。②弄清間隔:要區(qū)別計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)與人為選取的計(jì)數(shù)點(diǎn),一般在紙帶上每隔四個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),即時(shí)間間隔為T=0.02×5s=0.1s。③仔細(xì)描點(diǎn):描點(diǎn)時(shí)最好用坐標(biāo)紙,在縱、橫軸上選取合適的單位。用細(xì)鉛筆認(rèn)真描點(diǎn)。類型一教材原型實(shí)驗(yàn)角度1實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作【典例1】在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,(1)實(shí)驗(yàn)室提供了以下器材:電火花計(jì)時(shí)器、一端附有滑輪的長鋁板、小車、紙帶、細(xì)繩、槽碼、刻度尺、交流電源、停表、彈簧測力計(jì)。其中在本實(shí)驗(yàn)中不需要的器材是__________。

實(shí)驗(yàn)研析·創(chuàng)新學(xué)習(xí)(2)按照實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的先后順序,將下述步驟的代號填在橫線上__________。

A.把穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶固定在小車后面B.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鋁板沒有滑輪的一端,并連好電路C.換上新的紙帶,再重做兩次實(shí)驗(yàn)D.把長鋁板平放在實(shí)驗(yàn)桌上,并使滑輪伸出桌面E.使小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處,接通電源,放開小車,讓小車運(yùn)動(dòng)F.把一條細(xì)繩拴在小車上,細(xì)繩跨過定滑輪,下邊吊著合適的槽碼G.斷開電源,取出紙帶【解析】(1)本實(shí)驗(yàn)需要測量的物理量是位移和時(shí)間,用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上的點(diǎn)就可以算出時(shí)間,用刻度尺可以測出兩點(diǎn)間的距離,因此,不需要彈簧測力計(jì)和停表。(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的步驟,正確的順序應(yīng)為DBFAEGC。答案:(1)彈簧測力計(jì)、停表(2)DBFAEGC角度2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理【典例2】在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,如圖所示為記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的一條紙帶,圖中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)計(jì)算D、C、B各點(diǎn)的瞬時(shí)速度,vD=________m/s,vC=________m/s,vB=________m/s。

(2)在如圖所示坐標(biāo)系中作出小車的v-t圖像,并根據(jù)圖像求出a=________。

【解析】(1)若時(shí)間較短,平均速度可以代替某點(diǎn)的瞬時(shí)速度。D點(diǎn)的瞬時(shí)速度vD=cm/s=390cm/s=3.90m/sC點(diǎn)的瞬時(shí)速度vC=cm/s=264cm/s=2.64m/sB點(diǎn)的瞬時(shí)速度vB=cm/s=138cm/s=1.38m/s(2)由(1)中數(shù)據(jù)作出小車的v-t圖像如圖所示,由圖線的斜率可求得它的加速度a=m/s2=12.6m/s2答案:

(2)圖見解析12.6m/s2類型二創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)【典例3】如圖中的甲是在高速公路上用超聲波測速儀測量車速的示意圖。1.實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新思路:測速儀發(fā)出并接收超聲波脈沖信號,根據(jù)發(fā)出和接收到的信號間的時(shí)間差,測出被測物體的速度。2.實(shí)驗(yàn)步驟:(1)測速儀發(fā)出的超聲波信號,圖乙中P1、P2,是測速儀發(fā)出的超聲波信號。(2)由汽車反射回來的信號,n1、n2分別是P1、P2反射回來的信號。(3)測出P1、P2之間的時(shí)間間隔Δt=1.0s,已知超聲波在空氣中傳播的速度是v=340m/s,若汽車是勻速行駛的。3.數(shù)據(jù)分析:根據(jù)圖乙可知,汽車在接收到P1、P2兩個(gè)信號之間的時(shí)間內(nèi)前進(jìn)的距離是__________m,汽車的速度是__________m/s。

【解析】圖乙中每小格代表的時(shí)間間隔t0==s,從發(fā)出超聲波信號P1到接收到反射信號n1的時(shí)間為t1=12×s=0.4s,信號P1到達(dá)汽車時(shí)汽車離測速儀的距離為x1=vt1=×340×0.4m=68m。從發(fā)出超聲波信號P2到接收到反射信號n2的時(shí)間為t2=9×s=0.3s。信號P2到達(dá)汽車時(shí)汽車離測速儀的距離為x2=vt2=×340×0.3m=51m。汽車接收到P1、P2兩個(gè)信號之間的時(shí)間內(nèi)前進(jìn)的距離為Δx=x1-x2=(68-51)m=17m。由圖乙可看出測速儀發(fā)出的超聲波信號P1接觸到汽車到測速儀發(fā)出的超聲波信號P2接觸到汽車的時(shí)間間隔t=28.5×s=0.95s。這段時(shí)間即為汽車前進(jìn)17m所用的時(shí)間,所以汽車的速度為17.9m/s答案:17【創(chuàng)新評價(jià)】創(chuàng)新角度創(chuàng)新方案儀器創(chuàng)新利用超聲波測速儀測量物體的速度設(shè)計(jì)思路根據(jù)發(fā)出和接收到的信號間的時(shí)間差測量手段通過超聲波圖像獲取信息數(shù)據(jù)處理根據(jù)超聲波速度測位移【創(chuàng)新探究】使用超聲波測速儀的好處是什么?提示:測量速度的數(shù)值更準(zhǔn)確。課堂檢測·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中,下列說法正確的是 ()A.小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)時(shí)只需打一條紙帶,然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理B.為使測量更為嚴(yán)謹(jǐn),應(yīng)把打下的第一個(gè)點(diǎn)作為第一個(gè)測量點(diǎn)C.為了便于測量,應(yīng)舍掉開頭一些過于密集的點(diǎn),找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)D.兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔必須是0.1s【解析】選C。小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)時(shí),需要多次測量,打出多條紙帶,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,有利于減小誤差,故A錯(cuò)誤;紙帶上開始時(shí)打的點(diǎn)比較密集,點(diǎn)距過小,測量誤差較大,故應(yīng)舍去,找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn),故B錯(cuò)誤,C正確;選取計(jì)數(shù)點(diǎn),可增加測量距離,減小測量過程所產(chǎn)生的誤差,兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔不一定取0.1s,故D錯(cuò)誤。2.在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,下述測量各相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的方法正確的是 ()A.當(dāng)某兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離較大時(shí),可以用短尺進(jìn)行分段測量B.當(dāng)某兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離較小時(shí),可以用短尺一次把它測完C.測量各相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,應(yīng)該用最小刻度為毫米的長尺的零刻度對準(zhǔn)起點(diǎn),讀出各計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的刻度值,然后逐一相減,得到各相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的數(shù)值D.逐次測出各相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,這樣便于記錄【解析】選C。無論兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離是大還是小,采用C項(xiàng)中的方法都可減少誤差,C正確。3.(多選)在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,下列關(guān)于作v-t圖像的說法正確的是 ()A.只要確定了v-t圖像中的兩點(diǎn),就可以得到小車運(yùn)動(dòng)的v-t圖像,因此,實(shí)驗(yàn)只需要測出兩組數(shù)據(jù)B.作v-t圖像時(shí),所取的點(diǎn)越多,圖像就越準(zhǔn)確C.作出的v-t圖線應(yīng)該通過所有的點(diǎn),圖線曲折也可以D.對于偏離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn),說明誤差太大,應(yīng)舍去【解析】選B、D。作v-t圖像時(shí),選取的點(diǎn)越多,作出的圖像就越準(zhǔn)確;誤差較大的點(diǎn)應(yīng)舍去,B、D正確?！炯庸逃?xùn)練】1.如圖甲所示是小球沿斜面滾下的頻閃照片,照片中相鄰小球影像間的時(shí)間間隔是0.1s,這樣便記錄了小球運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。小球運(yùn)動(dòng)的位移可以通過刻度尺讀出。試在圖乙所示坐標(biāo)紙中作出小球滾下過程的v-t圖像,并求出加速度a?！窘馕觥吭O(shè)開始時(shí)位置為0,依次記下位置1、2、3、4、5,因?yàn)橄噜弮牲c(diǎn)時(shí)間間隔為0.1s,則有v1=

=0.80m/s;v2=

=1m/s;v3=

=1.2m/s;v4=

=1.4m/s。作出v-t圖像如圖所示,加速度a的大小等于v-t圖線的斜率,a=k==2.0m/s2答案:見解析圖2.0m/s22.在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)得到一條用電火花計(jì)時(shí)器打下的紙帶如圖甲所示,并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)圖中沒有畫出,電火花計(jì)時(shí)器接220V、50Hz交流電源。他經(jīng)過測量并計(jì)算得到電火花計(jì)時(shí)器在打B、C、D、E、F各點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度如表:對應(yīng)點(diǎn)BCDEF速度/(m·s-1)0.1410.1850.2200.2540.301(1)設(shè)電火花計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)周期為T,計(jì)算vF的公式為vF=________。

(2)根據(jù)得到的數(shù)據(jù),以A點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻為t=0,試在圖乙所示坐標(biāo)系中合理地選擇標(biāo)度,作出v-t圖像。(3)利用該圖像求小車的加速度a=________m/s2(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

(4)如果當(dāng)時(shí)交變電流的頻率不變,電壓變成210V,而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道,那么加速度的測量值與實(shí)際值相比____________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

【解析】(1)若時(shí)間較短,平均速度可代替中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度,因?yàn)殡娀鸹ㄓ?jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)周期為T,所以從E點(diǎn)到G點(diǎn)所用時(shí)間為10T,故有:vF=。(2)根據(jù)圖中數(shù)據(jù),利用描點(diǎn)法作出圖像如圖:(3)圖像斜率表示加速度,故a==0.40m/s2。(4)交變電流的電壓變化,并不改變電火花計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)周期,故測量值與實(shí)際值相比不變。答案:(1)(2)見解析圖(4)不變4.(2020·揚(yáng)州高一檢測)在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中:(1)下列說法中不正確或不必要的是________。

A.將紙帶固定在小車尾部,并穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔B.連接鉤碼和小車的細(xì)線應(yīng)與長木板保持平行C.小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,先接通電源,后釋放小車D.選擇計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí),必須從紙帶上第一個(gè)點(diǎn)開始(2)實(shí)