第二章 第1节 匀变速直线运动的研究-【高考领航】2023-2024学年高中物理必修第一册同步核心辅导与测评（教科版）

第1节　匀变速直线运动的研究 一、匀变速直线运动 1．定义：速度随时间均匀变化的直线运动叫作匀变速直线运动。匀变速直线运动中，加速度保持不变。 2．分类 二、实验：研究小车的运动 方案1：用打点计时器进行研究 1．实验原理 (1)瞬时速度的计算：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这点的瞬时速度，即vn＝。 (2)根据v-t图像判断小车的运动情况：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。 2．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、交流电源。 3．实验步骤 (1)如图所示，把一端带有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面。木板上放一个可以左右移动的小车，小车一端连接穿过打点计时器的纸带，另一端连接绕过滑轮系有钩码的细绳。 (2)用手按住小车，使它在靠近打点计时器的位置保持静止状态。先开启打点计时器的电源，待它稳定工作后释放小车，使它在恒定拉力作用下开始运动，并打出一条纸带，随后立即关闭电源。 (3)换上新纸带，并增减所挂钩码(或在小车上放置重物)重新操作两次。 4．数据记录 (1)采集数据 舍掉纸带开头一些过于密集的点，找一个适当的点作为计时起点。可选择相隔0.1 s(或更短)的若干计数点进行测量。将结果填入下面表格中。 计数点序号 O A B C D E … 计数点对应的时刻t/s 计数点的位置坐标x/m 相邻计数点的 间距Δx/m － － 平均速度 v/(m·s－1) － － (2)求各计数点的瞬时速度 各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替。 5．数据分析 方法一：取任意两个点，用它们的速度差Δv＝v2－v1除以相应的时间差Δt＝t2－t1，求得加速度。如果取不同的两个点，求得的加速度都相等，则小车的运动是匀变速直线运动。 方法二：绘制v-t图像 (1)在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点，绘制v-t图像，如图所示。 (2)如果该图像在误差允许的范围内，可以看作一条倾斜的直线，则该运动是匀变速直线运动。 (3)根据所画v-t图像求出小车运动的加速度a＝。 6．结论 (1)匀变速直线运动中某段区间的平均速度，等于该区间中间时刻的瞬时速度。 (2)匀变速直线运动中，相邻的相等时间间隔内的位移差值为一常数。 7．注意事项 (1)开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。 (2)先启动打点计时器，等打点稳定后，再放开小车。 (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)不要分段测量各段距离，应尽可能地一次测量完毕(可统一量出各计数点到计时起点之间的距离)。 (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。 方案2：用位移传感器进行研究 1．实验器材 位移传感器、数据采集器、计算机、力学轨道、小车等。结构示意图如图所示： 2．实验步骤 (1)要进行硬件系统的连接和调整。将轨道支架与力学轨道连接在一起，使轨道倾斜放置；将位移传感器的发射端固定在小车上；将位移传感器的接收端悬挂在轨道顶端上方，并与接收端处在同一平面内；通过数据线，将位移传感器、数据采集器和计算机连接起来。 (2)对软件系统进行设置。启动计算机，同时将小车放置在斜面顶端保持静止，打开位移传感器发射端的开关，进入软件界面，在采集设置中点击“调零”按钮；设置记录时间间隔和数据采样数。 (3)点击软件“开始”按钮的同时，释放小车，表格自动记录数据。 (4)通过计算机软件的图像分析中的“线性拟合”功能，得到v-t图像。 　实验原理与操作 　某同学，按如图所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验。 (1)图中仪器A叫作________计时器，使用220 V________(选填“交流”或“直流”)电源，释放小车前，小车应停在________(选填“靠近”或“远离”)仪器A的位置。 (2)使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中，有以下基本步骤： A．松开小车让小车带着纸带运动 B．穿好纸带 C．把计时器固定好 D．接通电源，进行打点 以上步骤的正确顺序是________。 解析：(1)图中仪器A叫作电火花打点计时器，使用220 V交流电源，实验过程中，放开小车前，小车要靠近打点计时器。 (2)使用打点计时器分析物体运动情况