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

该高中物理课件围绕匀变速直线运动展开，涵盖定义、v-t图像及实验研究，通过“判一判”和v-t图像情境导入，帮助学生区分匀速与匀变速，搭建从概念到实验的学习支架。 其亮点在于以科学探究为核心，通过打点计时器实验、逐差法与v-t图像法处理数据，培养科学思维中的模型建构与科学论证能力。结合列车运动等实例，强化物理观念应用，学生能提升实验操作与数据分析能力，教师可依托系统流程高效教学。

2.1　匀变速直线运动的研究 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.进一步练习使用打点计时器。 2.会利用平均速度求瞬时速度。 3.会利用逐差法和v－t图像法求加速度。 4.知道误差、有效数字的概念，能简单分析实验误差产生的原因。 1.科学探究 通过实验用理论联系实践，对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思。 2.关键能力 通过讨论交流，提升科学论证能力。 一、匀变速直线运动 1.定义：沿着一条直线，且____________的运动。加速度不变指加速度大小、方向均不变。 2.v－t图像：匀变速直线运动的v－t图像是一条____________。 3.特点：(1)运动轨迹是直线。 加速度不变 倾斜的直线 4.分类 (1)匀加速直线运动：速度随时间__________。 (2)匀减速直线运动：速度随时间__________。 均匀增加 均匀减小 [判一判] (1)速度增大的运动是匀加速直线运动。( ) (2)速度减小的运动一定是匀减速直线运动。( ) (3)速度均匀增加(或减小)的运动是匀变速直线运动。( ) × × √ 二、实验：研究小车的运动 1.实验目的 (1)利用打点纸带研究小车的运动情况，分析小车的速度随时间变化的规律。 (2)会用图像法处理实验数据。 2.实验原理 (1)计算瞬时速度 (2)根据v－t图像判断速度的变化规律 用描点法可作出小车的v－t图像，根据图像的形状可判断小车的运动性质。利用v－t图线的斜率可求出小车的加速度。 3.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。 4.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。 (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，先启动计时器，然后释放小车，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，随后关闭电源。 (4)增减所挂钩码的个数(或在小车上放置重物)，换上新的纸带，按以上步骤再做两次实验。 5.数据处理 (1)瞬时速度的计算 ①从几条纸带中选择一条点迹最清晰的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个点，作为计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标明0、1、2、3、4、…如图所示。 ②依次测出01、02、03、04、…的距离x1、x2、x3、x4、…，填入表中。 位置 1 2 3 4 5 6 长度 x1 x2 x3 x4 x5 x6             各段长度 0～2 1～3 2～4 3～5 4～6 —           — 时间间隔           — v/(m·s－1)           — 在描点时最好用坐标纸，使图线占据坐标平面的大部分面积。 ③连线：画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点舍去，如图所示。 ④观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律。 (3)求解加速度 6.误差分析 (1)根据纸带测量的位移有误差。 (2)作v－t图像不准确有误差。 (3)长木板的不同部位粗糙程度不完全相同。 四个物体运动的v－t图像如图所示。 ■情境导入 探究 匀变速直线运动的特点及v－t图像 (1)它们分别做什么运动？ (2)匀加速直线运动的v－t图像斜率一定为正值吗？匀减速直线运动的v－t图像斜率一定为负值吗？ 答案　(1)甲做匀速直线运动；乙做匀加速直线运动；丙做匀减速直线运动；丁做反向匀加速直线运动。 (2)不一定。　不一定。 ■归纳拓展 1.匀变速直线运动的特点 (1)加速度a恒定不变。 (2)v－t图像是一条倾斜直线。 2.v－t图像与物体的运动 (1)匀速直线运动的v－t图像是一条平行于时间轴的直线。 (2)匀变速直线运动的v－t图像是一条倾斜的直线，如图所示，a表示匀加速直线运动，b表示匀减速直线运动。 ①v－t图线的斜率的绝对值等于物体的加速度的大小，斜率的正、负表示加速度的方向。 ②v－t图线与纵轴的交点的纵坐标表示物体的初速度。 (3)非匀变速直线运动的v－t图像是一条曲线，曲线上某点切线的斜率等于该时刻物体的加速度。 图甲、乙中，速度v随时间t的增加都增大。 甲图中，在相等的时间Δt内Δv2>Δv1，加速度增大；乙图中，在相等的时间Δt′内Δv2′<Δv1′，加速度减小。 [例1] 中国青年网消息，被称作“最能装”的8 A型列车在北京正式亮相，如图所示，最大载客量达到3 456人。该列车匀减速进站，停靠一段时间后又匀加速(同方向)出站，在如图所示的四个v－t图像中，正确描述了列车运动情况的是(　　) 解析　匀变速直线运动的v－t图像是倾斜直线，A错误；列车先匀减速，后速度为零，再匀加速，D错误；由于列车前后运动方向一致，故B正确，C错误。 答案　B [针对训练1] (多选)关于匀变速直线运动中加速度的正负，下列说法中正确的是(　　) A.匀加速直线运动中，加速度一定是正值 B.匀减速直线运动中，加速度一定是负值 C.在匀加速直线运动中，加速度也有可能取负值 D.只有在规定了初速度方向为正方向的前提下，匀加速直线运动的加速度才取正值 解析　加速度的正负取决于正方向的选取，加速度方向与规定的正方向相同时加速度为正值，反之为负值，所以无论是匀加速运动还是匀减速运动，加速度有可能是正值，也有可能是负值，选项A、B错误，C正确；当规定初速度方向为正方向时，匀加速直线运动中的加速度与速度方向相同，故取正值，选项D正确。 答案　CD [例2] 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中， 探究 科学探究之实验操作 (1)实验室提供了以下器材：电火花计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、交流电源、停表、弹簧测力计。其中在本实验中不需要的器材是________。 (2)按照实验进行的先后顺序，将下述步骤的代号填在横线上__________。 A.把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面 B.把打点计时器固定在长木板没有滑轮的一端，并连好电路 C.换上新的纸带，再重做两次实验 D.把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面 E.使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动 F.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码 G.断开电源，取出纸带 解析　(1)本实验需要测量的物理量是位移和时间，用打点计时器打出的纸带上的点就可以算出时间，用刻度尺可以测出两点间的距离，因此，不需要弹簧测力计和停表。 (2)根据实验的步骤，正确的顺序应为DBFAEGC。 答案　(1)弹簧测力计、停表　(2)DBFAEGC [针对训练2] 用电磁打点计时器、光滑平板、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)________________________________________________________________。 解析　电磁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；细线和光滑平板应平行，而题图中细线和光滑平板不平行，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。 答案　(1)细线与光滑平板不平行 (2)打点计时器接的是直流电源 (3)小车离打点计时器的距离太远 [例3] 如图甲所示的(图中长木板水平固定)是高中物理常用的力学实验装置，现用该装置完成“探究小车速度随时间变化的规律”。 探究 科学探究之实验设计 甲 (1)图乙中的实验照片是否有实验错误、不合理或不必要之处？若存在问题，请指明问题所在。 乙 (2)下列哪些措施能有助于减小实验的误差__________。 A.选用输出电压稳定性更佳的恒定电源 B.选用输出电压变化周期更稳定的交流电源 C.调节滑轮高度，使拉线与长木板平行 D.实验中满足钩码质量m远小于小车的质量M 解析　(1)照片A：实验有错误之处，选用蓄电池作为电源。照片B：实验有不合理之处，小车起始点离打点计时器过远。 (2)选用输出电压稳定性更佳的恒定电源，打点计时器不能计时，A错误；选用输出电压变化周期更稳定的交流电源可使打点周期稳定，减小误差，B正确；调节滑轮高度，使拉线与长木板平行，可减小误差，C正确；测定小车的速度不需要满足钩码的质量m远小于小车的质量M，D错误。 答案　(1)见解析　(2)BC [针对训练3] 如图所示是小球沿斜面滚下的频闪照片，照片中每两个相邻小球像的时间间隔是0.1 s，这样便记录了小球运动的时间。设开始时的位置为0，依次为位置1、2、3、4、5，小球运动的位移可以用刻度尺测量。小球在位置1、2、3、4的速度分别最接近________ m/s、________ m/s、________ m/s、________ m/s，小球滚下过程的加速度为________ m/s2。(小数点后保留2位数字) 解析　利用图中给出的数据，可以求得各段的平均速度。两相邻小球像的时间间隔为0.1 s，而平均速度最接近中间时刻的瞬时速度，则有 答案　0.80　1.15　1.50　1.85　3.50 (2)在相等时间内的速度变化量相等，即eq \f(Δv,Δt)＝常量，即加速度恒定不变。 使用毫米刻度尺测量每个计数点与第一个计数点间的距离，得出每相邻两个计数点间的距离Δx1、Δx2、Δx3……，如图所示。由于各计数点的时间间隔比较短，可以用平均速度来代替瞬时速度。即v1＝eq \f(Δx2＋Δx1,2T)，v2＝eq \f(Δx2＋Δx3,2T)，……。 ③1、2、3、4、…各点的瞬时速度分别为：v1＝eq \f(x2,2T)、v2＝eq \f(x3－x1,2T)、v3＝eq \f(x4－x2,2T)、v4＝eq \f(x5－x3,2T)……。将计算得出的各点的速度填入表中。 ④根据表格中的数据，分析速度随时间变化的规律。 (2)作出小车运动的v－t图像 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：描点时要用平行于两坐标轴的虚线标明该点的位置坐标。(所描的点一般用“·”标明) 根据所画v－t图像的斜率，求出小车运动的加速度a＝eq \f(Δv,Δt)。 计算小车的加速度时，应选取相距较远的两点，可以减小误差。 v2＝eq \o(v,\s\up6(－))13＝eq \f(（30.0－7.0）×10－2,0.2) m/s＝1.15 m/s v3＝eq \o(v,\s\up6(－))24＝eq \f(（46.0－16.0）×10－2,0.2) m/s＝1.50 m/s v4＝eq \o(v,\s\up6(－))35＝eq \f(（67.0－30.0）×10－2,0.2) m/s＝1.85 m/s 以位置0对应时刻为0，由以上数据作出v－t图像如图所示。在v－t图像上取相距较远的两点v1＝0.80 m/s，t1＝0.1 s，v4＝1.85 m/s，t4＝0.4 s，则a＝eq \f(Δv,Δt)＝eq \f(v4－v1,t4－t1)＝eq \f(1.85－0.80,0.4－0.1) m/s2＝3.50 m/s2，故小球滚下过程的加速度为3.50 m/s2。 $