專題四勻變速直線運動的實驗研究 【典例精析+知識精講】 高一物理備課精研課件（2019人教版必修第一冊）

2.8專題四、勻變速直線運動的實驗研究第二章勻變速直線運動的研究一、基本原理與操作(1)練習(xí)正確使用打點計時器(2)會利用紙帶求勻變速直線運動的瞬時速度、加速度(3)會利用紙帶探究小車速度隨時問變化的規(guī)律，并能畫出小車運動的v-t圖象，根據(jù)圖象求加速度。電火花計時器(或電磁打點計時器)、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙片．實驗?zāi)康膶嶒炂鞑囊?、基本原理與操作⑴作用：計時儀器，接頻率為50Hz交變電流，每隔0.02s打一次點。認識“兩種儀器”電磁打點計時器：4～6V交流電源⑵工作條件電火花計時器：220V交流電源區(qū)別“兩種點”——計時點和計數(shù)點計數(shù)點是人們根據(jù)需要選擇一定數(shù)目的點，兩個相鄰計數(shù)點間的時間間隔由選擇點的個數(shù)而定。計時點是打點計時器打在紙帶上的實際點，兩相鄰點間的時間間隔為0.02s；一、基本原理與操作原理裝置圖操作要領(lǐng)實驗原理與操作(1)平行：細繩、紙帶與長木板平行(2)靠近：小車釋放前，應(yīng)靠近打點計時器的位置(3)先后：實驗時先接通電源，后釋放小車；實驗后先斷開電源，后取下紙帶(4)適當：懸掛鉤碼要適當，避免紙帶打出的點太少或過于密集二、數(shù)據(jù)處理與分析在紙帶上測出各個連續(xù)相等的時間T內(nèi)的位移分別是x1、x2、…、xn。(1)如果x1＝x2＝…＝xn，則物體做勻速直線運動。(2)如果x2－x1＝x3－x2＝…＝xn－xn－1≠0，即在連續(xù)相等時間內(nèi)的位移差相等，則物體做勻變速直線運動；如果不相等，則物體做變加速直線運動。應(yīng)用紙帶判斷物體的運動性質(zhì)：

應(yīng)用紙帶求解物體的速度：二、數(shù)據(jù)處理與分析

應(yīng)用紙帶求解物體的加速度：(1)v--t圖像法：利用求得的多個速度值及對應(yīng)時刻描繪出v--t圖像，則v--t圖線的斜率即為物體的加速度。

三、教材原型實驗【例題1】在某次實驗中，如圖甲所示為一次記錄小車運動情況的紙帶，其中A、B、C、D、E為相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔T＝0.1s。(1)根據(jù)紙帶信息可判定小車做_______________運動。(2)計算各點瞬時速度：vB＝________m/s，vC＝_______m/s，vD＝________m/s。(3)以打A點為計時起點，在圖乙所示坐標中作出小車的v--t圖線，并根據(jù)圖線求出a＝________。(4)圖線與縱軸交點的物理意義是________________________。解析：勻加速直線運動0.1380.2460.390表示計數(shù)點A對應(yīng)的速度大小1.26m/s2

三、教材原型實驗解析：【例題2】如圖所示是某同學(xué)測量勻變速直線運動的加速度時，從若干紙帶中選中的一條紙帶的一部分，他每隔4個點取一個計數(shù)點，圖上注明了他對各個計數(shù)點間距離的測量結(jié)果。(單位：cm)(1)為了證明小車的運動是勻變速直線運動，請進行下列計算，填入表內(nèi)(單位：cm)。x2－x1x3－x2x4－x3x5－x4x6－x5Δx平均值各位移差與平均值最多相差________cm，由此可得出結(jié)論：在________范圍內(nèi)，小車在________的位移之差相等，所以小車的運動是________________________。(2)小車的加速度為________m/s2。(1)由題中數(shù)據(jù)可求各位移差依次為1.60cm、1.55cm、1.62cm、1.53cm、1.61cm，其平均值Δx≈1.58cm，各位移差與平均值最多相差0.05cm，所以在誤差允許范圍內(nèi)，小車在相鄰相等時間內(nèi)位移之差相等，因此小車做勻加速直線運動。1.60cm

1.55cm

1.62cm

1.53cm

1.61cm1.58cm0.05誤差允許相鄰相等時間內(nèi)勻加速直線運動1.58四、實驗拓展創(chuàng)新1、實驗情景的變化【例題3】某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動，用自制“滴水計時器”計量時間。實驗前，將該計時器固定在小車旁，如圖2(a)所示。實驗時，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運動過程中，滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴，圖(b)記錄了桌面上連續(xù)6個水滴的位置。(已知滴水計時器每30s內(nèi)共滴下46個小水滴)(1)由圖(b)可知，小車在桌面上是________(填“從右向左”或“從左向右”)運動的。

(1)小車在阻力的作用下做減速運動，由圖(b)知，從右向左相鄰水滴間的距離逐漸減小，所以小車在桌面上是從右向左運動。從右向左解析：四、實驗拓展創(chuàng)新1、實驗情景的變化【例題3】

(2)該小組同學(xué)根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖(b)中A點位置時的速度大小為________m/s，加速度大小為________m/s2。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)解析：0.190.038四、實驗拓展創(chuàng)新2、實驗方法的拓展【例題4】某同學(xué)研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關(guān)系。使用的器材有：斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器。實驗步驟如下：①如圖3(a)，將光電門固定在斜面下端附近：將一擋光片安裝在滑塊上，記下?lián)豕馄岸讼鄬τ谛泵娴奈恢茫罨瑝K從斜面上方由靜止開始下滑；②當滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時，用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間Δt；③用Δs表示擋光片沿運動方向的長度，如圖(b)所示，表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時間內(nèi)的平均速度大小，求出；④將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與①中的位置相同，令滑塊由靜止開始下滑，重復(fù)步驟②、③；⑤多次重復(fù)步驟④；四、實驗拓展創(chuàng)新2、實驗方法的拓展

52.116.3vA＋aΔt/2

四、實驗拓展創(chuàng)新2、實驗方法的拓展(1)利用連接體使滑塊做勻變速直線運動，如圖甲所示。若知道滑塊通過光電門的時間Δt，就可用v＝求出滑塊通過光電門的瞬時速度。(2)利用斜面使滑塊做勻加速直線運動，如圖乙所示。若知道滑塊通過兩光電門間的運動時間或者兩光電門之間的距離，就可以求出滑塊運動的加速度。(3)利用落體法使小球做勻加速直線運動，如圖丙所示。利用＝v0＋at，作出－t圖線，可由k＝確定加速度a的大小。光電門問題可以有如下幾點拓展變化四、實驗拓展創(chuàng)新2、實驗方法的拓展【例題5】如圖所示為用頻閃相機拍攝的羽毛與蘋果同時下落的局部頻閃照片，已知該頻閃相機每隔Δt時間閃光一次。(1)這個實驗表明：如果我們可以減小________對物體下落運動的影響，直至其可以忽略，那么重量不同的物體下落快慢程度將會相同。(2)關(guān)于圖中的x1、x2、x3，下列關(guān)系一定正確的是____________(填選項字母)。A．x1∶x2∶x3＝1∶4∶9B．x1∶x2∶x3＝1∶3∶5C．2x2＝x3＋x1(3)利用圖片提供的信息可以求出當?shù)氐闹亓铀俣戎礸，可知g＝________(填選項字母)。解析：空氣阻力CC四、實驗拓展創(chuàng)新【例題6】某同學(xué)用如圖（a）所示的實驗裝置研究勻變速運動，將木塊從傾角為θ的木板上靜止釋放，與位移傳感器連接的計算機描繪出了木塊相對傳感器的位置隨時間變化的規(guī)律，如圖（b）中的曲線2所示。圖中木塊的位置從x1到x2、從x2到x3的運動時間均為T。(1)根據(jù)圖（b）可得、木塊經(jīng)過位置x2時的速度v2=______，木塊運動的加速度a=______；(2)若只增大木板的傾角，則木塊相對傳感器的位置隨時間變化的規(guī)律可能是圖b中的曲線_____（選填圖線序號①②③）（已知木板的傾角越大，木塊的加速度越大。）2、實驗方法的拓展(1)木塊在斜面上做勻加速直線運動，木塊位移為x2時為x1到x3的中間時刻，故相鄰相等時間內(nèi)位移之差(2)若只增大木板傾斜的角度，加速度增大，根據(jù)可知木塊相對傳感器的位移隨時間變化規(guī)律可能是圖中的①。解析：

①1、小華同學(xué)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中，選出了如圖所示的一條紙帶(每兩個點間還有4個點沒有畫出)。打點計時器的電源頻率為50Hz。(1)根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)，計算E點時小車的瞬時速度并填入表中。(2)小華同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖乙中畫出了小車的圖像。請你根據(jù)v-t圖像判斷小車做的是__________(填寫序號)A.勻速直線運動 B.勻變速直線運動 C.非勻變速直線運動位置ABCDEv/(m·s－1)0.610.811.001.18

解析：1.39B1、小華同學(xué)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中，選出了如圖所示的一條紙帶(每兩個點間還有4個點沒有畫出)。打點計時器的電源頻率為50Hz。(3)小紅同學(xué)用以下方法繪制了小車運動的v-t圖像：第一，先把紙帶每隔0.1s剪斷，得到若干短紙條；第二、再把這些紙條并排貼在一張紙上，使這些紙條下端對齊，作為時間坐標軸，標出時間；第三，將紙條上端中心連起來，于是得到v－t圖像。請回答這樣做__________(選填“可行”“不可行”)，簡要說明其理由____________。(3)因為剪斷的紙帶所用的時間都是t＝0.1s，即時間t相等，所以紙帶的長度之比等于此段紙帶的平均速度之比；而此段紙帶的平均速度等于這段紙帶中間時刻的速度。最后得出結(jié)論：紙帶的長度之比等于此段紙帶的平均速度之比，還等于各段紙帶中間時刻的速度之比，即紙帶的高度之比等于中間時刻速度之比，因此該做法是合理的?？尚?、某小組利用打點計時器對物塊沿傾斜的長木板加速下滑時的運動進行探究。物塊拖動紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖所示。已知打點計時器所用交流電的頻率為50Hz，紙帶上標出的每兩個相鄰點之間還有4個打出的點未畫出。在A、B、C、D、E五個點中，打點計時器最先打出的是________點。在打出C點時物塊的速度大小為________m/s(保留3位有效數(shù)字)；物塊下滑的加速度大小為________m/s2(保留2位有效數(shù)字)。A0.2330.753、甲、乙兩位同學(xué)設(shè)計了利用數(shù)碼相機的連拍功能測重力加速度的實驗。實驗中，甲同學(xué)負責釋放金屬小球，乙同學(xué)負責在小球自由下落的時候拍照。已知相機每間隔0.1s拍1幅照片。(1)若要從拍得的照片中獲取必要的信息，在此實驗中還必須使用的器材是________。(填正確答案標號) A.米尺 B.秒表 C.光電門 D.天平(2)簡述你選擇的器材在本實驗中的使用方法。

答：____________________________________________________________(3)實驗中兩同學(xué)由連續(xù)3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab＝24.5cm、ac＝58.7cm，則該地的重力加速度大小為g＝________m/s2。(保留2位有效數(shù)字)(1)利用頻閃照片測重力加速度時需要測量小球下落的距離，因此實驗時必須使用米尺。(2)將米尺豎直放置，小球靠近米尺下落，從照片上直接讀出小球下落