第2章 第1节 匀变速直线运动的特点（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册（粤教版2019）

第一节　匀变速直线运动的特点 1．探究匀变速直线运动的速度特点． 2．探究匀变速直线运动的位移特点． 1．用光电门探究小球沿倾斜直槽运动时，速度变化的特点． 2．用频闪照相机探究小球沿倾斜直槽向下运动的位移特点． 光电门、数字计时器、频闪照相机、斜槽、小球、坐标纸等． 1．如图所示，将两个光电门B、C相距一定的距离安装在斜槽上，并将数字计时器和光电门连结好． 2．将直径D＝0.02 m的小球从斜槽顶部A释放．让小球沿着粗糙程度均匀的倾斜直槽向下滚动． 3．用数字计时器分别采集小球经过B、C两个光电门的时间．计算小球通过光电门B、C时的瞬时速度． 4．从同一位置A再次由静止释放小球，改变光电门C的位置，重复上述操作，将五次获得的数据填入表格中． 项目 实验次数 1 2 3 4 5 小球经过光电门B的遮光时间t1/s 小球经过光电门B的瞬时速度v1/(m·s－1) 小球经过光电门C的遮光时间t2/s 小球经过光电门C的瞬时速度v2/(m·s－1) 小球经过两个光电门之间的位移s/m 小球经过两个光电门之间的时间t/s 5.去掉光电门和数字计时器，将小球从位置A再次释放，用频闪照相机对小球的运动拍照． 6．根据斜槽刻度尺上的示数，选取连续的几段，对位移的变化进行研究． 1．以小球经过两个光电门之间的时间t为横轴，以小球经过光电门的速度v为纵轴，在坐标纸上建立坐标系．根据表格中的数据描点作出小球运动的v­t图像． 2．忽略误差的影响，v­t图像大致为一条直线．由此证明小球在倾斜槽内的加速度不变． 3．比较频闪照片上各段位移，发现s1＜s2＜s3＜s4＜s5，进一步研究Δs1＝s2－s1，Δs2＝s3－s2……在误差范围内，Δs1＝Δs2＝……由此证明做匀变速直线运动的物体，在任意两个连续相等的时间内的位移之差是相等的． 1．斜槽倾斜角度要合适、粗糙程度要均匀． 2．每一次要将小球从同一位置释放． 3．两光电门B、C的距离要尽量大些． 4．作图像时要让画出的直线连接尽可能多的点，舍弃离直线较远的点． 1．木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀． 2．根据纸带测量的位移有误差，从而计算出的瞬时速度有误差． 3．作v­t图像时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差． 光电计时器是一种常用计时仪器，其结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有滑块从a、b间通过时，光电计时器就可以显示出物体的挡光时间．现有某滑块在斜面上滑行，先后两次通过光电门1和2，计时器显示的挡光时间分别是t1＝5×10－2s、t2＝3×10－2s，从光电门1到光电门2所经历的总时间t＝0.15 s，用分度值为1 mm的刻度尺测量小滑块的长度d，示数如图乙所示． (1)读出滑块的长度d为________ cm. (2)滑块通过光电门的速度v1、v2分别为________m/s、________m/s. (3)滑块的加速度大小为________．(计算结果保留两位小数) 解析　(1)由图可知d＝8.42 cm－4.00 cm＝4.42 cm.(2)通过光电门的速度v1＝＝m/s＝0.88 m/s v2＝＝ m/s＝1.47 m/s. (3)根据a＝ a＝ m/s2＝3.93 m/s2. 答案　(1)4.42　(2)0.88　1.47　(3)3.93 m/s2 [训练1]　光电计时器是一种常用计时仪器，其结构如图所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当一辆带有挡光片的小车从a、b间通过时，光电计时器就可以显示挡光片的挡光时间．现有一辆小车带有宽度为d(很窄)的挡光片做匀变速直线运动，先后通过第一个光电门和第二个光电门，光电计时器记录下的挡光时间分别是t1和t2，挡光片从第一个光电门运动到第二个光电门用时t. (1)小车通过第一个光电门的平均速度为____________； (2)如果将小车通过光电门的平均速度看作小车的瞬时速度，小车从第一个光电门运动到第二个光电门的加速度为__________________． 解析　小车通过第一个光电门的平均速度为，加速度a＝＝＝. 答案　(1)　(2) 如图1所示为用打点计时器研究小车运动情况的装置：实验时由静止释放钩码，小车开始做匀加速直线运动，在小车进入布面前钩码已经落地了，小车在平玻璃板上做匀速直线运动，后来在布面上做匀减速直线运动，所打出的纸带的一部分如图2所示，纸带上相邻两点对应的时间间隔T＝0.02 s，试分析：(以下结果均保留三位有效数字) 图1 图2 图3 (1)由图2可知，小车在玻璃板上做匀速运动的速度大小为v＝________m/s；打点计时器打下计数点D时小车的瞬时速度vD＝________m/s. (2)根据纸带得到了如图3所示的v­t图像，则小车做匀减速直线运动时的加速度大小为a＝________m/s2. 解析　(1)由题图可知小车在OA内做匀速运动时，所用的时间为0.04 s，那么小车在玻璃板上做匀速运动的速度大小为：v＝＝ m/s≈1.70 m/s，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，得打点计时器打下计数点D时小车的瞬时速度为：vD＝＝m/s≈1.50 m/s. (2)由题图得a＝＝m/s2＝－3.00 m/s2，负号表示小车做减速运动． 答案　(1)1.70　1.50　(2)3.00 [训练2]　如图甲是“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带，O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点，加速度大小用a表示． 甲 (1)O、D间的距离为________ cm. (2)如图乙是根据实验数据绘出的x­t2图线(x为各计数点至同一起点的距离)，斜率表示________，加速度的大小为________ m/s2(保留三位有效数字). 乙 解析　(1)1 cm＋1 mm×2.0＝1.20 cm. (2)斜率表示加速度的一半， a＝ m/s2＝0.933 m/s2. 答案　(1)1.20　(2)加速度的一半　0.933 1．如图所示，气垫导轨上滑块经过光电门时，其上的遮光条将光遮住，电子计时器可自动记录遮光时间Δt.测得遮光条的宽度为Δs，用近似代表滑块通过光电门时的瞬时速度．为使更接近瞬时速度，正确的措施是(　　) A．换用宽度更窄的遮光条 B．提高测量遮光条宽度的精确度 C．使滑块的释放点更靠近光电门 D．增大气垫导轨与水平面的夹角 A　[表示的是Δt时间内的平均速度，遮光条的宽度Δs越窄，则记录遮光时间Δt越小，越接近滑块通过光电门时的瞬时速度，A正确．] 2．如图所示，让滑块沿倾斜的导轨做加速运动．事先在滑块上固定遮光片，当遮光片的宽度Δs很小时，可认为滑块通过光电门的平均速度是________．某次实验时，测得遮光片的宽度为5 cm，通过光电门的挡光时间为2×10－2 s，则滑块通过光电门时的瞬时速度为________m/s. 解析　当遮光片的宽度Δs很小时，可认为滑块通过光电门的平均速度是瞬时速度．v＝＝ m/s＝2.5 m/s. 答案　瞬时速度　2.5 3．如图所示中的甲、乙两种打点计时器是高中物理实验中常用的．光电计时器像打点计时器一样，也是一种研究物体运动情况的计时仪器，其结构如图丙所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当一辆带有挡光片的小车从a、b间通过时，光电计时器就可以显示挡光片的挡光时间．某同学在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，做了一个U形遮光板如图丁所示，两个遮光片宽度均为L＝5 mm，将此U形遮光板装在小车上，让小车做匀变速直线运动通过静止的光电计时器，实验时测得两次遮光时间分别为Δt1＝0.10 s，Δt2＝0.05 s，从第一个遮光片遮光到第二个遮光片遮光经过的时间t＝1 s，则： (1)图乙是________(选填“电磁”或“电火花”)打点计时器，电源采用的是________(选填“交流4～6 V”或“交流220 V”). (2)第一个遮光片通过光电门的速度大小为________ m/s，第二个遮光片通过光电门的速度大小为________ m/s. (3)小车做加速直线运动的加速度大小为________ m/s2. 解析　(1)图乙是电火花打点计时器，电源采用的是“交流220 V”． (2)v1＝＝ m/s＝0.05 m/s v2＝＝ m/s＝0.1 m/s. (3)根据a＝ a＝ m/s2＝0.05 m/s2. 答案　(1)电火花　交流220 V　(2)0.05　0.1 (3)0.05 4．如图所示是一条利用打点计时器打出的纸带，0、1、2、3、4、5、6是七个计数点，每相邻两个计数点之间还有四个点未画出，各计数点到0的距离如图所示．求出各计数点的瞬时速度并画出速度—时间图像． 解析　1点对应时刻是0、2之间的中间时刻，求出0、2间的平均速度，即可认为是1点的瞬时速度，同理2、3、4、5点的瞬时速度也可求出．而相邻计数点间的时间间隔T＝0.1 s. 故v1＝＝ m/s＝0.195 m/s v2＝＝ m/s＝0.40 m/s 同理v3＝0.61 m/s，v4＝0.69 m/s，v5＝0.70 m/s.以O点为坐标原点，横坐标表示时间，纵坐标表示速度，建立直角坐标系．根据前面计算出的结果在直角坐标系中描点，然后用平滑的曲线连接各点得到速度—时间图像如图所示． 答案　见解析 学科网（北京）股份有限公司 $$