1、第一节第一节 匀变速直线运动的特点匀变速直线运动的特点 学习目标 1.知道匀变速直线运动的概念.2.进一步练习使用数字计时器求瞬时速度.3.会利用 vt 图像处 理实验数据，并由图像判断匀变速直线运动的速度特点.4.会利用频闪照相机确定物体在某一时刻的位置， 判断匀变速直线运动的位移特点. 一、匀变速直线运动的速度特点 (一)实验原理 1.利用数字计时器计算瞬时速度：小球直径 D 与经过光电门的时间 t 的比值是小球经过光电门的平均速度， 用该平均速度表示小球经过光电门的瞬时速度. 2.用 vt 图像表示小球的运动情况：以速度 v 为纵轴、时间 t 为横轴建立直角坐标系，用描点法作出小球的 v
2、t 图像，图线的斜率表示加速度的大小，如果 vt 图像是一条倾斜的直线，说明小球在相等时间内的速 度变化相等，加速度不变. (二)实验器材 数字计时器、交流电源、倾斜直槽、小球(直径为 0.02 m)、坐标纸. (三)实验步骤 1.如图 1 所示，倾斜直槽放置在水平桌面上，把光电门 B、C 固定在倾斜直槽上. 图 1 2.闭合电源开关， 将计时器选择按钮选择 1.让小球从紧靠竖直支架 A 的位置由静止释放， 把数字计时器采集 的小球经过 B、C 两个光电门的时间记录到下表中. 3.将计时器选择按钮选择 2.从同一(填“同一”或“任意”)位置再次由静止释放小球，把数字计时器测量的 小球经过两个光
3、电门之间的时间记录到下表中. 4.断开电源开关，改变光电门 C 的位置，重复上述操作过程，将五次测量获得的实验数据填入下表中. 小球经过两个光电门实验数据表 小球直径 D0.02 m. 项目 实验次数 1 2 3 4 5 小球经过光电门 B 的遮光 时间 t1/s 小球经过光电门 B 的瞬时 速度 v1/(m s 1) 小球经过光电门 C 的遮光 时间 t2/s 小球经过光电门 C 的瞬时 速度 v2/(m s 1) 小球经过两个光电门之间 的位移 s/m 小球经过两个光电门之间 的时间 t/s (四)数据处理 1.计算小球经过光电门 B、C 的瞬时速度.小球经过光电门的瞬时速度用平均速度来代
4、替，即 v1D t1，v2 D t2. 2.作出小球运动的 vt 图像 (1)在坐标纸上建立直角坐标系，以小球经过两个光电门之间的时间 t 为横轴，小球经过光电门的速度 v 为 纵轴，根据表格中的数据在图 2 坐标系中描点作出小球运动的 vt 图像. 图 2 (2)观察得到的图线，分析物体的速度随时间的变化规律. 3.结论：做匀变速直线运动的物体，在相等时间内速度变化相等，加速度不变. 二、匀变速直线运动的位移特点 (一)实验器材 倾斜直槽(带刻度)、小球、频闪照相机 (二)实验步骤 1.把倾斜直槽放置在水平桌面上. 2.将小球从紧靠竖直支架 A 的位置由静止释放，用频闪照相机对小球的运动进行
5、拍照. (三)数据处理 图 3 1.比较相邻的相等时间内的位移 s1、s2、s3、s4和 s5的大小(如图 3 所示). 2.比较相邻的相等时间内的位移之差 s1、s2、s3、s4的大小. 3.结论 做匀变速直线运动的物体，在任意两个连续相等的时间内的位移之差是相等的. 一、匀变速直线运动的速度特点 为了研究气垫导轨上滑块的速度特点，滑块上安装了宽度为 5 mm 的遮光条，如图 4 所示. (1)滑块在牵引力作用下由静止开始运动，先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过光电 门 1 的时间为 t10.050 s，通过光电门 2 的时间为 t20.025 s，遮光条从光电门 1 到挡
6、住光电门 2 之间的 时间间隔为 t31.0 s. (2)改变光电门2的位置， 让滑块从同一位置由静止释放， 分别记录了遮光条通过光电门2的时间t20.020 s，遮光条从光电门 1 到挡住光电门 2 的时间间隔 t31.5 s. (3)重复第(2)步，记录了遮光条通过光电门 2 的时间 t20.010 s，遮光条从光电门 1 到挡住光电门 2 之间 的时间间隔 t34.0 s. 图 4 (4)滑块通过光电门 1 的速度为 m/s，滑块三次通过光电门 2 的速度分别为 m/s、 m/s、 m/s. (5)三次实验中，滑块的加速度分别为 m/s2、 m/s2、 m/s2，说明滑块的速度随时 间
7、. 答案 (4)0.10 0.20 0.25 0.50 (5)0.10 0.10 0.10 均匀变化 解析 (4)滑块通过光电门 1 的速度： v1 d t1 0.005 0.050 m/s0.10 m/s 滑块通过光电门 2 的速度： v2 d t2 0.005 0.025 m/s0.20 m/s v2 d t2 0.005 0.020 m/s0.25 m/s v2 d t2 0.005 0.010 m/s0.50 m/s (5)滑块的加速度 a1v2v1 t3 0.200.10 1.0 m/s20.10 m/s2 a2v2v1 t3 0.250.10 1.5 m/s20.10 m/s2 a
8、3v2v1 t3 0.500.10 4.0 m/s20.10 m/s2 三次实验中，滑块的加速度相同，说明滑块做匀变速直线运动，即滑块的速度随时间均匀变化. 在“探究匀变速直线运动的速度特点”的实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为 50 Hz，记 录小车运动的一段纸带如图 5 所示，在纸带上选取 A、B、C、D、E、F 六个计数点，相邻两计数点之间还 有四个点未画出. 图 5 (1)由纸带提供的数据求出打下 C、E 两点时小车的速度，填入下表： 计数点 B C D E 计数点对应的时刻 t/s 0 0.1 0.2 0.3 打下计数点时小车的速度 v/(m s 1) 0.25 0.45 (2
9、)根据上表中的数据，在图 6 中作出小车运动的 vt 图线，并分析小车速度随时间变化的规律 为 . 图 6 (3)根据作出的 vt 图线可得小车运动的加速度为 m/s2. 答案 (1)0.35 0.55 (2)见解析图 见解析 (3)1.0 解析 (1)相邻两计数点间的时间间隔为 T0.1 s， 用一段很短时间内的平均速度可替代中间时刻的瞬时速度， 则 vCBD 2T ADAB 2T 0.35 m/s vEDF 2T AFAD 2T 0.55 m/s. (2)画出的 vt 图线应为一条倾斜直线，如图所示.小车运动的 vt 图线是一条倾斜的直线，说明小车速度 随时间均匀增加. (3)由(2)中图
10、线的斜率可求得加速度 av t1.0 m/s 2. 1.用打点计时器探究匀变速直线运动的速度特点时，把纸带固定在小车上，小车在重物的带动下做匀变速直 线运动. 2.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器.并且先启动打点计时器电源，待打点稳定后，再释放小车. 3.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. 针对训练 1 如图 7 甲所示是小球沿斜面滚下的频闪照片， 照片中相邻小球影像间的时间间隔是 0.1 s, 这样 便记录了小球运动的时间.小球运动的位移可以通过刻度尺读出.请在图乙所示坐标纸中作出小球滚下过
11、程 的 vt 图像，并求出加速度的大小 a m/s2.(结果保留两位有效数字) 图 7 答案 见解析图 2.0 解析 设开始时位置为 0，依次记下位置 1、2、3、4、5，因为相邻小球影像间的时间间隔为 0.1 s，则有 v116.010 2 m 0.2 s 0.8 m/s； v2 27.07.0102 m 0.2 s 1.0 m/s； v340.016.010 2 m 0.2 s 1.2 m/s； v455.027.010 2 m 0.2 s 1.4 m/s. 作出 vt 图像如图所示，加速度 a 的大小等于 vt 图线的斜率大小，av4v1 3T 2.0 m/s2. 二、匀变速直线运动的位
12、移特点 (2021 河南林州一中高一月考)一个小球沿斜面向下运动，用每间隔 1 10 s 曝光一次的频闪照相机拍摄 不同时刻小球位置的照片，如图 8 所示，即照片上出现的相邻两个小球的像之间的时间间隔为 1 10 s，测得小 球在几个连续相等时间内位移(数据见下表)，则 图 8 s1 s2 s3 s4 8.20 cm 9.30 cm 10.40 cm 11.50 cm 小球在相邻的相等时间内的位移差 (填“相等”或“不相等”)， 小球的运动性质属于 直线 运动. 答案 相等 匀加速 解析 从表中数据可以看出，连续相等时间内的位移差为 1.10 cm，是常数，因此由匀变速直线运动规律可 知小球做
13、匀加速直线运动. 针对训练2 在“探究匀变速直线运动的位移特点”实验中， 如图9所示为一次记录小车运动情况的纸带(左 端与小车相连)，图中 A、B、C、D、E 为相邻的五个计数点，相邻两计数点间的时间间隔 T0.1 s. 图 9 (1)根据纸带可判定小车做 运动. (2)根据纸带计算 B 点的瞬时速度 vB . 答案 (1)匀加速直线 (2)1.38 m/s 解析 (1)根据纸带上的数据可知 sBC20.10 cm，sCD32.70 cm，sDE45.30 cm，故 sBCsABsCDsBCsDE sCD12.60 cm，在相邻的相等时间间隔内的位移增量都相等，小车做匀加速直线运动. (2)B 点的瞬时速度 vBsAC 2T 27.6010 2 20.1 m/s1.38 m/s.