第二章 第一节 匀变速直线运动的特点-【金版教程】2025-2026学年新教材高中物理必修第一册创新导学案word（粤教版2019）

物理　必修　第一册(粤教) 第一节　匀变速直线运动的特点 1.知道匀变速直线运动的概念，了解其速度特点和位移特点，会解决相关问题.2.掌握用实验的方法探究物理规律，以及用图像处理相关实验数据得出规律的能力.3.通过利用实验探究规律，学会与他人合作、交流，提高实验能力，并能联系实际.4.学会在实验操作中尊重客观数据，实事求是，养成严谨的科学态度，培养学习科学的兴趣. 1.实验目的 实验一：探究小球沿倾斜直槽运动速度变化的特点. 实验二：探究小球沿倾斜直槽运动的位移特点. 2.实验原理 实验一： (1)用数字计时器测量小球经过不同位置处光电门的瞬时速度和时刻. (2)通过作v­t图像探究小球速度的变化特点. 实验二： (1)用频闪照相机对小球的运动进行拍照，记录小球的位置和运动时间. (2)根据记录的小球的位移和运动时间的数据探究小球位移的变化规律. 3.实验器材 倾斜直槽、直径D＝0.02 m的小球、光电门两个、数字计时器、频闪照相机、刻度尺. 探究　探究过程·获取数据 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”. 活动1：如图甲，如何测量小球经过光电门B、C的瞬时速度？ 提示：用数字计时器测量小球经过光电门B、C的遮光时间，算出小球经过光电门B、C的平均速度，用小球经过光电门的平均速度代替瞬时速度. 活动2：实验一需要测量和记录哪些数据？试设计一个数据记录表格. 提示：小球经过两个光电门实验数据表 小球直径D＝0.02 m 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 活动3：请说出实验一的操作步骤. 提示：(1)按图甲组装实验器材，打开数字计时器的电源. (2)让小球沿粗糙程度均匀的倾斜直槽由静止从A位置向下滚动，记下小球经过光电门B和光电门C的遮光时间t1、t2. (3)从同一位置A再次由静止释放小球，记下从B到C的时间t，测量出B、C间位移s. (4)改变光电门C的位置，重复步骤(2)(3)，把数据填入表格中. 活动4：请根据图乙说出实验二的操作步骤. 提示：(1)按图乙组装实验器材，打开频闪照相机的电源. (2)将小球从紧靠竖直支架A的位置由静止释放，小球沿着倾斜直槽向下运动，频闪照相机自动对小球拍照. (3)用刻度尺测量频闪照片中小球在相邻两点间的位移，并根据照片比例尺算出实际位移s1、s2、…，并记录. (4)根据闪光频率计算小球经过相邻两位置的时间，并记录. 探究　分析数据·得出结论 活动1：试用图像法分析实验一中记录的数据，得出结论. 提示：(1)以小球经过两个光电门之间的时间t为横轴，小球经过光电门的速度v为纵轴，描点作出小球运动的v­t图像. (2)由图像可知，各数据点可大致拟合成一条斜率不变化的倾斜直线，由a＝可知小球加速度不变化. 活动2：在物理学上，我们把加速度恒定不变的变速直线运动叫作匀变速直线运动.请根据实验一的结论总结匀变速直线运动的速度特点. 提示：做匀变速直线运动的物体，在相等时间内的速度变化相等，加速度恒定. 活动3：分析实验二中记录的s1、s2、s3、…的数据，可发现什么规律？ 提示：令Δs1＝s2－s1，Δs2＝s3－s2，Δs3＝s4－s3，…，可发现Δs1＝Δs2＝Δs3＝…. 活动4：请总结匀变速直线运动的位移特点. 提示：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相等. 探究　典例探究·提升能力 利用光电门和数字计时器可以“探究滑块的速度随时间变化的规律”，实验装置如图甲所示. (1)请补充如下实验步骤中缺失的内容： a.测量并记录遮光条的宽度d＝1 cm； b.安装装置，调整滑轮高度，使连接滑块的细线与气垫导轨平行，细线下不悬挂槽码，开启气垫导轨气源，调整导轨水平使滑块静止在导轨上； c.细线下悬挂槽码，________释放滑块，使滑块向左加速运动，记录遮光条通过光电门2的时间Δt1，以及遮光条从开始遮住光电门1到开始遮住光电门2的时间t1； d.保持光电门1的位置不变，改变______________，__________________释放滑块，使滑块向左加速运动，记录遮光条通过光电门2的时间Δt2，以及遮光条从开始遮住光电门1到开始遮住光电门2的时间t2； e.重复步骤d多次. (2)某实验小组记录的数据如下表(位置0即光电门1的位置)，请通过计算补充缺失的数据： 滑块经过的位置 0 1 2 3 4 5 滑块运动的时间t/s 0 0.8 1.4 2.5 3.8 5.0 遮光时间Δt/s 0.100 0.071 0.059 0.044 0.034 0.029 滑块的速度v/m·s－1 0.100 0.169 0.227 0.345 (3)请根据表格中数据在图乙坐标系中作出滑块的速度随时间变化的图像. [规范解答]　(1)实验要探究滑块的速度随时间变化的规律，而利用题中所给实验装置释放滑块一次，只能测量滑块在光电门1、2间运动时间t的1个数据和经过光电门2时遮光时间Δt的1个数据，由v＝可得经过光电门2的瞬时速度，即只能测得一组v、t数据；所以需要保持光电门1的位置不变，改变光电门2的位置，使滑块重复同一运动，测得滑块运动时间t和遮光时间Δt的多组数据；为了使滑块重复同一运动，每次操作应该从同一位置由静止释放滑块，使滑块向左加速运动. (2)根据v＝，可计算出滑块经过位置1、4的瞬时速度分别为v1＝0.141 m/s、v4＝0.294 m/s. (3)描点连线，如图所示. [答案]　(1)由静止　光电门2的位置　从同一位置由静止 (2)0.141　0.294　(3)图见规范解答 1.用打点计时器也可以探究匀变速直线运动的速度特点和位移特点. 2.作v­t图像的注意事项 (1)作v­t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，使v、t数据点尽量分布在整个坐标平面. (2)作图时要先判断图像的大体走势，然后用平滑曲线(包括直线)“拟合”坐标系中的点，难以落在曲线上的点要大致均匀地分布在曲线两侧，偏离曲线较远的点应舍去. 3.匀变速直线运动的分类 (1)匀加速直线运动：物体的速度随时间均匀增加的变速直线运动.如图1所示的直线a表示的是匀加速直线运动. (2)匀减速直线运动：物体的速度随时间均匀减小的变速直线运动.如图1所示的直线b表示的是匀减速直线运动. (3)v­t图像为穿过时间轴的直线，表示的运动整体来看，既不能称为匀加速直线运动，也不能称为匀减速直线运动，只能称为匀变速直线运动.如图2所示，在0～t1时间内是匀减速直线运动，在t1～t2时间内是反向匀加速直线运动，故0～t2时间内既不能称为匀加速直线运动，也不能称为匀减速直线运动，但是0～t2时间内任意截取一段时间都是一个定值，故可以称为匀变速直线运动. 注意：加速度与速度的方向决定物体是加速还是减速，如下图所示. [变式训练]　将小球从紧靠竖直支架A的位置由静止释放，小球沿着倾斜直槽向下运动，得到下图的频闪照片. 经测量s1＝3.00 cm，s2＝6.50 cm，s3＝10.0 cm，s4＝13.50 cm，s5＝17.00 cm. 根据以上数据： (1)判定小球是否做加速运动； (2)试判定小球是否做匀变速直线运动. 答案：见解析 解析：(1)因为s1<s2<s3<s4<s5，即在相同时间内，运动位移越来越大，所以小球做加速运动. (2)Δs1＝s2－s1＝3.50 cm，Δs2＝s3－s2＝3.50 cm，Δs3＝s4－s3＝3.50 cm，Δs4＝s5－s4＝3.50 cm 则Δs1＝Δs2＝Δs3＝Δs4，即在连续相等时间内的位移之差是相等的，故可判定小球做匀变速直线运动. 课后课时作业 1.某人用打点计时器做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验，利用打出的一条纸带画出了小车速度随时间变化的图像，如图所示.下列说法正确的是(　　) A.当电源频率为50 Hz时，打点计时器每隔0.05 s打一个点 B.小车做匀速直线运动 C.小车在t＝0.02 s时的速度大小是0.04 m/s D.小车的加速度大小为0.04 m/s2 答案：C 解析：电源频率为50 Hz时，打点计时器每隔0.02 s打一个点，A错误；根据图像知，小车的速度随时间均匀增大，做匀变速直线运动，在t＝0.02 s时的速度大小是0.04 m/s，加速度为a＝k＝＝＝2 m/s2，B、D错误，C正确. 2.一个实验小组做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验.该实验小组中的四位同学利用同一条纸带，分别作出了如下所示的四幅v­t图像，其中最规范的是(　　) 答案：A 解析：描绘图像时选取的坐标轴单位长度要使得所有已知数据对应的点尽量占满坐标区域.描完点后，先大致地判断这些点是不是在一条直线上，若在，则画一条直线，让这些点尽可能多地落在这条直线上，难以落在这条直线上的点，应使它们大致均匀地分布在这条直线的两侧，故最规范的是A. 3.某学习小组在“探究滑块沿倾斜直导轨运动速度的变化特点”的实验中，采用了如图所示的实验装置. (1)已知遮光条的宽度为Δd.实验时，将气垫导轨接通气源，通过调平螺丝调整气垫导轨使其与水平面有一定的夹角.由静止释放滑块，使其在气垫导轨上自左向右做加速运动，遮光条通过光电门1的时间为Δt1，遮光条通过光电门2的时间为Δt2，则滑块通过光电门1时的速度表达式为________(用字母表示). (2)为减小速度的测量误差，可采取的方法是________. A.增大遮光条宽度Δd B.减小遮光条宽度Δd (3)为达到实验目的，本实验还应进行的操作是_______________________________________ ______________________________________________________________________________. 答案：(1)　(2)B　(3)多次改变光电门2的位置，从同一位置由静止释放滑块 解析：(1)由于遮光条很窄，通过光电门的时间也很短，其平均速度可认为等于瞬时速度，即v1＝. (2)减小遮光条宽度，可使平均速度更接近瞬时速度，B正确. (3)为了探究滑块沿倾斜直导轨运动速度的变化特点，应测量滑块在不同时刻的速度，则本实验还应进行的操作是：多次改变光电门2的位置，从同一位置由静止释放滑块. 4.现用频闪照相方法来研究物块的变速运动.在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示.拍摄时频闪频率是10 Hz，通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为s1、s2、s3、s4，数据如表所示. s1 s2 s3 s4 10.76 cm 15.05 cm 19.34 cm 23.65 cm (1)该小物块的运动是________________(选填“匀速直线运动”“匀变速直线运动”或“加速度变化的变速直线运动”).请简要说明判断理由：____________________________. (2)该小物块经过第2个影像位置时的瞬时速度大小v2＝________ m/s. 答案：(1)匀变速直线运动　在实验误差允许范围内，有s2－s1＝s3－s2＝s4－s3　(2)1.2905 解析：(1)根据表中数据可知：s2－s1＝4.29 cm，s3－s2＝4.29 cm，s4－s3＝4.31 cm，考虑到实验误差，则有s2－s1＝s3－s2＝s4－s3，即该小物块的运动是匀变速直线运动. (2)频闪相机相邻两次拍摄的时间T＝＝0.1 s，则v2＝＝1.2905 m/s. 5.某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，其相邻计数点间的距离如图1所示，每两个相邻的计数点之间还有4个点未画出，打点计时器所接交流电源的频率为50 Hz. (1)试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下B、F两个点时小车的瞬时速度，并将计算结果填入下表中(保留三位有效数字). vB vC vD vE vF 数值(m/s) 0.479 0.560 0.640 (2)以A点为计时起点，将B、C、D、E、F对应各个时刻的瞬时速度标在图2的直角坐标系中，并作出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线. (3)由所作速度—时间图像可知小车做____________运动，从A到G的加速度为________ m/s2. (4)根据v­t图像判断，在打计数点A时，小车的速度vA＝________ m/s. (5)将小车的运动分成AD和DG两段，设从A到D的位移为sAD，从D到G的位移为sDG，则Δs＝sDG－sAD＝________ cm.设从A到D的运动时间为T0，则＝________ m/s2. (6)设做匀变速直线运动的物体的加速度为a，在任意两个连续相等时间T0内的位移之差为Δs，则a、T0与Δs的关系式为：Δs＝________. 答案：(1)0.400　0.721　(2)图见解析 (3)匀变速直线　0.80 (4)0.320　(5)7.21　0.80　(6)aT 解析：(1)由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔T＝5×0.02 s＝0.1 s，用较短时间内的平均速度近似代替该段时间中间时刻的瞬时速度，可以求出纸带上打某点时小车的瞬时速度大小， vB＝＝0.400 m/s， vF＝＝0.721 m/s. (2)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后作出图像如图所示： (3)由图像可知，图线是倾斜直线，即小车的速度随时间均匀增加，小车做匀变速直线运动，根据v­t图像的斜率表示加速度可知，加速度a＝＝0.80 m/s2. (4)图线的纵轴截距表示打A点时小车的速度，vA＝0.320 m/s. (5)sDG＝7.62 cm＋6.80 cm＋5.99 cm＝20.41 cm sAD＝5.20 cm＋4.38 cm＋3.62 cm＝13.20 cm 则Δs＝sDG－sAD＝7.21 cm. 分析知T0＝0.3 s，则＝＝0.80 m/s2. (6)根据(3)和(5)的计算结果可知，Δs＝aT. 6.在用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学将打点计时器打出的三条纸带，分别以间隔相同数目点迹的方式依次剪成短纸条，按先后顺序一端对齐、并排贴在一张纸上.然后用平滑的线将各段纸带顶端的中点连起来，如图甲、乙、丙所示，则根据纸带的特点即可探究小车速度随时间变化的规律. (1)图甲表示小车____________.(填“静止”或“做匀速直线运动”) (2)图乙表示小车的速度随时间________. (3)图丙表示小车的速度________________________________. 答案：(1)做匀速直线运动　(2)均匀增加 (3)先随时间均匀增加，后保持不变 解析：短纸带的高度即表示相应时间内物体的位移Δx.由题知发生各位移Δx的时间间隔Δt相等，则各段短纸带中间时刻的速度可表示为v＝∝Δx，即纸带的高度可反映纸带中间时刻小车的速度大小.纸带的宽度是相同的，所以可用纸带底端中点表示各段纸带的中间时刻.综上可知，题中所述平滑的线可表示小车运动的v­t图像.故图甲表示小车做匀速直线运动，图乙表示小车的速度随时间均匀增加，图丙表示小车的速度先随时间均匀增加，后保持不变. 6 学科网（北京）股份有限公司 $$