第2章 第3节 测量匀变速直线运动的加速度（课件PPT）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理必修第一册（粤教版）

测量匀变速直线运动的加速度 第三节 [三步]学通实验1 感悟多彩的实验方案—— 思维要“活” [三步]学通实验2 把握常见的命题视角—— 规律要“通” 01 02 CONTENTS 目录 [三步]学通实验3 科学有效的训练设计—— 训练要“实” 03 [三步]学通实验1 感悟多彩的实验方案——思维要“活” ◉实验目的 1.进一步练习使用打点计时器及利用纸带求瞬时速度。 2.会利用计算法和图像法求解小车的加速度。 一、本版教材实验理清楚 ◉实验原理 利用打点计时器打出的纸带上记录的数据，计算各计数点的速度及小车运动的加速度。 1.各计数点的速度的计算方法：某计数点的速度等于以该计数点为中间时刻的一小段时间内的平均速度。 2.加速度的计算方法： (1)根据各计数点的速度，描绘v⁃t图像，则图线的斜率即为小车的加速度。 (2)由相邻相等时间内的位移差Δs=aT2求加速度大小。 ◉实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、交流电源、小车、细绳、一端附有定滑轮的长木板、刻度尺、钩码、导线等。 ◉实验步骤 1.如图所示，把一端装有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。 2.把细绳拴在小车上，并在另一端挂上适当的钩码，使之跨过定滑轮，调整装置，使小车能在长木板上平稳地加速运动，细绳与木板平行。 3.让纸带穿过打点计时器，并将其一端固定在小车的后面，使纸带与木板平行，且细绳、纸带、限位孔要在一条直线上。 4.把小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车拖着纸带运动。于是，打点计时器就在纸带上打下一系列的点。换上新纸带，重复实验三次。 ◉数据处理 1.挑选纸带并测量 在三条纸带中选择一条点迹最清晰的。为了便于测量，舍掉开头一些过于密集的点迹，找一个适当的点当作计时起点(0点)，每5个点(相隔0.1 s)取一个计数点进行测量，如图所示(相邻两点间还有4个点未画出)。 2.瞬时速度的计算和记录 (1)根据vn=，计算某点瞬时速度，其中T=0.1 s。 (2)设计表格并记录相关数据 位置 0 1 2 3 4 5 6 7 时刻t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 v/(m·s-1)                 3.加速度的计算 (1)利用v⁃t图像求出 ①定标度：坐标轴的标度选取要合理，应使图像大致分布在坐标平面中央。 ②描点：在坐标纸上确定出各个坐标点的位置。 ③连线：用一条平滑的曲线或直线“拟合”这些点。 ④在图线上选出容易读取的两个点(t1，v1)和(t2，v2)，根据a=求出加速度。 (2)利用Δs=aT2求出：此法适用于相邻相等时间内的位移差都相等的情况或数据较少的情况。 (3)利用逐差法求出： 根据s4-s1=s5-s2=s6-s3=3aT2(T为相邻两计数点之间的时间间隔)，求出a1=，a2=，a3=，再算出a1、a2、a3的平均值a==×=，即为物体的加速度。 ◉误差分析 1.木板的粗糙程度不同会产生系统误差，实验中应尽量选用粗糙程度均匀的木板。 2.根据纸带测量位移时会产生偶然误差，实验中应一次性测量各计数点到起始点的距离。 3.作v⁃t图像时单位选择不合适或作图不准确会带来偶然误差，实验中应选取合适的坐标单位。 ◉注意事项 1.牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小，而使各段位移差别不大，误差增大。 2.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。 3.先接通电源，等打点稳定后，再释放小车。 4.打点完毕，立即断开电源。 5.要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰，在小车到达滑轮前及时用手按住。 6.要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个计时点取一个计数点，即时间间隔t=0.1 s。 二、他版教材实验多融通 (一)鲁科版教材实验方案 [差异解读] 1.实验器材的不同：让小车沿斜面在自身重力作用下直接加速下滑。 2.实验原理的不同：根据各点的瞬时速度和对应时间画出v⁃t图像，由图线为一条倾斜直线可判定小车沿斜面向下做匀变速直线运动。 (二)人教版教材实验方案 [差异解读] 1.实验器材的不同：把打点计时器固定在长木板一端，将细绳绕过滑轮，绳下面挂上适当的槽码，小车在槽码的牵引下运动。 2.数据处理的改进：用计算机绘制v⁃t图像。在WPS表格软件工作簿的某一列的单元格中依次输入测量时间，在相邻的一列输入对应的速度值(如图甲)。用鼠标选中这些数据，按照“插入”中的“图表”的提示就能一步步地得到所画的图像(如图乙)。 (三)教科版教材实验方案 [差异解读] 1.实验原理的不同：利用传感器实验系统，获取数据，通过计算机软件对数据进行处理，获得一系列的(v，t)数据，利用计算机软件做出v⁃t图像，从而获得小车速度随时间变化的特点。 2.实验器材的改进：利用位移传感器、数据采集器和计算机及力学轨道替代传统的打点计时器和长木板。 3.实验误差的缩小：通过位移传感器和计算机，使实验数据获得的精度高，数据处理迅速。 [三步]学通实验2 把握常见的命题视角—— 规律要“通” 命题视角(一)　实验原理与操作 [典例]　在“测量匀变速直线运动的加速度”的实验中，某同学操作过程中有以下实验步骤： A.拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源； B.将打点计时器固定在长木板上，并连接好电路； C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着适当重量的钩码，放手后看小车能否在长木板上做平稳的加速运动； D.取下纸带； E.把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使附有定滑轮的一端伸出桌面； F.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔； G.换上新纸带，重复操作两次。 (1)其中有错误的步骤是_____；应改正为____________________ _____________________________________。  AD A.先接通电源，再放 开纸带；D.先关闭电源，再取下纸带 [解析]　打点计时器在使用时，为了使打点稳定，同时为了提高纸带的利用率，使尽量多的点打在纸带上，应先接通电源，再放开纸带，A错误。取下纸带前，应先断开电源，D错误。 (2)将改正后的步骤按合理的顺序写在横线上： 步骤顺序为____________。  EBCFADG [解析]　本着先安装器材，后进行实验的思路，如在该实验中，先固定长木板，安装打点计时器，准备完毕开始进行实验，注意要先打点后释放小车，做完一次实验要及时关闭电源，故正确的实验步骤是EBCFADG。 命题视角(二)　数据处理和误差分析 [典例]　在“测量匀变速直线 运动的加速度”的实验中，打点 计时器使用的交流电源的频率为 50 Hz，记录小车运动的一段纸 带如图所示，在纸带上选择A、 B、C、D、E、F六个计数点，相 邻两计数点之间还有四个点未画出。 (1)由纸带提供的数据求出打下点C、E时小车的速度，填入下表： 计数点序号 B C D E 对应的时刻t/s 0 0.1 0.2 0.3 小车的速度v/(m·s-1) 0.25   0.45   0.35 0.55 [解析]　vC====0.35 m/s； vE====0.55 m/s。 (2)根据表中的数据，在下图中作出小车运动的v⁃t图像： [解析]　 画出的v⁃t图像应为一条倾斜的直线，如图所示。 (3)根据作出的v⁃t图线可得小车运动的加速度为_______m/s2。  1.0 [解析]　由图像的斜率可求得加速度a==1.0 m/s2。 [微点拨] 数据处理的规范要求 (1)处理纸带时，一定要分清计时点和计数点，搞清计数点之间的时间T。 (2)明确坐标轴的意义并选取合适标度，既要把数据标注在坐标系中，又要匀称直观，合理分布，大小适中。 (3)如果坐标系中的数据点大致落在一条直线上，作图线时应使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应均匀分布在直线两侧；如果图线是曲线，要用平滑的曲线连接各点。 命题视角(三)　创新考查角度和创新思维 1.(实验器材的创新)用雷达探测一高速飞行器的位置。从某时刻(t=0)开始的一段时间内，该飞行器可视为沿直线运动，每隔1 s测量一次其位置，坐标为x，结果如下表所示： t/s 0 1 2 3 4 5 6 x/m 0 507 1 094 1 759 2 505 3 329 4 233 回答下列问题： (1)根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动，判断的理由是：______________________________；  相邻1 s内的位移之差接近80 m 解析：第1 s内的位移为507 m，第2 s内的位移为587 m，第3 s内的位移为665 m，第4 s内的位移为746 m，第5 s内的位移为824 m，第6 s内的位移为904 m，则相邻1 s内的位移之差接近80 m，可知飞行器在这段时间内做匀加速运动； (2)当x=507 m时，该飞行器速度的大小v=______m/s；  547 解析：当x=507 m时飞行器的速度等于0~2 s内的平均速度， 则v1= m/s=547 m/s； (3)这段时间内该飞行器加速度的大小a=______m/s2(保留2位有效数字)。  79 解析：根据a== m/s2≈79 m/s2。 2.(数据处理的创新)在“测量匀变速直线运动的加速度”的实验中，打点计时器接在50 Hz的低压交流电源上，某同学在打出的纸带上每5个点取一个计数点，共取了A、B、C、D、E、F六个计数点，如图甲所示。从每一个计数点处将纸带剪开分成五段(分别为a、b、c、d、e段)，将这五段纸带由 短到长紧靠，但不重 叠地粘在xOy坐标系 中，如图乙所示，由 此可以得到一条表示v⁃t关系的图线。 (1)请在图乙中用最简洁的方法作出能表示v⁃t关系的图线(作答在图上)，其______(选填“x”或“y”)轴相当于v轴。  y 解析：(1)分别取a、b、c、d、e五段的上方中点，并连线，得到的即为v⁃t图像，如图所示，y轴相当于v轴。 (2)从第一个计数点开始计时，为求出0.15 s时刻的瞬时速度，需要测出_______ (选填“a、b、c、d、e”中的一个)段纸带的长度。  b 解析：t=0.15 s是BC时间段的中间时刻，要求t=0.15 s时的瞬时速度，只需要测b段纸带的长度xb，然后用=，即可得到t=0.15 s 时的瞬时速度。 (3)若测得a段纸带的长度为2.0 cm，e段纸带的长度为10.0 cm，则可求出加速度的大小为_______m/s2。  2.0 解析：a、e段各自中间时刻的瞬时速度分别为va=，ve=，根据a==得a=2.0 m/s2。 [三步]学通实验3 科学有效的训练设计—— 训练要“实” 1.用电磁打点计时器、平板(光滑)、小车等器材探究小车速度随时间变化的规律，如图所示是某同学即将释放小车之前的实验装置图。该装置图中有3处明显错误，它们分别是： (1)_____________________；(2)__________________________；  (3)_____________________________。  细线与平板不平行 打点计时器接的是直流电源 小车离打点计时器的距离太远 解析：打点计时器是一种计时仪器，所用电源为交流电源，因此题图中接直流电源是错误的；细线和平板应平行，而题图中细线和平板不平行，故需要调整它们的位置；实验开始时，小车应紧靠打点计时器，以保证在纸带上打足够多的点，有利于数据的处理与分析，而题图中小车离打点计时器的距离太远，所以此处是错误的，也应该进行调整。 2.在“测量匀变速直线运动的加速度”的实验中，某同学选出了一条清晰的纸带，在相邻两计数点间都有四个计时点，按时间顺序取A、B、C、D、E五个点，用米尺量出B、C、D、E点到A点的距离如图所示，由图可以知道，当电源频率为50 Hz时，A、B两点间的时间间隔是_____s，打下C点时小车 的速度为_____m/s，小车 的加速度为______m/s2。 (保留两位有效数字)  0.10 1.1 4.0 解析：由于两相邻计数点间还有四个点，则计数点间的时间间隔T=5×0.02 s=0.10 s，打下C点时小车的速度vC== m/s =1.1 m/s，小车的加速度a==×10-2 m/s2=4.0 m/s2。 3.在利用打点计时器研究小车做匀变速直线运动特点的实验中，某同学得到一条点迹清晰的纸带，选取便于测量的部分进行研究，把计时起点标为0，往后再每隔4个点标定一个计数点，分别标以1、2、3、4、5、6、7， 如图甲所示。 (1)已知相邻两计数点之间的时间间隔为T，1、2两点之间的距离为x2，2、3两点之间的距离为x3，则打下计数点2时小车的瞬时速度为 _________。  解析：由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度知，v2=。 (2)该同学根据测量数据计算出小车的速度并记入下表。请在如图乙所示的坐标纸上，根据表中数据作出小车运动的v⁃t图像；由图像可求得小车加速度的大小a=_____m/s2。  2.0 计数点 0 1 2 3 4 5 6 时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 速度v/(m·s-1)   0.81 1.00 1.20 1.39 1.60 1.80 解析：依据表中数据描点连线，v⁃t图像如图所示，由图像的斜率表示加速度知，a= m/s2=2.0 m/s2。 4.某同学用如图甲装置研究小车在不同接触面上的运动情况。该同学将小车以适当的初速度释放后，用打点计时器记录小车的运动情况。通过反复实验得到一系列打上点的纸带，并最终选择了如图乙所示的一条纸带(附有刻度尺)进行测量。(测量和计算结果均保留小数点后两位) (1)如表为A、B、C、…、J各点对应的刻度值，按照正确的读数方法填写E点对应的刻度值(单位：cm)。 A B C D E F G H I J 13.20 11.38 9.60 7.80   4.40 3.00 1.80 0.80 0.00 6.00 解析：根据读数规则，E点的读数为6.00 cm。 (2)已知打点的时间间隔为0.02 s，根据以上数据，在纸带上打C点时小车的速度大小vC=_______m/s；  解析：vC=≈0.90 m/s。 0.90 (3)对纸带E、J两点间小车的运动作出v⁃t图像，根据图像可知小车的速度变化情况为_________，并求出它的加速度大小为_____m/s2。  均匀减小 5.00 解析：分别求出F、G、H、I对应的速度 vF==0.75 m/s vG==0.65 m/s vH==0.55 m/s vI==0.45 m/s 若F、G、H、I对应时间分别为0.02 s，0.04 s，0.06 s，0.08 s。 建立关于v、t的坐标系，将F、G、H、I对应速度与时间在坐标系中描点，并过这些点作v⁃t图像，如图所示，从而判断小车的速度在均匀减小，由图线的斜率得到加速度的大小为5.00 m/s2。 本课结束 $$