第四章 运动和力的关系 课题研究课件-2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

课题研究 年 级：高一年级 学 科：高中物理（人教版） 猜想 设计 分析 概括 问题 证据 解释(数据分析和结论) 自主构思 深入分析 完整研究 系统表达 01课堂学习 03研究报告 02课题研究 研究样例：球形物体空气阻力大小与速率关系的研究 问题的提出 实验设计 实验过程和数据 实验处理和结论 人们散步时不觉得空气有阻力，但跑步时明显感觉迎面有风阻挡。 自行车行驶时80%的阻力来自空气阻力，时速38公里和时速35公里所需力量差异高达30%。 人站在高速行驶的敞篷车上时，会感觉到迎面阻挡的风力很大。 01散步跑步 03自行车行驶 02高速敞篷车 经验说明：空气阻力的大小跟物体在空气中运动的速率有关。 研究样例：球形物体空气阻力大小与速率关系的研究 问题的提出 实验设计 实验过程和数据 实验处理和结论 鸟在飞行中受到的阻力是很小的。几乎所有鸟的身体都有类似的形状。 成语“树大招风”提示我们。同样大的风，作用在大树上时，由于大树枝叶粗而多，受力面积大，它受到的力就大。 01鸟流线型身体 02成语“树大招风” 经验说明：空气阻力的大小跟横截面积等其他条件有关。 研究样例：球形物体空气阻力大小与速率关系的研究 问题的提出 实验设计 实验过程和数据 实验处理和结论 实验数据表明：1.对比甲乙两图可知空气阻力随横截面积的增大而增大； 2.乙图中手机下落过程中，空气阻力随速率的增大而增大。 乙 甲 图1 手机下落过程中加速度随时间变化 A B 研究样例：球形物体空气阻力大小与速率关系的研究 实验设计 实验过程和数据 实验处理和结论 问题的提出 （阅读教科书的内容）思考与讨论 空气阻力与 本课题以气球为研究对象，保持同一气球体积不变，探究球形物体空气阻力的大小跟速率的定量关系。 问题1．研究球形物体所受空气阻力大小与速率关系时，保持其他条件相同，采用了什么方法？ 半径的 01 控制变量法 02 图像法 问题2．如何根据球形物体所受空气阻力的数据和速率的数据研究二者的关系？ 本课题以气球为研究对象，保持同一气球体积不变，探究球形物体空气阻力的大小跟速率的定量关系。 研究样例：球形物体空气阻力大小与速率关系的研究 实验设计 实验过程和数据 实验处理和结论 问题的提出 出处： 北航“陆士嘉空气动力学学生实践创新基地”在我校风洞实验室成立——北京三十五中风洞实验室简介 图2 北京三十五中风洞实验室 研究样例：球形物体空气阻力大小与速率关系的研究 实验设计 实验过程和数据 实验处理和结论 问题的提出 （阅读教科书的内容）思考与讨论 空气阻力与 03 平衡法 问题3．悬挂重物的气球在什么状态下容易获取空气阻力数据？为什么？ 图3 实验装置示意图 问题4．如何判断气球在匀速运动？如何求气球匀速直线运动时的速率？ 04 手机拍摄法 研究样例：球形物体空气阻力大小与速率关系的研究 实验设计 实验过程和数据 实验处理和结论 问题的提出 方法一：手机录像功能 1.录制气球悬挂不同质量重物下落的视频； 2.打开Tracker软件，导入视频，截取气球下落片段； 3.以重锤线方向为x轴正方向，刻度尺确定比例尺； 4.某一帧中捕捉黑色小球位置，自动搜索不同帧小球的位置； 5.复制下落位置和时间数据，在Excel中拟合直线求出收尾速度。 研究样例：球形物体空气阻力大小与速率关系的研究 实验设计 实验过程和数据 实验处理和结论 问题的提出 气球和重物所受的总质量m/g 序号 1 2 3 4 5 6 7 1.3 时刻/s 13.37 13.40 13.43 13.47 13.50 13.53 13.57 位置/m 0.86 0.87 0.89 0.91 0.93 0.95 0.96 2.4 时刻/s 31.73 31.77 31.80 31.83 31.87 31.90 0.90 位置/m 0.57 0.61 0.65 0.68 0.72 0.76 0.80 3.5 时刻/s 49.97 50.00 50.03 50.07 50.10 50.13 50.17 位置/m 0.62 0.67 0.73 0.77 0.83 0.88 0.94 4.6 时刻/s 65.53 65.57 65.60 65.63 65.67 65.70 65.73 位置/m 0.43 0.49 0.55 0.62 0.69 0.75 0.82 5.7 时刻/s 81.33 81.37 81.40 81.43 81.47 81.50 位置/m 0.54 0.62 0.69 0.76 0.85 0.93 研究样例：球形物体空气阻力大小与速率关系的研究 实验设计 实验过程和数据 实验处理和结论 问题的提出 研究样例：球形物体空气阻力大小与速率关系的研究 实验设计 实验过程和数据 实验处理和结论 问题的提出 次数 1 2 3 4 5 气球和重物所受的总重力G/N 0.01274 0.02352 0.0343 0.04508 0.05586 气球和重物的收尾速率v/m 0.5318 1.1029 1.5676 1.9666 2.2870 图4 空气阻力和速率关系图 研究样例：球形物体空气阻力大小与速率关系的研究 实验设计 实验过程和数据 实验处理和结论 问题的提出 方法二：手机连拍功能 如图甲，在气球的气嘴上绑定一根硬铁丝，下面悬吊一个重物，使气球下落时能大致保持竖直方向，以保证能用刻度尺测量到重物的位置； 测出气球连同铁丝和重物所受的总重力G； 竖直放置一个刻度尺用来测量重物的位置，请一名同学在刻度尺的上方释放气球，另一名同学用手机在刻度尺前拍摄气球下落的连拍照片； 在确认相邻两帧照片之间重物下落的距离基本相等的情况下，读出某帧照片上重物位置在刻度尺上的读数为l0； 再经过n帧照片后的读数为ln（图乙），则可以得到相邻两帧照片之间重物下落位移的平均值为 图3 实验装置示意图 研究样例：球形物体空气阻力大小与速率关系的研究 实验设计 实验过程和数据 实验处理和结论 问题的提出 图5 手机连续拍摄照片，每张照片间隔0.1s 研究样例：球形物体空气阻力大小与速率关系的研究 实验设计 实验过程和数据 实验处理和结论 问题的提出 次数 1 2 3 4 5 6 7 气球和重物所受的总重力G/(10-2N) 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10.5 相邻两帧照片重物下落位移l/(10-2m) 13.6 16.3 19.8 23.8 26.6 28.8 32.8 图6 空气阻力和速率关系图 思考问题 橡皮筋拉力与橡皮筋伸长量成正比吗？橡皮筋拉力F与橡皮筋伸长量x的F-x图像是一条直线吗？ 橡皮筋会不会“疲劳”？ 同一橡皮筋每次实验的F-x图像是不是都相同？ 在橡皮筋拉力F逐渐增加时记录数据，随后在F逐渐减少时记录数据，两次作出的F-x图像重合吗？ 参考选题：橡皮筋弹力与伸长量关系的研究 同学们，再见！ EVCapture4.2.3软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $$