2.1匀变速直线运动的研究 课件-2026-2027学年高一上学期物理教科版必修第一册

探究小车速度随时间变化的规律实验思路研究小车在重物牵引下速度随时间变化的规律，需要测量小车在不同时刻的瞬时速度。打点计时器每隔0.02秒在纸带上打出一个点，我们可以根据纸袋上点间距离及时间间隔计算出纸袋上不同位置的速度，而这些位置也同时对应于不同时刻。让小车拖着纸袋一起运动，就能获得测量小车速度的时代了。进行实验，把小车停在靠近打点计时器的位置，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草码的细绳，启动打点计时器，然后放开小车，立即关闭电源，取下纸袋，舍掉纸袋开头一些过于密集的点，从能够看清的点中选定一个点作为计时起点。0可以选择每五个点为一个计数点，依次编号123。用刻度尺测量计时起点0到123等计数点间的距离，利用第一章第三节所学的方法得出各计数点的速度，即用较短时间内的平均速度代表瞬时速度。更换纸袋，改变草码质量，用同样的方法再进行两次实验。以时间T为横轴，速度V为纵轴，建立直角坐标系，根据表中的VT数据在坐标系中描点，并将各数据点平滑连接。可以看出每次实验的数据几乎分布在一条直线上，即小车的VT图像是一条倾斜的直线。实验结论，小车在重物牵引下，速度随时间均匀增加。注意事项，计数点的时间间隔可以选取五个，也可以选择两个或者三个等等，但是选取的相邻计数点间的时间间隔必须相同。作图时要尽可能使更多的点在一条直线上，如果有些点难以落在线上，应该使它们大致均匀的分布在线的两侧。 把一端带有滑轮的长导轨平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面。把打点计时器固定在长导轨上。小车的后面固定一条纸带。把纸袋的另一端穿过打点计时器的限位孔。再把小车停在靠近打点计时器的位置，小车前端的细线绕过滑轮，然后把钩码放在小车上。再把铁钩和草码挂在细线的下面。接着先接通电源。启动打点计时器，然后放开小车，让他拖着纸袋运动。于是打点计时器在纸带上打下一行小点，随后立即关闭电源，更换纸带，依次增加草码，重复上述步骤两次，再得到两条纸袋。 处理纸袋时，舍掉开头比较密集的点，找一个适当的点作为计时起点。零每隔0.1秒计算一次瞬时速度。则在纸袋上的零后面每五个点取一个计数点，依次标出计数点1234567，用刻度尺测出两相邻计数点间的距离。德耳塔X就可以根据公式V等于德尔塔X除以德尔塔T计算出每个计数点的瞬时速度。将数据记录在表格中，我们可以用图像来分析物体运动的速度与时间的定量关系，以时间T为横轴，速度V为纵轴，建立直角坐标系。根据表格中的数据在坐标系中描点作出图像，可以看出，小车运动的VT图像是一条倾斜的直线，说明小车的速度随时间均匀增加，即小车运动的加速度不变。 第二章 匀变速直线运动的规律 匀变速直线运动的研究 2 进一步练习使用打点计时器，会利用纸带求平均速度和瞬时速度。 3 掌握实验中判断匀变速直线运动的两种方法，会利用纸带判断小车的运动情况。 1 知道匀变速直线运动的概念及分类。 重点 难点 匀变速直线运动 一 如图所示为一物体的v－t图像，物体的加速度随时间如何变化？速度随时间如何变化？ v t O Δt1 Δv1 t1 v1 t2 v2 t3 v3 t4 v4 t5 v5 Δt2 Δv2 Δt3 Δv3 物体运动的加速度保持不变，速度随时间均匀变化。 观察与思考 1.定义： 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， 保持不变。 2.分类 速度 加速度 匀减速 要点归纳 　 1.(多选)(2024·衡阳市高一期中)关于匀变速直线运动，下列说法正确的是 A.匀变速直线运动是速度随时间均匀变化的运动 B.匀变速直线运动是速度的变化率恒定的运动 C.匀变速直线运动的v-t图像是一条倾斜的直线 D.速度先减小再增大的运动一定不是匀变速直线运动 匀变速直线运动是速度随时间均匀变化的运动，A正确；匀变速直线运动是速度的变化率恒定即加速度恒定的运动，B正确；匀变速直线运动的v-t图像是一条倾斜的直线，C正确；对于速度先减小再增大的运动，若加速度不变，则该运动可能是匀变速直线运动，D错误。 √ √ √ 例题 实验：研究小车的运动 二 物体的运动通常比较复杂、运动规律也各不相同。 我们如何探索物体运动的规律呢？ 行星的运行 钱塘江大潮 C919起飞 观察与思考 寻求一种运动的特点和规律，一般要从某个具体事例开始。 这一节我们研究小车在重物牵引下的运动，看看小车的速度是怎样随时间变化的。 要研究小车的速度随时间变化的规律， 我们该如何设计这个实验？ 选用什么器材？ 又要测量哪些物理量？ 一、实验思路 1.实验目的： 2.实验方案：用钩码通过细绳绕过定滑轮来拉小车 探究小车速度随时间变化的规律. 方案一：用打点计时器进行研究 3.物理量的测量 4.通过研究纸带上的信息，就可以知道小车运动的速度随时间变化的规律。 需要测量小车运动不同时刻的速度 测量位移和时间 刻度尺测量位移 由纸带直接读出时间 小车拖动纸带运动，打点计时器打出点迹 二、实验装置 小车、附有滑轮的长木板、打点计时器、纸带、细绳、钩码、 、坐标纸、 电源。 交流 刻度尺 一端附有定滑轮的长木板 钩码 纸带 小车 细绳 打点计时器 三、进行实验 1.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______________________，待它稳定工作后 (均选填“开启打点计时器的电源”或“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。 开启打点计时器的电源 释放小车 四、数据分析 (1)记录数据 取某计数点相邻两计数点，算出此段的平均速度，该点的瞬时速度近似等于此段的平均速度( 注意估读、单位以及有效数字)。 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)分析数据 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 ，则小车的运动是匀变速直线运动。 相等 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 ，则该运动是匀变速直线运动。 倾斜的直线 (1)以纸带上某一点为中心，取两边时间间隔相等的两点，求这个区间的平均速度。例如以如图所示的纸带上的C点为中心，分别取OF、AE、BD段，求这些区段的平均速度。它们相等吗？能得出什么结论？ 这些区段的平均速度都相等。 结论：某段区间的平均速度等于该区间中间时刻的瞬时速度，即=vPQ的中间时刻。 (2)观察上述表格中各相邻计时点的位移数值并计算每一对相邻的相等时间间隔内，后面的位移减去前面的位移，有什么特点？ 相邻的相等时间间隔内的位移差为常数。它常常用来作为判断物体是否做匀变速直线运动的依据。 思考与讨论 五、注意事项 (1)开始释放小车时，应使小车 (填“靠近”或“远离”)打点计时器。 (2)先 ，等打点稳定后，再 。(均选填“启动打点计时器”或“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。 靠近 启动打点计时器 放开小车 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。 2.实验步骤 (1)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。 方案二：用位移传感器研究小车的运动 (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)利用计算机软件的图像分析中的“线性拟合”功能，得到v-t图像。 在本实验中，不需要测量小车和重物的质量，因此不需要天平，电磁打点计时器使用的是低压交流电源，因此不需要直流电源，同时电磁打点计时器记录了小车的运动时间，因此不需要秒表。测量点迹间的距离需要刻度尺，所以还需要的器材是：C、I。 　2.在“研究小车的运动”的实验中， (1)实验室中给出了下列器材。 A.电磁打点计时器　B.天平　C.低压交流电源　D.低压直流电源　E.细绳和纸带　F.重物和小车　G.秒表　H.一端有滑轮的长木板　I.刻度尺 已经选出的器材有A、E、F、H，还需要　　　。 C、I 例题 步骤有错误的是C，应先启动电磁打点计时器，再释放小车。根据组装器材、进行实验、数据处理的顺序知，操作步骤顺序为：BECDA。 (2)某同学按照以下步骤进行操作： A.换上纸带重复做三次，选择一条较为理想的纸带； B.将电磁打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，接上低压交流电源； C.把小车停在靠近电磁打点计时器的地方，先释放小车，再启动电磁打 　点计时器； D.断开电源，取下纸带； E.把一条细绳拴在小车前端，细绳跨过滑轮挂上重物，把纸带固定在小 　车后端并让纸带穿过电磁打点计时器。 以上步骤有错误的是　　(填步骤前的字母)，应更正为_______________ 　　　　　 　　　　；步骤合理的顺序是　　　　(填步骤前的字母)。 C 先启动电磁打点 计时器，再释放小车 BECDA 　 3.(2023·眉山市高一期末)在用电火花打点计时器(频率为50 Hz)“研究匀变速直线运动”的实验中，如图甲所示的是一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，两相邻计数点间还有四个点未画出。 (1)已求出vB=1.25 m/s，还可求出vC=　 　m/s，vD=　 　m/s； 甲　　　　　　　　　乙 2.27 3.29 例题 (2)利用求得的数值在图乙中作出小车的v-t图线(以打A点时开始计时)，并根据作出的图线求出小车运动的加速度a=　 　m/s2； 乙 10.2 (3)将图线延长与纵轴相交，交点的纵坐标大约是0.23 m/s，此速度的物理意义是：　　　　　　　　　　　　 　　　　　。 打点计时器打下点A时纸带对应的速度 探究小车速度随时间变化的规律 实验思路 实验器材 进行实验 数据分析 注意事项 方案二：用位移传感器研究小车的运动 数据分析注意事项 操作步骤注意事项 图像法：作出小车运动的v－t图像 实验步骤1、2、3、4 打点计时器(带导线)、交变电源、纸带、一端带有定滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、复写纸、坐标纸 用钩码牵引小车在长木板上运动，分析纸带，计算小车不同时刻瞬时速度 方案一：用打点计时器进行研究 硬件系统连接和调试 软件系统进行设置 数据处理 实验 (1)依题意，可知两相邻计数点间的时间间隔为T=0.1 s； C点为BD的中间时刻，由中间时刻的瞬时速度等于平均速度。 可知C点速度为vC===2.27 m/s D点瞬时速度为vD===3.29 m/s (2)经过描点连线，如图所示 v-t图线的斜率表示加速度， 则加速度a=k===10.2 m/s2 (3)将图线延长与纵轴相交，交点的纵坐标是0.23 m/s，此速度的物理意义是：打点计时器打下点A时纸带对应的速度。 Keep Thinking! 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