2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律 课件-2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

2.1　实验——探究小车速度随时间变化的规律 人教版高一物理必修1第一学期第二章2.1　实验——探究小车速度随时间变化的规律 第二章 匀变速直线运动的研究 核心素养目标 1、物理观念：进一步练习使用打点计时器 2、科学思维：会利用平均速度求瞬时速度． 3、科学探究：会利用v ­t图像处理实验数据，并据此判断物体的运动性质． 4、科学态度与责任：能根据实验数据求加速度． 教学目标 教学重点：1.进一步练习使用打点计时器．2.会利用平均速度求瞬时速度． 教学难点：会利用v ­t图像处理实验数据，并据此判断物体的运动性质．能根据实验数据求加速度． 情境导入 实验思路 问题引入 　　研究某一种运动的特点和规律，一般要从某个具体事例开始。高铁出站时，可以近似看成变速直线运动，那么在它出站的过程中，速度随时间是怎么变化的？ 4 情境导入 知识讲解 一、实验目的 1.进一步练习使用打点计时器及利用纸带求瞬时速度。 2.探究小车速度随时间的变化规律。 3.会用图象法处理实验数据。 6 　　回顾用打点计时器测量瞬时速度，需要哪些实验器材？本实验又需要哪些实验器材？ 实验仪器 　　打点计时器（带导线）、交变电源、纸带、一端带有定滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、复写纸、坐标纸。 二、知识讲解——实验思路 7 知识讲解 　　我们用重物牵引小车的运动代替高铁出站的过程进行研究，那么要研究小车的速度随时间变化的规律，我们该如何设计这个实验？又要测量哪些物理量？选用什么器材？ 三.实验原理 　　要探究小车速度随时间变化的规律，就要测量小车在不同时刻的瞬时速度，这就要用到打点计时器。 9 知识讲解 在时间间隔很短的情况下，某点的瞬时速度可用一段时间内的平均速度表示，计算出某些时刻的瞬时速度，作出小车运动的速度-时间图象，判断小车速度是否均匀变化。 三.实验原理 知识讲解 四.实验步骤 （1）要把打点计时器固定在长木板上，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面。 （2）把小车停在靠近打点计时器的位置。（为什么？） （3）启动计时器，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，纸带打完后立即关 闭电源。 （4）换上新纸带，增减所挂槽码（或在小车上放置重物）重复操作两次。（为什么？） 知识讲解 五、注意事项 1.固定打点计时器时，应注意使两限位孔和小车运动轨迹在同一直线上 2.开始实验:开始释放小车时,应使小车靠近打点计时器 3.实验中 ：接通电源和释放小车 4.打点结束后立即关闭电源 5.要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰 知识讲解 六.数据记录 　　为了便于测量，舍弃开头一些密集的点，从一个适当的点开始作为计数 0点，之后每隔 0.1s （或更短）取一个计数点进行测量，记入自己设计的表格。　 　　回顾第一章测量瞬时速度的实验计算各点的瞬时速度的方法，计算本实验中各点的瞬时速度，记录各点的瞬时速度。 位置编号 0 1 2 3 4 5 6 时间 t / s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 v1 / (m·s-1) v2 / (m·s-1) v3 / (m·s-1) 知识讲解 七.拓展学习 　　除了利用打点计时器来设计这个实验外，我们还可以利用什么来测量小车的瞬时速度？ 　　还可以利用“位移传感器”、“光电门”等技术手段更加精准的去测量小车的瞬时速度。 14 知识讲解 八.v-t图象和 x-t图象的比较 绘制 v-t 图像 以速度 v 为纵轴、时间 t 为横轴建立直角坐标系；标出物理量和单位； 合理标定横纵坐标轴分度； 根据数据表格中的数据，在坐标系中描出坐标点； 用一条平滑曲线（包括直线）“拟合”这些点。画图线时要使它两侧的点数大致相同。 （一）.数据处理 知识讲解 15 　　根据实验测得的数据描出的坐标点并不是全都落在直线上，只能大致分布在直线两侧。因此，v-t 图像是实际情况的理想化，是研究实际运动抽象出的一种理想化运动模型。 绘制 v-t 图像 v / (m·s-1) t / s O 　　由图像可以看出，速度随时间均匀变化，所以本实验中小车做的是一个速度均匀变化的直线运动。 （一）、数据处理 知识讲解 16 　　信息技术的发展使得我们处理数据更加的简单，借助常用的数表软件，可以迅速、准确地根据表格中的数据作出 v-t 图像，甚至能够写出图像所代表的公式。 用计算机绘制 v-t 图像 (一）.数据处理 知识讲解 17 知识讲解 1、图象特点：直观 2、作图步骤 1）纵轴-v,横轴-t；对坐标轴进行适度分度，使测量结果均匀布满坐标系。 2）描出测量点，应尽可能清晰 3）用一条光滑的曲线（直线）连接点。 明显偏离的点视为无效点；直线时应把尽量多的点连在一条直线上，使不在线上的点均匀的分布在线的两侧。 t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 v1/ms-1 16.50 21.40 26.30 31.35 36.30 41.25 二、v-t图像 3、描点连线作图 观察v-t图 t/s v/(m.s-1) 舍去！ △v △t 图线的特点？ 小车的运动规律？ 如何求加速度？ 思考 知识讲解 实验结论 1、图线为直线 2、从图线上可以可以求出每一时刻的速度 3、从图线上求出加速度，斜率k=△v/△t=a; 注：a不变的直线运动叫做匀加速直线运动 21 知识讲解 注意注意！！ 无论v－t图像还是x-t图象中，图像是直线还是曲线都表示物体做直线运动。 知识讲解 3．“研究匀变速直线运动”的实验中，使用电磁打点计时器(所用交流电的频率为50 Hz)，得到如下图所示的纸带．图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表述正确的是(　　) A．实验时应先放开纸带再接通电源 B．相邻两个计数点间的时间间隔为0.1 s C．从纸带可求出计数点B对应的速率 D．相邻两个计数点间的时间间隔为0.02 s 答案：　BC 知识讲解 4、为了计算加速度，合理的方法是(　　) A．根据任意两计数点的速度用公式a＝Δv/Δt算出加速度 B．根据实验数据画出v－t图象，量出其倾角，由公式a＝tan α求出加速度 C．根据实验数据画出v－t图象，由图象上相距较远的两点所对应的速度、时间用公式a＝Δv/Δt算出加速度 答案：　C 知识讲解 5、一个物体沿着直线运动，其v-t图如图所示：（1）它在1s末、4s末、7s末三个时刻的速度，哪个最大，哪个最小？ （2）它在1s末、4s末、7s末三个时刻的速度方向是否相同？ （3）它在1s末、4s末、7s末三个时刻的加速度，哪个最大，哪个最小？ （4）它在1s末、4s末、和7s末三个时刻的加速度方向是否相同？ 1 v/m·s-1 0 t/s 4 6 2 2 D C 8 B A 6．在“研究匀变速直线运动”的实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz，记录小车运动的纸带如下图所示，在纸带上选择6个计数点A、B、C、D、E、F，相邻两计数点之间还有四个点未画出，各点到A点的距离依次是2.0 cm、5.0 cm、9.0 cm、14.0 cm、20.0 cm. (1)根据学过的知识可以求出小车在B点的速度为vB＝________m/s.CE间的平均速度为________m/s； 知识讲解 26 知识讲解 7．在“研究匀变速直线运动”的实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz，记录小车运动的纸带如下图所示，在纸带上选择6个计数点A、B、C、D、E、F，相邻两计数点之间还有四个点未画出，各点到A点的距离依次是2.0 cm、5.0 cm、9.0 cm、14.0 cm、20.0 cm. (2)以打B点时为计时起点，建立v－t坐标系如下图所示．请在图中作出小车运动的速度与时间的关系图线； 知识讲解 8．在“研究匀变速直线运动”的实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz，记录小车运动的纸带如下图所示，在纸带上选择6个计数点A、B、C、D、E、F，相邻两计数点之间还有四个点未画出，各点到A点的距离依次是2.0 cm、5.0 cm、9.0 cm、14.0 cm、20.0 cm. (3)根据图线可得小车运动的加速度为________m/s2. 28 知识讲解 9.如图是某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时打出的纸带，已知打点计时器的电源频率是50 Hz（周期是0.02 s），则：（　　） D 知识讲解 10.（多选）在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，得到如下图所示的纸带，其中A、B、C、D、E、F、G为计数点，相邻两计数点间的时间间隔为T，x1、x2、x3、x4、x5、x6分别为AB、BC、CD、DE、EF、FG间的位移，下列可用来计算打D点时小车速度的表达式是（　　 ） B C 知识讲解 11.（多选）“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图甲、乙两个图象为甲、乙两位同学从实验中得到数据后画出的小车运动的v-t图象.下列说法正确的是（　　） A.甲的实验误差比乙的实验误差小 B.甲的实验误差比乙的实验误差大 C.甲在实验中处理纸带时没有舍掉开头一些密集的点迹 D.乙在实验中处理纸带时没有舍掉开头一些密集的点迹 B C 知识讲解 12.关于用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验，下列说法中正确的是（　　） A.打点计时器应固定在长木板上，且靠近滑轮一端 B.开始实验时小车应靠近打点计时器一端 C.应先接通电源，待打点稳定后再释放小车 D.牵引小车的钩码个数越多越好 B C 32 知识讲解 13.在探究“小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学操作以下实验步骤，其中错误或遗漏的步骤有（遗漏步骤可编上序号G……）__________________________________________________________________ A.将小车安放至靠近打点计时器处，先放开小车，再接通电源 B.将打点计时器固定在平板上没有滑轮的一端，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，使小车能在平板上做匀速运动 F.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔 将以上步骤完善后写出合理的步骤顺序______________ 步骤A中应先接通电源, 再放开小车 步骤D中取下纸带前应先断开电源 补充步骤G：换上新纸带，重复三次实验； BECFADG 知识讲解 14.在“探究小车的速度随时间变化的规律”的实验中，某同学操作过程中有以下实验步骤： 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长木板上，并连接好电路； C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着适当重的钩码，放手后看小车能否在木板上做平稳的加速运动； D.取下纸带； E.把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使附有定滑轮的一端伸出桌面； F.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔； G.换上新纸带，重复操作两次. （1）其中有错误的步骤是______；应改正为___________________________________. （2）将改正后的步骤按合理的顺序写在横线上：步骤顺序为_________________. A　 先接通电源，再放开纸带 EBCFADG 知识讲解 15.在“探究小车速度随时间变化的规律”时，某同学根据所学知识设计了如下实验步骤： A.把打点计时器固定在长木板上，连接好电路； B.把小车停放在靠近打点计时器处，接通电源后放开小车； C.换上纸带，重复三次，选择一条理想的纸带； D.把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车车尾； E.断开电源，取下纸带. （1）合理的实验顺序应为____________. 若下图是该实验得到的一条纸带，从0点开始每5个计时点取一个记数点，依照打点的先后顺序依次编为1、2、3、4、5、6，测得s1＝5.18cm, s2＝4.40cm，s3＝3.62cm，s4＝2.84 cm，s5＝2.06 cm，s6＝1.28 cm. （2）相邻两记数点间的时间间隔为________s. （3）打点计时器打下记数点3时，小车的速度大小v3＝________m/s. 0.1 0.323 ADBEC Lavf58.20.100 答案： $$