人教版高中物理必修一匀变速直线运动的研究精品课件

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第二章
匀变速直线运动的研究
学习导言
●情景切入 在生活中,人们田径比赛、水中嬉戏、驾车行驶、短道 速滑;在自然界里,物体下落、鸽子飞翔、猎豹捕食、蜗牛 爬行、蚂蚁搬家„„这些运动中都有速度的变化。
物体的速度变化存在规律吗?怎样探索复杂运动蕴涵的 规律?
●知识导航 本章在掌握了描述运动学的几个物理量的基础上,具体研 究一种最简单的变速运动——匀变速直线运动的规律。这种研 究不是从抽象的概念出发,而是先让同学们探究小车在重物牵 引下做的变速运动,观察、记录小车随时间变化的情况。然后 从实例出发,学习匀变速直线运动的速度与时间的关系、位移 与时间的关系、位移与速度的关系。最后研究最简单的匀加速 直线运动——自由落体运动,领会伽利略对自由落体运动的研 究方法对近代科学的影响。
考点题型设计
对实验过程的掌握
在探究小车速度随时间变化的规律实验中,某同学 操作中有以下实验步骤,其中有错误或遗漏的步骤。(遗漏 步骤可编上序号G、H、„) 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平板上,并接好电路;
C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面吊着 适当重的钩码; D.取下纸带; E.将平板一端抬高,轻推小车,使小车能在平板上平稳 地滑行; F.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位 孔。 将以上步骤完善并按合理顺序填写在横线上:_________ ___________________________________________________。
(1)在打点计时器打出点1、2、3、4、5时,小车的速度分 别为:v1=________cm/s,v2=________cm/s,v3= ________cm/s,v4=________cm/s,v5=________cm/s。 (2)在平面直角坐标系中作出v-t图象。 (3)分析小车运动速度随时间变化的规律。
2.重视探究实验,掌握处理实验数据的方法。 3.重视物理过程的分析,特别是多解问题的分析,要选 择合适的规律,找准过程的连接点。注意运用数学工具 (如图 象、函数)分析物理过程及临界状态量,例如解决追及与相遇 问题。
4.要有意识地培养自己画运动示意图分析复杂运动的习 惯,这样运动过程会变得形象、直观,便于研究。解题时要 思路开阔,通过联想比较,筛选最简洁的解题公式。另外还 要注意总结分析问题的方法,除了常用的解析法,还有图象 法、比例法、极值法、逆向转换法等。 5.注意匀变速直线运动规律与现实生活、生产实际密切 相结合的问题。
4.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,而使各段位移无多大差 别,从而使误差增大,加速度的大小以能在50cm长的纸带上 清楚地取得六、七个计数点为宜。 5.要区别计时器打出的点与人为选取的计数点,一般 在纸带上每隔四个点取一个计数点,即时间间隔为T= 0.02×5s=0.1s。 6.描点时最好用坐标纸,在纵、横轴上选取合适的单 位,用细铅笔认真描点。
2.用描点法画出小车的v-t图象,图线的斜率表示
加速度 ,如果v-t图象是一条倾斜的直线,说明物体的
速度随时间均匀 变化。
实验器材
打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、 复写纸片、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源 。
实验步骤
1.(如图所示)把一端附有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远离 滑轮的一端,连接好电路。
解析:小车沿斜面向下,其速度是变化的。在很短时间 内的平均速度可以等效为中间时刻的瞬时速度,由于计时的 间隔相等,据x=vt知,位移与速度成正比,因此纸带的速度 与纸带长度成正比,可用纸带长度“等效”速度大小。
度,求出各计数点的瞬时速度,作v-t图象分析;如果图象 是一条倾斜直线,表明物体速度随时间均匀增加;如果是一 条平行于t轴的直线,表明物体做匀速直线运动;如果图象是 曲线,则表明物体做变速直线运动,图线的斜率表示加速 度。
(淄博12~13学年高一上学期检测)一小球在桌面上从静 止开始做加速直线运动,现用高速摄影机在同一底片上多次 曝光,记录下小球每次曝光的位置,并将小球的位置编号。 如图甲所示,1位置恰为小球刚开始运动的瞬间,作为零时 刻。摄影机连续两次曝光的时间间隔均相同,小球从1位置 到6位置的运动过程中经过各位置的速度分别为v1=0,v2= 0.06m/s,v3=________m/s;v4=0.18m/s,v5= ________m/s。在图乙所示的坐标纸上作出小球的速度—时间 图象(保留描点痕迹)。
数据处理
1.在三条纸带中选择一条 最清晰的 ,为了便于测量, 舍掉 开头一些过于密集的点迹,找一个适当的点当做计时起点 。 2.计算出各计数点的瞬时 速度,填入设计好的表格中。
3.以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系,根据 表中v、t数据,在直角坐标系中 描点 ,探究小车速度随时间 变化的规律。
重点难点突破
一、实验数据处理的方法 1.表格法 ①从几条纸带中选择一条比较理想的纸带,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开始点,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„,测量各计数点到0点的距离x,并记录填入表 中。
位置编号 时间t/s x/m v/(m· s-1)
利用打点计时器打出的纸带上记录的数据,先计算出 各时刻物体的速度,再寻求速度和时间的关系。 1.计算打各计数点时小车的速度,应在计数点附近取 一段很短的时间Δt,用Δt内的 平均速度当作打该计数点时小 车的瞬时速度。(学完本章第3节后可根据匀变速直线运动某 段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度, xn+xn+1 即vn= 。求出打第n个计数点时纸带的瞬时速度) 2T
答案:(1)B
(2)AC
(3)D
根据纸带数据判断物体的速度随时间变化的规律
在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中, 如图所示,给出了从0点开始,每5个点取一个计数点的纸 带,其中0、1、2、3、4、5、6都为计数点,测得:x1= 1.40cm,x2=1.90cm,x3=2.38cm,x4=2.88cm,x5= 3.39cm,x6=3.87cm。那么:
课堂情景切入
要探究一个物体的速度随时间变化的规律,必须知道物 体在不同时刻的速度,但直接测量物体的速度是不容易的。 请同学们思索一下怎样利用下面的实验装置,探究小车速度 随时间的变化规律。
知识自主梳理
实验目的
1.练习使用打点计时器及利用纸带求速度。 2.应用v-t图象处理实验数据。
实验原理
解析:由实验原理和实验要求可知错漏步骤: (1)A中应先接通电源,再放开纸带; (2)D中取下纸带之前应先断开电源,使计时器停止工 作。 (3)实验中应补充G步骤:换上新纸带,再重复做三次。 (4)实验步骤顺序:BFECADG
(无锡市洛社中学11~12学年高一上学期期中)在“探究 小车速度随时间变化规律”的实验中: (1)电火花计时器正常工作时,其打点的周期取决于 ( ) A.交流电压的高低 C.墨粉纸盘的大小 B.交流电的频率 D.纸带的长度
0
1
2
3
4
5
②分别计算出与所求点相邻的两计数点之间的距离 Δx1、Δx2、Δx3„。
③利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的 瞬时速度求得各计数点1、2、3、4、5的瞬时速度,填入上 面的表格中。 ④根据表格的数据,分析速度随时间怎么变化。
2.图象法 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。 ②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,偏差比较大的点忽略不计, 如图所示。
拓展· 延伸
为研究实验小车沿斜面向下运动的规律,把打点计 时器纸带的一端固定在小车上,小车拖动纸带运动时,纸带 上打出的点如图所示:
(1)某同学用以下方法绘制小车的v-t图象,先把纸带每 隔0.1s剪断,得到若干短纸条,再把这些纸条并排贴在一张纸 上,使这些纸条下端对齐,作为时间坐标轴,标出时间。最 后将纸条上端中心连接起来,于是得到v-t图象。请你按以 上办法(用一张薄纸压在图上,复制得到纸带)绘制这个图象。 (2)这样做有道理吗?说说你的看法。
●考纲须知 知识点 匀变速直线运动及其公式、图象 实验:研究匀变速直线运动 要求 Ⅱ
第二章
1.实验:探究小车速度随时间变化的 规律
课堂情景切入 考点题型设计 方法警示探究 知识自主梳理 课后强化作业 重点难点突破
学习目标定位
※※ ※ ※
掌握实验原理及实验仪器的安装与使 用 学会用图象法处理实验数据 根据“v-t”图象描述小车的运动规 律
(2)利用描点法做出v-t图象,如图所示。
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(3)小车运动的v-t图象是一条倾斜的直线,说明速度随 时间均匀增加,它们成“线性关系”。
答案:(1)16.50 (2)如图所示
21.40
26.30
31.35
36.30
(3)速度随时间均匀增加
点评:根据纸带数据分析运动性质的方法通常是由vn= xn+xn+1 2T ,即由一段时间的平均速度表示中间时刻的瞬时速
本章的重点是匀变速直线运动的规律,难点是应用匀变 速直线运动的规律解决有关问题,特别是图象法和数学知识 的运用。
●学法指导 1.学习中要把握好对基本概念、基本规律的理解。本章 规律多,公式和推论多,学习中切实注意不要去死记硬背这 些规律和公式,重要的是领会概念的实质,把握公式的来龙 去脉,要通过一些具体的实例,通过实际物理现象的分析、 物理过程的认识,构建正确的物理情景,逐步形成良好的思 维习惯。
2.把一条细绳拴在小车上,使细绳跨过滑轮,下边挂 上合适的钩码,放手后,看小车能否在木板上 平稳地滑行 , 然后把纸带穿过打点计时器,并把纸带的另一端固定在小车 的后面。 3.把小车停靠在打点计时器处,先接通电源 ,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
系列的小点,换上新纸带,重复实验三次。
答案:0.12 0.24 图见解析
解析:如题图所示,x1+x2=0.06m,而 0.06 v2= m/s=0.06m/s,故T=0.5s, 2×T x2+x3 0.12 则v3= = m/s=0.12m/s 2T 2×0.5 x4+x5 0.24 又x4+x5=0.24m,则v5= = m/s=0.24m/s。 2T 2×0.5 其v-t图象如图所示。
(2)下列操作中正确的有________。(填选项代号) A.在释放小车前,小车要靠近打点计时器 B.打点计时器应放在长木板的有滑轮一端 C.应先接通电源,后释放小车 D.电火花计时器应使用低压交流电源
(3)如图所示为同一打点计时器在四条水平运动的纸带上 打出的点,四条纸带的a、b间的间距相等,则a、b间的平均 速度最小的是哪一条?( )
解析:(1)显然,两相邻的计数点之间的时间间隔为 T=0.02s×5=0.1s。 对应各点的速度分别为: x1+x2 1.40+1.90 v1= = cm/s=16.50cm/s 2T 2×0.1 x2+x3 1.90+2.38 v2= = cm/s=21.40cm/s 2T 2×0.1
x3+x4 2.38+2.88 v3= = cm/s=26.30cm/s 2T 2×0.1 x4+x5 2.88+3.39 v4= = cm/s=31.35cm/s 2T 2×0.1 x5+x6 3.39+3.87 v5= = cm/s=36.30cm/s 2T 2×0.1
③观察所得到的直线,分析物体的速度随时间的变化规 律。
二、误差分析 1.木板的粗糙程度不同,摩擦不均匀。 2.根据纸带测量的位移有误差,从而计算出的瞬时速 度有误差。 3.作v-t图象时单位选择不合适或人为作图不准确带来 误差。
三、实验注意事项 1.开始释放小车时,应使小车靠近打点计时器。 2.先接通电源,计时器工作后,再放开小车,当小车 停止运动时及时断开电源。 3.要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞,当小车到达滑 轮前及时用手按住它。
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