第二章 匀变速直线运动的研究（有详解) （教案版）

这是一份第二章 匀变速直线运动的研究（有详解) （教案版），共4页。教案主要包含了数据处理等内容，欢迎下载使用。
3．实验步骤：（略）
4．实验操作的注意问题：（1）固定打点计时器时应使两限位孔的中心连线与长木板中心线重合；开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。（2）实验时，应先接通电源再释放小车，当小车停止运动时及时断开电源。（3）要防止钩码下落时与地板相碰，要防止小车与定滑轮相碰，在小车到达滑轮前及时用手接住它。（4）牵引小车的钩码个数要适当，以使长度为50cm的纸带上清晰地取得六七个计数点为宜。（5）细线要与长木板平行。
二、数据处理：1、
（2）依次测出之间的距离，填入表中。
（3）1、2、3、4、各点的瞬时速度分别为：、、、、、将计算得出的各点的速度填入表中。
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。
【题型1】对实验过程的掌握
【例1】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： 。
【解析】（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
【针对练习1】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（ B ）
A、交流电压的高低B、交流电的频率C、墨粉纸盘的大小D、纸带的长度
（2）下列操作中正确的有 AC 。（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？（ D ）
【题型2】根据纸带数据判断物体的速度随时间变化的规律
【例2】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O点开始，每5个点取一个计数点的
纸带，其中0、1、2、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：（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= m/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。
【解析】（1）显然，两相邻的计数点之间的时间间隔为：，对应各点的速度分别为：，，
，；
（2）利用描点法做出v-t图象，如图所示。
【针对练习2】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）。
【解析】如图所示，，而：；故：；
则：；又，则：;
其v-t图象如图所示。
【题型3】拓展延伸
【例3】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。
【解析】（1）绘制的图象如图所示；
（2）剪下的纸带长度表示0.1s时间内位移大小，，因此纸条长度可表示某点速度大小
【针对练习3】如图所示，用滴水计时器研究小车的速度随时间的变化，步骤如下：
（1）在斜面上铺上白纸，用图钉钉住，把滴水计时器固定在小车的一端（也可固定在侧面），在小车的另一端（或另一侧）固定一个平衡物，如图。调节滴水计时器滴水速度，使之每秒滴n滴（以滴水计时器内盛满水时为准），在斜面顶端放置一浅盘。
（2）把小车放在斜面顶端，把好的滴水计时器盛满水，使水滴能滴入浅盘。随即在撤去浅盘的同时 ，于是水滴在白纸上描述小车运动规律的点迹。小车到达斜面末端时立即将它握住并移开。
（3）取下白纸，用直尺测量连续相邻各点迹的中心之间的距离x1、x2、x3、…xn、xn+1、…。则第n点对应的速度vn= 。
【解析】（2）放开小车； （3）；
【自我检测题】
1、一学生在练习使用电磁打点计时器时，纸带上打出的不是圆点，而是一些短线，这可能是因为（ D ）
A、打点计时器错接在直流电源上B、电源电压不稳定
C、打点计时器使用的电压过高D、振针到复写纸片的距离太小
2 、关于纸带上打点间隔的分析，下列说法正确的是（ BC ）
A、沿着点迹运动的方向看去，点间距离越来越小，说明纸带在做加速运动
B、沿着点迹运动的方向看去，点间距离越来越小，说明纸带在做减速运动
C、纸带上点间间隔相等，表示纸带是匀速运动的
D、纸带上点间间隔相等，表示纸带是变速运动的
3、如下图所示，是同一打点计时器打出的4条纸带，哪条纸带的加速度最大（ A ）
4、在探究小车的速度随时间变化的规律的实验中，为了减小测量小车运动加速度时的误差，下列措施中哪些是有益的（ BCD ）
A、使小车运动的加速度尽量小一些B、适当增加挂在细绳下的钩码的个数
C、在同样条件下打出多条纸带，选其中一条最理想的进行测量和计算
D、舍去纸带上比较密集的点，然后选取计数点，进行计算。
【解析】实验中如果加速度太小，会导致各段位移差太小，计算中会使误差增大，所以要适当增加钩码来增大小车的加速度；为便于测量和减小误差，应该选择点迹清晰的理想纸带，舍去纸带上比较密集的点。
5、在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器使用的交流电的频率为50Hz，记录小车运动的纸带如图所示，在纸带上选择0、1、2、3、4、5共6个计数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出，纸带旁并排放着带有最小分度为毫米的刻度尺，零刻度线跟“0”计数点对齐，由图可以读出三个计数点1、3、5跟0点的距离，则计算小车通过计数点“2”的瞬时速度公式为v2= （以d1、d2及相邻计数点间时间T来表示）代入得v2= m/s。（结果保留两位有效数字）
【解析】用毫米刻度尺测量纸带上各计数点的距离时，尽量一次性测量完毕，注意到最小精确度为毫米，读数时要估读到毫米后一位，即。计数点“2”的瞬时速度可用计数点“1”和“3”间的平均速度来代替。即：，代入数据得：。
6、在探究小车速度随时间变化规律的实验中，得到一条记录小车运动情况的纸带，如图所示。图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点的时间间隔为T=0.1s。
（1）根据纸带上的数据，已计算出B点速度（见表格）请将C、D两点的数据，填入表中。
（2）在坐标纸上作出小车的v-t图象。并根据图象求出：a= 。
（3）分析小车的速度随时间的变化规律
（4）将图线延长与纵轴相交，交点的速度是 ，此速度的物理意义 。
【解析】由纸带表明的数据可以计算任意相邻位置之间的位移，然后求纸带上各点的速度和加速度。
（1）由纸带的标注可以求出：；；
；
匀变速直线运动物体在一段时间内的平均速度等于该时刻的瞬时速度，所以：
；
；
；
（2）在图像上取合适的单位严格描点，得到小车的v-t图像，可求得图像斜率为12.6，则加速度为12.6。
（3）从图线上不难看出，小车的速度随时间均匀增加，小车做匀变速直线运动.
（4）图线延长后与纵轴的交点速度为0.12m/s，此速度表示打A点时小车的速度。
7、如右图所示是某一做直线运动的小车（后连纸带）通过打点计时器时打出的一段纸带，图中的0、1、2、3、4、5、6为按时间顺序选取的7个计数点，每相邻两个点中间都有4个点未画出，用米尺量出1、2、3、4、5、6点到0点的距离分别是8.78cm、16.08cm、21.87cm、26.16cm、28.84cm、30.07cm，请做出其v-t图象，并分析小车的运动特点。
【解析】利用平均速度等于中间时刻的瞬时速度，求出图中计数点1、2、3、4、5五个时刻的速度：，，，，。
做出v-t图像如图所示，由图像可以看出小车的速度随时间均匀减小。