第二章匀变速直线运动.docx
《第二章匀变速直线运动.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章匀变速直线运动.docx（33页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
第二章匀变速直线运动
第二章：
匀变速直线运动
（一）课标要求
1．通过史实，初步了解近代实验科学产生的背景，认识实验对物理学发展的推动作用．
例1了解亚里士多德关于力与运动的主要观点和研究方法．
例2了解伽利略的实验研究工作，认识伽利略有关实验的科学思想和方法．
2．经历匀变速直线运动的实验研究过程，理解位移、速度和加速度，了解匀变速直线运动的规律，体会实验在发现自然规律中的作用．
例3用打点计时器、频闪照相或其他实验方法研究匀变速直线运动．
例4通过史实，了解伽利略研究自由落体运动所用的实验和推理方法．
3．能用公式和图像描述匀变速直线运动，体会数学在研究物理问题中的重要性．
（二）课程标准解读
1．通过史实，初步了解近实验科学产生的背景，认识实验对物理学发展的推动作用．
本条目要求学生从物理学的发展历程，大致了解近代实验科学产生的背景，诸如了解亚里士多德关于力与运动的主要观点和研究方法，了解伽利略的实验研究工作，认识伽利略有关实验的科学思想和方法等．
学生通过了解实验科学产生的背景，还应认识到实验对物理学发展的重要作用．物理学是一门实验学科，它的产生和发展与实验密切相关，本条目旨在从物理学史的角度认识实验对于物理科学的重要性．本条目突出了实验科学的重要性以及物理学与历史、社会等人文科学的联系，体现了学科互相渗透的课程理念．
2．经历匀变速直线运动的实验研究过程，理解位移、速度和加速度，了解匀变速直线运动的规律，体会实验在发现自然规律中的作用．
匀变速直线运动的研究是高中物理课程运动学中的重要学习内容，本条目不仅要求学生认识匀变速直线运动的特点，而且要求学生经历匀变速直线运动的实验研究过程，体会实验在发现自然规律中的作用，这体现了“过程与方法”的培养目标，强调了物理实验的重要性，反映了对科学探究过程的重视．同时，本条目还要求学生理解位移、速度和加速度等，了解匀变速直线运动的规律，这些是对物理知识的要求，也是“知识与技能”培养目标的体现，在让学生经历匀变速直线运动的实验研究过程时，可用打点计时器、频闪照相或其他实验方法研究匀变速直线运动．还可通过史实，了解伽利略研究自由落体运动所用的实验和推理方法，了解伽利略对物体运动的研究在科学发展和人类进步上的重大意义，体会实验在发现自然规律中的作用．
3．能用公式和图象描述匀变速直线运动，体会数学在研究物理问题中的重要性．
本条目要求学生能用公式描述匀变速直线运动，即用匀变速直线运动的位移公式、速度公式、加速度公式等描述匀变速直线运动的规律，注意不要在此设置难题或偏题，用公式描述匀变速直线运动的主要目的在于让学生体会数学的简洁、抽象、准确等特点，感受数学方法的奇妙，认识数学在研究物理问题中的重要性。
同时，本条目还要求学生会用图象描述匀变速直线运动，从而认识图象法在研究物理问题中的作用．与数学公式相比，图象法显得直观、形象、生动，让人一目了然，从而使学生感受到图象法的直观的美．
（三）教案与练习
2.1实验：
探究小车速度随时间变化的规律
教学目标
1、会处理纸带、求解某点的瞬时速度、加速度
2、运用基本知识、基本技能探究小车ν-t图像，运动规律
3、通过实验培养学生学习物理，和研究物理的方法，寻求规律的方法
重点
培养学生研究物理问题的方法，寻求规律的方法
难点
瞬时速度，加速度的求解
电教手段及教具
一、实验器材：
打点计时器、电源、小车、细线（带小钩）、纸带、刻度尺、带滑轮的轨道、重物
二、注意事项：
实验过程中应注意哪些问题呢?
1、释放小车时，小车应在哪儿?
（小车应靠近打点计时器）
2、先通电使打点计时器工作，还是先释放小车?
3、如何防止纸带上点迹过于密集或过于稀疏?
（牵引小车的钩码不易太多或太少）
4、实际打点间隔为0.02秒，而计数点间隔t=n×0.02秒
5、计数点选取，应舍去过于密集的点，以便测量.
6、描点时，在纵横坐标轴上应选取合适的单位.
三、实验过程
指导学生分组实验，分别挂不同个数目的钩码打出几条纸带，选取一条较理想的纸带进行分析
四、数据分析
1、有了原始的纸带，如何进行分析小车的运动情况呢?
设计表格，求出各计数点的速度，填入表中：
位置编号
0
1
2
3
4
5
时间t/s
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
瞬时速度νm/s
2、有了各点的瞬时速度，如何分析小车的运动性质呢?
画出ν-t图像，具体的运动规律就表现出来了。
以ν为纵轴，t为横轴建立坐标系描点。
如果描出的几个点，大致落在一条直线上，可以认为在没有实验误差的理想情况下，所有点应落在一条直线上。
∴小车运动的ν-t图象是一条倾斜直线，说明小车做速度均匀增加的变速直线运动。
五、例题剖析
例：
在探究小车速度时间变化规律的实验中，得到一条记录小车情况的纸带，如下图，图中ABCDE为相邻计数点，相邻计数点间时间间隔T=0.1S
（1）根据纸带上的数据，计算各点速度。
（2）作出小车的ν-t图象
解析：
由纸带标明的数据求出任意相等时间内的位移X1，X2，X3，X4然后求出各点的速度和加速度。
X1=7.5cm
X2=20.1cm
X3=32.7cm
X4=45.3cm
位移之差△X1=X2-X1=12.6cm
△X2=X3-X2=12.6cm
△X3=X4-X3=12.6cm
∵△X1=△X2=△X3
∴小车为匀变速直线运动
a=△X1/T2=12.6m/s
νB=XAC/2T=1.38m/s
νC=XBD/2T=2.64m/s
νD=XCE/2T=3.90m/s
νA=νB-aT=0.12m/s
νC=νB+aT=5.16m/s
（3）建立坐标系，严格描点，这些点大致分布在一条直线上，用直线连接这些点，使尽可能多的点分布在该直线上，不能落到线上的点，尽可能分居在线两侧，得到ν-t图象
六、内容小结
实验过程
实验原理：
分析纸带，求各点速度
实验步骤
数据处理：
描点作图
规律探究
画出ν-t图
分析图像得出结论。
七自我测评
【基础巩固】
1.在下列给出的器材中，选出探究小车速度随时间变化的规律的实验中所需
的器材填在横线上（填编号）.①打点计时品②天平③低压交流电源④低压直流电源
⑤细绳和纸带⑥钩码和小车⑦秒表⑧一端有滑轮的长木板⑨刻度尺
选出器材是
2.关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作，下列说法错误的是（）
A.长木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低
B.在释放小车前，小车应紧靠在打点计时器上
C.应先接通电源，待打点计时器开始打点后再放小车
D.要在小车到达定滑轮前使小车停止运动
3.在探究小车速度随时间变化的规律的实验中，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木板的没有滑轮的一端，并连好电路
C.换上新的纸带再重做两次
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
4.用接在50Hz交流电源上的打点计时器，
图2-1
测定小车的运动情况，某次实验中得到一条纸带如图2-1所示，从比较清晰的点起，每五个打印点取一个记数点，分别标明0、1、2、3……，量得0到1两点间距离s1=30mm，2与3两点间的距离s2=48mm，则小车在0到1两点间平均速度为v1=______m/s
【能力提升】
5.某同学在“探究小车的速度随时间变化的规律”的实验中算出小车经过各计数点的瞬时速度如下表格中所示：
记数点序号
1
2
3
4
5
6
记数点对应时刻（s）
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.9
通过记数点的速度（cm/s）
44.0
62.0
81.0
100.0
110.0
138.0
请做出小车的v-t图象，并分析运动特点.
6.两做直线运动的质点A、B的v-t图象如图2-2所示，试分析它们的运动情况.
7.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图2-3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都为记数点，测得：
s1=1.40cm,s2=1.90cm,
s3=2.38cm,s4=2.88cm,s5=3.39cm,s6=3.87cm.那么：
（1）在计时器打出点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做出速度一时间图象.
（3）分析小车运动速度随时间变化的规律.
8.如图2-4是某一做直线运动的小车（后连纸带）用打点计时器打出的一段纸带，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，用刻度尺量出0、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.
9.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图2-5所示为一次记录小车运动情况的纸带.图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔T=01s.试做出小车的v-t图象，并分相反运动特点.
2.2匀变速直线运动的速度与时间的关系
学习目标：
1.知道匀变速直线运动的特点。
2.会推导匀变速直线运动的速度变化规律，并能利用规律进行有关的计算。
3.会利用υ-t图表现匀变速直线运动的特点。
学法指导：
1.匀变速直线运动是个很重要的概念，注意和匀速直线运动比较、区分。
2.图像法是研究运动规律的很重要的方法。
难点分析：
1.能正确地理解匀变速直线运动的概念及规律。
2.会推导匀变速直线运动的速度与时间的关系式。
教学过程：
引入：
（复习提问）
通过上节实验会发现：
点的规律?
……因此可以有很大的把握说，如果……全部落在直线上。
可以说小车运动的υ-t图是一条倾斜的直线，你能用自己的语言描述小车运动速度随时间变化的规律吗?
新课：
看图2.2-2回答
1.△υ/△t是什么?
它有什么特点?
2.直线的倾斜程度与加速度有什么关系?
一、匀变速直线运动
1.定义（学生试着说）
……
理解：
α不变，意味着υ均匀变化
看图回答问题：
Ⅰ、Ⅱ两物体运动有什么不同?
2.分类
Ⅰ.匀加速直线运动
Ⅱ.匀减速直线运动
二、速度与时间的关系
设一个物体做匀变速直线运动，加速度α，初速度υ。
运动了一段时间t，速度达到υ0
△t=t
△υ=υ-υ0
∵α=△υ/△t∴
υ=υ0+αt
注：
（1）适应于匀变速直线运动
（2）统一用国际制单位
（3）一般以υ0的方向为正方向
例1、（让学生自己做）
解：
由题意知υ=40km/h=11m/s，
α=0.6m/s2，t=10s
由υ=υ。
+αt得
υ=11m/s+0.6m/s2×10s
=17m/s=62km/h
∴10s后的速度为62km/h
练习：
P39.1（上讲台练）
例2、（让学生做）
解：
由题意知α=-6m/s2，
t=2s，υ=0，
由υ=υ0＋αt得
υ0=υ-αt
=0-（-6m/s2）×2s
=12m/s=43km/h
汽车的速度不能超过43km/h
练P39.2（上讲台练）
三、匀变速直线运动的υ-t图
信息：
1、加速度α=△υ/△t
2、加速、减速?
3、倾斜程度看α大小
4、υ-t图描述了速度随时间的变化规律，不是物体运动的轨迹。
……老师点出
5、看出交点处说时刻速度相同
练P39.3.4
作业：
学案
四自我测评
【基础巩固】
1.关于直线运动的下述说法中正确的是
A.匀速直线运动的速度的恒定的，不随时间而改变
B.匀变速直线运动的瞬时速度随时间而改变
C.速度随时间不断增加的运动，叫匀加速直线运动
D.速度随着时间均匀减小的运动，通常叫做匀减速直线运动
2.物体在做匀减速直线运动（运动方向不变），下面结论正确的是（）
A加速度越来越小
B.加速度总与物体的运动方向相反
C.位移随时间均匀减小
D.速率随时间均匀减小
3.图2-7是一质点的速度图象，由图象可知：
质点在0～2s内的加速度是_______
在2～4s内的加速度________在4～5s内的加速度________
4.某人骑自行车做匀变速直线运动，第1末的速度是2m/s，第5s末的速度是6m/s，这位同学骑车加速度的大小是______m/s2，加速度的方向与速度方向_______.
【能力提升】
5.一只足球以10m/s的速度沿正东方向运动，运动员飞起一脚，足球以20m/s的速度向正西方向飞去，运动员与足球的作用时间为0.1s，求足球获得加速度的大小和方向.
6.升降机从静止开始上升，先做匀加速运动，经过4s速度达到4m/s，然后匀速上升2s，最后3s做匀减速运动，恰好停止下来，试作出v-t图象.
7.如图2-8所示为一物体做匀变速直线运动的v-t图象，试分析物体的速度与加速度的变化特点.
8.如图2-9所示，两条直线表示两个物体的运动特点，试分析两物体各做什么运动，两条直线的交点有什么含义.
9.一质点从静止开始以1m/s2的加速度匀加速运动，经5s后做匀速运动，最后2s时间质点做匀减速运动直至静止，则质点匀速运动时的速度是多大?
减速运动时的加速度是多大?
10.如图2-10所示为某做直线运动的物体的v-t图象，试说明物体的运动情况.
课题2.3匀变速直线运动的位移与时间的关系
教学目标
1.了解V-t图像的面积代表位移
2.会推导和应用匀变速直线运动的位移公式
3.灵活运用匀变速直线运动的有关公式解决实际问题
重点位移公式
难点应用公式解决实际问题
电教手段及教具直尺
一、匀变速直线运动的位移
匀速直线运动的位移满足x=υ0t，则从图中可以看出，从0～t0时间内物体的位移对应图中阴影的面积。
匀变速直线运动是否也有类似关系呢?
（根据课本40页的思考与讨论做图如下），从图中可以看出，图形的面积与计算方法有差别。
但是如果计算更多个速度，即将图中矩形条的数量增多，则两个差别会减小，所以可以推知图形面积能代表位移（涉及微分思想，不需深究）。
假设加速度为α的匀加速直线运动，t秒内的运动情况如右图，则
x=（υ0+υ）t/2——①
因υ=υ0+αt
代入①式得
x=υ0t+αt2/2——匀变速直线运动的位移公式
注：
公式适用于匀减速直线运动，但注意α取负值。
例题：
一辆汽车以α=1m/s2的加速度行驶了12s，驶过了180m，汽车开始加速时的速度为多大?
分析：
汽车做匀加速直线运动，加速度为1m/s2，12s的时间内走过180m，从位移公式可见，只有υ0一个未知量。
解：
由x=υ0t+αt2/2得
υ0=x/t-αt/2
=180m/12s-1/2×1m/s2×12s
=9m/s
即汽车的初速度为=9m/s
二、匀变速直线运动的位移与速度的关系
问题：
射击时，子弹在枪筒内获得加速度加速。
已知α=5×105m/s2，枪筒长x=0.64m，求子弹出枪口时的速度
解法：
由x=υ0t+αt2/2
因x=0.64mυ0=0m/s（从静止开始加速）
得t=1.6×10-3s
又υ=υ0+αt
得υ=8×102m/s
从题中可见，t是个中间量，完全可以将它省略掉，即从υ=υ0+αt与x=υ0t+αt2/2联立得
υ2-υ20=2αx
利用这一公式求解上个问题过程要简单的多。
小结：
通过这两节的学习，我们已经可以解决匀变速直线运动的所有问题，但需要结合公式与实例多次练习，才能熟练掌握。
自我测评
【基础巩固】
1.某做直线运动的质点的位移随时间变化的关系式为x=4t+2t2，x与t的单位分别是m和s，则质点的初速度和加速度分别是（）
A.4m/s和2m/s2B.0和4m/s2C.4m/s和4m/s2D.4m/s和0
2.一个做匀加速直线运动的物体，初速度v0=2.0m/s，它在第3s内通过的位移是4.5m，则它的加速度为（）
A.0.5m/s2B.1.0m/s2C.1.5m/s2D.2.0m/s2
3.一小球从斜面顶端由静止开始做匀加速直线运动，经过2s到达斜面中点，那么物体滑到斜面底端的总时间为_______s.
4.从物体的速度一时间图像上可以看出，如图2-14所示，在这6s的运动过程中
，物体的加速度最大的时间是_______；物体离出发点最远的时刻是________.
5.海滨浴场的滑梯从顶端到入水处长约12m，一人由滑梯顶端开始做初速度为零的匀加速直线运动，开始运动后第一通过路程是0.75m，则人的加速度大小是______，从顶端开始到入水所需要的时间是______，人入水时的速度大小是______，从顶端开始到入水人的平均速度大小是________.
【能力提升】
6.自行车以4m/s的初速度匀减速地上一个斜坡，加速度大小为0.2m/s2，斜坡长20m.则自行车通过斜坡所需的时间为多少秒?
7.某飞机起水的速度是50m/s，在跑道上加速时可能产生的最大加速度为4m/s2，该飞机从静止到起飞成功需要跑道的最小长度为多少?
8.长100m的列车通过长1000m的隧道，列车刚进隧道时的速度是10m/s，完全出隧道时的速度是12m/s，求：
（1）列车过隧道时的加速度是多大?
（2）通过隧道所用的时间是多少?
9.一个滑雪的人，从85m的山坡上匀变速滑下，初速度是1.8m/s，末速度是5.0m/s，他通过这段山坡需要多长时间?
10.火车刹车后7s停下来，设火车匀减速运动，最后1s内的位移是2m，则刹车过程中的位移是多少米?
课题2.4自由落体运动
教学目标
1、理解自由落体运动的特点
2、理解什么是重力加速度，知道它的方向在地球的不同地方，重力加速度大小不同
3、掌握自由落体运动的规律
4、了解并认识实验对科学研究的重要性
重点理解重力加速度，掌握自由落体运动的规律
难点应用自由落体运动的规律解决实际问题
电教手段及教具电火花打点计量器、纸带、30cm直尺、圆形薄铁片与纸片、牛顿管、重锤
引入新课
同学们见过下落的物体吗?
如：
雨滴、雪花、熟透的苹果。
（引导）
那同学们仔细研究过物体的下落吗?
不同的物体下落的快慢是否相同呢?
同学们看这里：
演示：
大小相同的一个薄铁片与纸片，在同一高度自由落下。
让同学观察哪一个下落的快?
“铁片”。
提出问题：
我们可以发现这样的现象，铁片重，所以下落的快，是不是重的物体下落的一定快呢?
演示：
将纸片团成很小的纸团（刚才的那一个），与刚才的铁片再从同一高度同时释放。
问：
此时哪一个先落地?
既哪一个下落的快?
此时为什么纸团下落地快?
根据刚才的实验，大家分析分析，可以得出什么结论呢?
（找同学回答）
答：
空气阻力的影响、形状不同，影响不同。
设问：
如果没有空气，在完全真空的条件下，下落快慢又如何呢?
下面我们来看这样的一个装置（先介绍牛顿管）。
演示，抽成真空的牛顿管中各物体下落地一样快。
可见，在真空条件下，不论物体形状，重量如何，让它们从同一高度自由下落，（同时释放）下落的都是一样快的。
一、自由落体运动：
1、定义：
物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。
2、特点：
①只受重力，②从静止开始下落，v0=0
3、若空气阻力作用较小，可以忽略，物体的下落也可以近似看作自由落体运动。
设问：
刚才我们认识到自由落体运动初速度为0，而且下落地越来越快，那么它的运动性质到底是怎么样的，是不是匀加速呢?
加速度又如何?
我们怎么去验证?
下面大家分组讨论，然后设计出一个方案来验证它!
让学生分组（4人一组）讨论3分钟，然后找同学回答。
学生回答：
1、可以用打点计时器、重锤、纸带来验证。
2、可以用频闪照相机。
（提示）
3、也可以用光电门。
（提示得出）
大家设计的实验方案来验证并认识自由落体运动很好，下面我们就利用第一种方案来验证。
找两组同学当场操作；再将事先打好的纸带每两人发一条，再发一把直尺，让同学通过处理纸带来验证并认识自由落体运动到底符合什么规律?
此处可通过投影仪将学生的推导过程显示出来。
方法：
①画出物体的v-t图象②求出各点的瞬时速度
通过实验，同学得出这样的结论；自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。
那它的加速度又等于多少呢?
大家想办法将加速度a=?
计算出来。
给同学们留出3分钟的时间进行计算，然后找学生汇报结果：
答：
学生A：
9.65m/s2学生B：
9.75m/s2
学生C：
0.0970m/s2学生D：
10.98m/s2
学生：
9.78m/s2
老师总结：
我们可以发现大家算的结果除了C同学以外都很接近，考虑到实验误差的存在，我们可以得出结论：
一切物体自由下落的加速度都相同，在我们这个地方，精确实验发现a=9.8m/s2，我们称它为自由落体加速度或重力加速度。
二、自由落体加速度：
1、g=9.8m/s2
2、方向：
竖直向下
3、g值的变化：
随纬度升高而增加
设问：
我们此处的重力加速度g=9.8m/s2，为什么刚才A、B、E同学算的比这个值要小呢?
当然实验中我们所测的值都比9.8要小，大家想想这是为什么?
学生答：
①空气阻力；②纸带与限位孔的摩擦影响。
针对C同学的数据g=0.0970和D的10.98m/s2要作分析，怎么出现的错误?
三、自由落体运动的规律
1、速度与时间的关系：
V=gt
推导过程：
V=V0+at（V0=0a=g）V=gt（结合自由落体运动的特点）
2、位移公式
x=gt2/2
x=V2/2g
推导过程：
x=V0+at2/2
V0=0a=g→X=1gt2/2
2ax=V2-V02（V0=0a=g）→X=V2/2g
跟踪例题：
例1某物体自500米高空自由下落，（忽略空气阻力，g=10m/s2）
问：
①该物体经过多长时间到达地面?
②开始下落的第一秒内下落多高?
前2秒内的下落距离呢?
③下落过程中最后300米所用时间是多少?
④最后一秒内下落的高度是多少?
巩固练习：
每人发一活页习题：
选择题3个，填空题3个，计算题1个，最后做一个小游戏：
测反映时间。
拿出事先准备好的尺子，找同学配合做，并说出他的反映时间，让同学思考当中的奥妙!
自我测评
【基础巩固】
1.关于自由落体运动，下列说法正确的是（）
A.物体竖直向下的运动一定是自由落体运动
B.自由落体运动是初速度为零、加速度为g的竖直向下的均加速直线运动
C.物体只在重力作用下从静止开始下落的运动叫自由落体运动
D.当空气阻力的作用比较小、可以忽略不计时，物体自由下落可视为自由落体运动
2.在忽略空气阻力的情况下，让一轻一重的两块石块从同一高度同时自由下落，则关于两块石块的运动情况，下列说法正确的是（）
升级会员 