第2章 第1节 匀变速直线运动的研究-【优学精讲】2024-2025学年高中物理必修第一册教用课件(教科版)

第二章　匀变速直线运动的规律 第1节　匀变速直线运动的研究 1 课前 知识梳理 1 典例 分类讲解 2 随堂 巩固落实 3 内容 索引 课前 知识梳理 PART 01 第一部分 3 一、匀变速直线运动 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。 课前 知识梳理 返回导航 二、实验：研究小车的运动 方案一　用打点计时器进行研究 1．实验思路 课前 知识梳理 返回导航 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。 3．实验步骤 (1)如图所示，把附有滑轮的长木板放在实验桌上，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。 课前 知识梳理 返回导航 (2)把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上钩码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面。 (3)把小车停在靠近打点计时器处，接通电源，待它稳定工作后释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列小点。 (4)换上新的纸带，重复实验两次。 (5)增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验。 课前 知识梳理 返回导航 4．数据记录 测量纸带上的数据，进行必要的计算，将结果填入表格中。 课前 知识梳理 返回导航 5.数据分析 (1)图像法 把某段区间的平均速度当作中间时刻的瞬时速度，由多组数据描绘出v－t图像，v－t图像中直线的斜率即为物体运动的加速度。此法有利于减小偶然误差，并能剔除误差较大的数据。 课前 知识梳理 返回导航 (2)计算法 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。 课前 知识梳理 返回导航 方案二　用位移传感器进行研究 利用传感器实验系统，我们可以在计算机屏幕上直接获得相关实验结果。 实验系统包括位移传感器、数据采集器、计算机、力学轨道、小车等。其结构示意图如图所示。 课前 知识梳理 返回导航 首先，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。 课前 知识梳理 返回导航 然后，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。 在完成上述准备工作后，开始实验。点击软件“开始”按钮的同时，释放小车，表格自动记录数据。 获得数据后，通过计算机软件对数据进行处理，我们就得到了一系列的(vi，ti)数据。在软件的绘图设置对话框中，将横轴设置为t，纵轴设置为v，可以生成v－t的散点图；利用软件的图像分析中的“线性拟合”功能，得到v－t图像。 课前 知识梳理 返回导航 典例 分类讲解 PART 02 第二部分 14 题型一　用打点计时器进行研究 角度1　实验操作与注意问题 　　　(1)在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，给你以下器材：电磁打点计时器、电池组、纸带、复写纸、小车、钩码、细绳、一端附有定滑轮的长木板。其中不需要的器材是________，还需要增添的器材有__________________________。 [解析]　电磁打点计时器使用低压交流电源，所以不需要的器材是电池组。为了得到小车的运动规律，还需要刻度尺来测量计数点之间的距离，所以还需要低压交流电源、刻度尺。 电池组　 低压交流电源、刻度尺　 典例 分类讲解 返回导航 (2)关于“探究小车速度随时间变化的规律”这一实验，下列说法正确的是________。 A．长木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低 B.在释放小车前，小车应靠近打点计时器 C．应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车 D．打点计时器应接在低压直流电源上 E．小车运动时要保持纸带与打点计时器平面、木板平行 F．作vt图像时，应先描点后连线，并且要把描出的所有点都连接起来 √ √ √ 典例 分类讲解 返回导航 [解析]　长木板不能侧向倾斜，但是可以一端高一端低，故A错误； 在释放小车前，小车应尽量靠近打点计时器，以便能在纸带上打出更多的点，有利于实验数据的处理，故B正确； 实验中应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车，故C正确； 打点计时器应接在低压交流电源上，故D错误； 小车运动时要保持纸带与打点计时器平面、木板平行，故E正确； 作vt 图像时，让尽量多的点落在图线上，不在图线上的点均匀分布在图线的两侧，不要求所有的点都在图线上，故F错误。 典例 分类讲解 返回导航 角度2　瞬时速度的求解 　　(2024·青海西宁阶段练)某一学习小组的同学想通过打点计时器在纸带上打出的点迹来探究小车速度随时间变化的规律，实验装置如图甲所示。 典例 分类讲解 返回导航 (1)常见的打点计时器有两种：_______________和____________，它们使用的都是____________(选填“直流”或“交流”)电源，当电源频率为50 Hz时，每隔__________s打一个点。 电磁打点计时器　 电火花计时器　 交流　 0.02　 典例 分类讲解 返回导航 (2)关于本实验，下列说法正确的是______________________。 A．释放纸带的同时，接通电源 B．先接通电源打点，后释放纸带运动 C．先释放纸带运动，后接通电源打点 D．纸带上的点迹越密集，说明纸带运动的速度越小 [解析]　先接通电源打点，待打点稳定后，再释放纸带运动，这样在纸带上可得到更多的数据，A、C错误，B正确； 纸带上的点迹越密集，说明纸带运动的速度越小，D正确。 √ √ 典例 分类讲解 返回导航 (3)要测量小车的速度，除打点计时器(含所用电源、纸带、墨粉纸盘)外还必须使用的测量工具是__________________。 [解析]　要测量小车的速度，除打点计时器(含所用电源、纸带、墨粉纸盘)外还必须使用的测量工具是刻度尺，用刻度尺测量纸带上点迹间的距离。 刻度尺　 典例 分类讲解 返回导航 (4)该小组在规范操作下得到一条点迹清晰的纸带如图乙所示，在纸带上依次选出7个计数点，分别标上O、A、B、C、D、E和F，每相邻的两个计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源的频率是50 Hz。   每相邻两计数点的时间间隔为________s，如果测得C、D两点间距x4＝2.70 cm，D、E两点间距x5＝2.90 cm，则打D点时小车的速度vD＝____________m/s(结果保留3位有效数字)。 0.1　 0.280 典例 分类讲解 返回导航 典例 分类讲解 返回导航 角度3　利用速度图像求加速度 　　　(2024·云南昭通阶段练)小华同学在“研究匀变速直线运动”的实验中，将打点计时器固定在某处，在绳子拉力的作用下小车拖着穿过打点计时器的纸带在水平木板上运动，如图1所示。由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带的一段，如图2所示，在打点计时器打出的纸带上确定出八个计数点，相邻两个计数点之间的时间间隔为0.1 s，并用刻度尺测出了各计数点到0计数点的距离，图中所标数据的单位是cm。 典例 分类讲解 返回导航 (1)小华利用家庭电源来做实验，因此应该选择________计时器，工作电压为________。 [解析]　由于直接利用家庭电源来做实验，所以应选择电火花计时器，其工作电压为220 V。 电火花　 220 V　 典例 分类讲解 返回导航 (2)根据纸带提供的信息，小华同学已经计算出了打下1、2、3、4、5这五个计数点时小车的速度，请你帮助他计算出打下计数点6时小车的速度(结果保留3位有效数字)并填入下表。 计数点 1 2 3 4 5 6 t/s 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 v/(m· s－1) 0.358 0.400 0.440 0.485 0.530   0.570　 典例 分类讲解 返回导航 典例 分类讲解 返回导航 (3)以速度v为纵轴、时间t为横轴在坐标纸上建立直角坐标系，根据表格中的数据，作出小车的vt图像如图3所示。根据vt图像可知，小车运动的加速度为________m/s2(保留2位有效数字)。 0.42 典例 分类讲解 返回导航 题型二　用位移传感器进行研究 　　　(2024·上海市建平中学校考阶段练)学生正在完成实验“利用DIS测量变速直线运动的位移和平均速度”。 (1)在学校的DIS实验室中拥有下列设备： A．光电门 B．位移传感器的接收器 C．位移传感器的发射器 D．数据采集器 典例 分类讲解 返回导航 在实验装置架设时，应该将________固定在导轨的一端，而将________固定在实验小车上。实验前，应将位移传感器发射器的发射口与接收器的接收口对齐，并确保接收器已经连接________，后者通过USB接口将数据传到电脑。(均选填“A”“B”“C”或“D”) [解析]　根据实验原理可知，在实验装置架设时，应该将光电门固定在导轨的一端，而将位移传感器的发射器固定在实验小车上。实验前，应将位移传感器发射器的发射口与接收器的接收口对齐，并确保接收器已经连接数据采集器。 A　 C　 D　 典例 分类讲解 返回导航 (2)先后将实验界面图中“AB”“AD”“CD”选定为研究区域，观察实验界面下方速度窗口中显示的数值。请根据你的计算，在下表中填入对应区域的速度。(结果均保留3位有效数字) 研究区域 速度v/(m·s－1) AB ________ AD ________ CD ________ 0.250　 0.300　 0.375 典例 分类讲解 返回导航 典例 分类讲解 返回导航 典例 分类讲解 返回导航 随堂 巩固落实 PART 03 第三部分 34 √ 1．(多选)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，下列方法中有助于减小实验误差的是(　　) A．选取计数点，把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位 B．使小车运动的加速度尽量小些 C．舍去纸带上开始时密集的点，只利用点迹清晰、点之间间隔适当的那一部分进行测量、计算 D．适当增加挂在细绳下槽码的个数 √ √ 随堂 巩固落实 返回导航 解析：选取计数点的间隔较大，在用刻度尺测量这些点间的间隔时，在一次测量绝对误差基本相同的情况下，相对误差较小，故A正确； 在实验中如果小车运动的加速度过小，打出的点就很密，长度测量的相对误差较大，测量的准确度会降低，因此小车运动的加速度适当大一些较好，如果小车的加速度控制较好，那么以能在50 cm长的纸带上清楚地取出7～8个计数点为宜，故B错误； 为了减小长度测量的相对误差，舍去纸带上过于密集，甚至分辨不清的点是必要的，故C正确； 若适当增加挂在细绳下槽码的个数，则意味着适当增大小车运动的加速度，故D正确。 随堂 巩固落实 返回导航 √ 2．(多选)如图是用电磁打点计时器探究小车速度随时间变化的规律时得到的一条纸带，测量出AB＝1.20 cm，AC＝3.60 cm，AD＝7.20 cm，计数点A、B、C、D中，每相邻两个计数点之间有四个点未画出。以下说法正确的是(　　) A．电磁打点计时器打出的纸带只能记录时间而不能记录位移 B．若电源频率f＝50 Hz，则相邻的两个计数点之间的时间间隔为0.10 s C．若电源频率f＝50 Hz，则打下B点时小车的速度vB＝0.20 m/s D．本实验也可以采用电火花计时器 √ 随堂 巩固落实 返回导航 解析：利用打点计时器打出的纸带既可以记录时间，又可以记录位移，故A错误； 电源频率f＝50 Hz时，电磁打点计时器打点的周期为0.02 s，相邻两个计数点间有4个点未画出，即两个计数点间的时间间隔为T＝0.10 s，故B正确； 用电磁打点计时器探究小车速度随时间变化的规律时，可以选用电磁打点计时器，也可以选用电火花计时器，故D正确。 随堂 巩固落实 返回导航 平均速度　 减小 随堂 巩固落实 返回导航 解析：根据瞬时速度的定义可知，v实质上是滑块通过光电门的平均速度，要使瞬时速度的测量值更接近于真实值，可将挡光片的宽度减小一些。 随堂 巩固落实 返回导航 4．(2023·贵州贵阳阶段练)如图所示的A、B、C三条纸带，是某同学练习使用打点计时器时得到的纸带(纸带的左端连接小车)，电源频率为50 Hz。   (1)从点迹的分布情况可以断定：纸带________是匀速通过打点计时器的，纸带__________是越来越快的，纸带__________是开始越来越快，后来又越来越慢的。(均选填“A”“B”或“C”) 解析：打点计时器打点的时间间隔相同，若纸带做匀速运动，则打出的点间距是相等的，若纸带做加速运动，则打出的点间距越来越大，若纸带做减速运动时，则打出的点间距越来越小。 A　 B　 C　 随堂 巩固落实 返回导航 (2)图中纸带C是舍去前面比较密的点，从0点开始，每5个连续点取1个计数点，标以1，2，3，4，5，…那么相邻两个计数点之间的时间间隔为________s。各计数点之间的距离如图所示，则小车通过“1”计数点的速度v1＝______m/s，通过“3”计数点的速度v3＝______m/s。(后两空结果均保留3位有效数字) 0.1　 0.135　 0.180 随堂 巩固落实 返回导航 随堂 巩固落实 返回导航 [解析]　根据题意可知，选定一定区域后，小车的速度对应的是一段位移或一段时间的速度，为平均速度，则由公式＝可得，小车在AB区域的速度为AB＝ 代入数据解得AB≈0.250 m/s 小车在AD区域的速度为AD＝ 代入数据解得AD≈0.300 m/s 小车在CD区域的速度为CD＝ 代入数据解得vCD≈0.375 m/s。 $