新教材物理教科版課件21勻變速直線運動的研究

第二章勻變速直線運動的規(guī)律1.勻變速直線運動的研究實驗必備·自主學習一、勻變速直線運動【情境思考】怎樣判斷列車出站時是否做勻變速直線運動?提示:觀察車里的速度計,看每秒的速度增量是否相同。1.定義:速度隨時間_____變化的直線運動,也就是_______保持不變的直線運動。圖像:勻變速直線運動的v-t圖像是一條___________。3.分類:(1)勻加速直線運動:a和v同向,速度隨時間_________。(2)勻減速直線運動:a和v反向,速度隨時間_________。均勻加速度傾斜的直線均勻增加均勻減小二、實驗:研究小車的運動——用打點計時器進行研究1.實驗目的(1)練習使用___________,通過打出的紙帶計算瞬時速度。(2)通過實驗獲取數(shù)據(jù),利用圖像處理實驗數(shù)據(jù)。(3)通過數(shù)據(jù)分析得出小車速度隨時間變化的規(guī)律。2.實驗器材打點計時器(帶導線)、交流電源、_______、紙帶、一端附有定滑輪的長木板、小車、細繩、槽碼、復寫紙、坐標紙等。打點計時器刻度尺平均速度實驗過程·探究學習【實驗步驟】

1.安裝實驗器材:把附有滑輪的長鋁板放在實驗臺上,并使滑輪伸出桌面,把打點計時器固定在長鋁板沒有滑輪的一端,連接好電路,如圖所示。2.實驗準備:把一條細繩拴在小車上,使細繩跨過滑輪,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計時器,并把紙帶的一端固定在小車的后面。3.打紙帶:使小車停在打點計時器處,先接通電源,后釋放小車,讓小車拖著紙帶運動,打點計時器就在紙帶上打下一列小點,再按同樣的方法(不改變槽碼個數(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:增加一個槽碼,按上述方法打出紙帶Ⅱ。在打紙帶Ⅰ時的基礎上減少一個槽碼,仍按上述方法打出紙帶Ⅲ?！舅伎肌び懻摗酷尫判≤嚂r,小車與打點計時器的相對位置有要求嗎?提示:小車與打點計時器應靠近一些。

【數(shù)據(jù)收集與分析】

1.表格法:(1)選紙帶、標計數(shù)點: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,在后面便于測量的地方找一個點,作為計數(shù)始點,以后依次每五個點取一個計數(shù)點,并標明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時間間隔v/(m·s-1)(3)求瞬時速度:1、2、3、4…各點的瞬時速度分別為:…。將計算得出的各點的速度填入表中。(4)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù),分析速度隨時間變化的規(guī)律。2.圖像法:(1)在坐標紙上建立直角坐標系,橫軸表示時間,縱軸表示速度,并根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在坐標系中描點。(2)畫一條直線,讓這條直線通過盡可能多的點,不在線上的點均勻分布在直線的兩側,偏差比較大的點忽略不計,如圖所示。(3)觀察所得到的直線,分析物體的速度隨時間的變化規(guī)律。(4)據(jù)所畫v-t圖像求出小車運動的加速度a=

。3.實驗結論:小車速度隨時間均勻變化。【思考·討論】在坐標紙上畫v-t圖像時,坐標軸單位長度應如何選取?提示:應使圖像大致布滿坐標紙?！菊`差分析】

1.系統(tǒng)誤差:鋁板的粗糙程度不同會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差,實驗中應盡量選用粗糙程度均勻的鋁板。2.偶然誤差:(1)根據(jù)紙帶測量位移時會產(chǎn)生偶然誤差,實驗中應一次性測量各計數(shù)點到起始點的距離。(2)作v-t圖像時單位選擇不合適或作圖不準確會帶來偶然誤差,實驗中應選取合適的坐標單位。【思考·討論】怎樣減小實驗過程的誤差?提示:①點距合適:小車的加速度宜適當大些,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個計數(shù)點為宜。②弄清間隔:要區(qū)別計時器打出的點與人為選取的計數(shù)點,一般在紙帶上每隔四個點取一個計數(shù)點,即時間間隔為T=0.02×5s=0.1s。③仔細描點:描點時最好用坐標紙,在縱、橫軸上選取合適的單位。用細鉛筆認真描點。類型一教材原型實驗角度1實驗原理和實驗操作【典例1】在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中,(1)實驗室提供了以下器材:電火花計時器、一端附有滑輪的長鋁板、小車、紙帶、細繩、槽碼、刻度尺、交流電源、停表、彈簧測力計。其中在本實驗中不需要的器材是__________。

實驗研析·創(chuàng)新學習(2)按照實驗進行的先后順序,將下述步驟的代號填在橫線上__________。

A.把穿過打點計時器的紙帶固定在小車后面B.把打點計時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,再重做兩次實驗D.把長鋁板平放在實驗桌上,并使滑輪伸出桌面E.使小車停在靠近打點計時器處,接通電源,放開小車,讓小車運動F.把一條細繩拴在小車上,細繩跨過定滑輪,下邊吊著合適的槽碼G.斷開電源,取出紙帶【解析】(1)本實驗需要測量的物理量是位移和時間,用打點計時器打出的紙帶上的點就可以算出時間,用刻度尺可以測出兩點間的距離,因此,不需要彈簧測力計和停表。(2)根據(jù)實驗的步驟,正確的順序應為DBFAEGC。答案:(1)彈簧測力計、停表(2)DBFAEGC角度2實驗數(shù)據(jù)處理【典例2】在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中,如圖所示為記錄小車運動情況的一條紙帶,圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數(shù)點,相鄰計數(shù)點間的時間間隔T=0.1s。(1)計算D、C、B各點的瞬時速度,vD=________m/s,vC=________m/s,vB=________m/s。

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

【解析】(1)若時間較短,平均速度可以代替某點的瞬時速度。D點的瞬時速度vD=cm/s=390cm/s=3.90m/sC點的瞬時速度vC=cm/s=264cm/s=2.64m/sB點的瞬時速度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)新型實驗【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.實驗創(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間差,測出被測物體的速度。2.實驗步驟:(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、P2兩個信號之間的時間內前進的距離是__________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的時間為t1=12×s=0.4s,信號P1到達汽車時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的時間為t2=9×s=0.3s。信號P2到達汽車時汽車離測速儀的距離為x2=vt2=×340×0.3m=51m。汽車接收到P1、P2兩個信號之間的時間內前進的距離為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接觸到汽車的時間間隔t=28.5×s=0.95s。這段時間即為汽車前進17m所用的時間,所以汽車的速度為17.9m/s答案:17【創(chuàng)新評價】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計思路根據(jù)發(fā)出和接收到的信號間的時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)值更準確。課堂檢測·素養(yǎng)達標1.在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中,下列說法正確的是 ()A.小車在鉤碼的牽引下運動時只需打一條紙帶,然后進行數(shù)據(jù)處理B.為使測量更為嚴謹,應把打下的第一個點作為第一個測量點C.為了便于測量,應舍掉開頭一些過于密集的點,找一個適當?shù)狞c當作計時起點D.兩相鄰計數(shù)點間的時間間隔必須是0.1s【解析】選C。小車在鉤碼的牽引下運動時,需要多次測量,打出多條紙帶,進行數(shù)據(jù)處理,有利于減小誤差,故A錯誤;紙帶上開始時打的點比較密集,點距過小,測量誤差較大,故應舍去,找一個適當?shù)狞c當作計時起點,故B錯誤,C正確;選取計數(shù)點,可增加測量距離,減小測量過程所產(chǎn)生的誤差,兩相鄰計數(shù)點間的時間間隔不一定取0.1s,故D錯誤。2.在用打點計時器“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中,下述測量各相鄰兩計數(shù)點間距離的方法正確的是 ()A.當某兩個計數(shù)點間的距離較大時,可以用短尺進行分段測量B.當某兩個計數(shù)點間的距離較小時,可以用短尺一次把它測完C.測量各相鄰計數(shù)點間的距離,應該用最小刻度為毫米的長尺的零刻度對準起點,讀出各計數(shù)點對應的刻度值,然后逐一相減,得到各相鄰計數(shù)點間距離的數(shù)值D.逐次測出各相鄰計數(shù)點間的距離,這樣便于記錄【解析】選C。無論兩個計數(shù)點間的距離是大還是小,采用C項中的方法都可減少誤差,C正確。3.(多選)在用打點計時器“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中,下列關于作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,就可以得到小車運動的v-t圖像,因此,實驗只需要測出兩組數(shù)據(jù)B.作v-t圖像時,所取的點越多,圖像就越準確C.作出的v-t圖線應該通過所有的點,圖線曲折也可以D.對于偏離直線較遠的點,說明誤差太大,應舍去【解析】選B、D。作v-t圖像時,選取的點越多,作出的圖像就越準確;誤差較大的點應舍去,B、D正確?！炯庸逃柧殹?.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間間隔是0.1s,這樣便記錄了小球運動的時間。小球運動的位移可以通過刻度尺讀出。試在圖乙所示坐標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開始時位置為0,依次記下位置1、2、3、4、5,因為相鄰兩點時間間隔為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“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中,某同學得到一條用電火花計時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個計數(shù)點,每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點圖中沒有畫出,電火花計時器接220V、50Hz交流電源。他經(jīng)過測量并計算得到電火花計時器在打B、C、D、E、F各點時小車的瞬時速度如表:對應點BCDEF速度/(m·s-1)0.1410.1850.2200.2540.301(1)設電火花計時器的計時周期為T,計算vF的公式為vF=________。

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

(4)如果當時交變電流的頻率不變,電壓變成210V,而做實驗的同學并不知道,那么加速度的測量值與實際值相比____________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

【解析】(1)若時間較短,平均速度可代替中間時刻的瞬時速度,因為電火花計時器的計時周期為T,所以從E點到G點所用時間為10T,故有:vF=。(2)根據(jù)圖中數(shù)據(jù),利用描點法作出圖像如圖:(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,并不改變電火花計時器的計時周期,故測量值與實際值相比不變。答案:(1)(2)見解析圖(4)不變4.(2020·揚州高一檢測)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中:(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,并穿過打點計時器的限位孔B.連接鉤碼和小車的細線應與長木板保持平行C.小車應靠近打點計時器,先接通電源,后釋放小車D.選擇計數(shù)點時,必須從紙帶上第一個點開始(2)實