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 探究小车速度随时间变化的规律 课标定位 1.知道探究实验的一般步骤。 2.知道打点计时器的使用方法。 3.知道各点瞬时速度的求解方法。 4.根据纸带得到的数据，在坐标纸上画v-t图象。 素养阐释 1、物理观念：周期、计数点、瞬时速度 2、科学思维：通过实验增强学生对于速度随时间变化的理解，渗透“学以致用”的思想 1、电火花打点计时器使用的电压是？ 2、开启电源和拉动纸带的先后顺序？ 交流220V 先开启电源 回顾复习 3、用打点计时器打出的纸带中能直接得到的数据有哪些？通过测量或计算还能得到哪些信息？ 时间间隔 位移 平均速度,瞬时速度 探究小车速度随时间变化规律 知识清单 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。 探究小车速度随时间变化规律 知识清单 实验原理 1.瞬时速度的计算：各计数点的瞬时速度可用以该点为中间时刻的一段时间内的平均速度来代替： 。 2.根据v－t图象判断运动性质：用描点法可作出小车的 v－t图象，根据图象的形状可判断小车的运动性质。 3.加速度的计算：利用v－t图象的斜率求出小车的加速度。 探究小车速度随时间变化规律 知识清单 实验器材 电磁打点计时器（或电火花计时器）、 复写纸、导线、一端附有定滑轮的长木板、 小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、交流电源。 探究小车速度随时间变化规律 知识清单 实验步骤 1.如图所示，把附有定滑轮 的长木板放在实验桌上，并 使定滑轮伸出桌面，把打点 计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。 2.把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上钩码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面。 3.把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列小点，关闭电源。 4.换上新的纸带，重复实验两次。 5.增减所挂钩码的个数，按以上步骤再做两次实验。 0 1 2 3 打点周期：0.02s ?s 计时点：打点计时器在纸带上打出来的点 计数点：从计时点中选出来的具有代表性的点 计数周期：0.1S 数据处理： 处理数据 纸带的处理 （1）测平均速度 （2）测瞬时速度:平均速度→瞬时速度（如何测△x） △t ＝？ △x ＝？ 0 1 2 3 △x0 △x1 △x2 △x3 位置编号 ∆t/s ∆X/m v/(m·s-1) 1 2 3 4 5 求各点瞬时速度（平均速度→瞬时速度） t/s v/(m/s) 建立v-t坐标 标记坐标轴符号、单位 如果瞬时速度集中在0.5到1.1之间，纵坐标可从0.5开始取（个别学生数据从0.2开始，故不应统一从0.5开始） 时间在0到0.5s之间 （较多学生分不清时刻和时间间隔。本质问题在于跳过了第一个学生实验） t/s v/(m/s) 拟合图线 误差分析   产生原因 减小方法 偶然误差 根据纸带测量的位移有误差 测量各计数点到起始点的距离而不是直接测量相邻计数点间的距离 系统误差 作v－t图象不准确有误差 实验中作图时应选取合适的坐标单位 木板的粗糙程度不完全相同 尽量选粗糙程度均匀的木板 注意事项 1.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。 2.先接通电源，等打点稳定后，再释放小车。 3.打点完毕，应立即断开电源。 4.要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰，在小车到达滑轮前及时用手按住。 5.牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小，而使各段位移差别不大，误差增大。 6.要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个计时点取一个计数点，即时间间隔t＝0.1 s。 7.在坐标纸上画v－t图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象尽量分布在较大的坐标平面内。 例　如图2所示是某同学测量匀变速直线运动的加速度时，从若干纸带中选中的一条纸带的一部分，他每隔4个点取一个计数点，图中注明了他对各计数点间距离的测量结果.所接电源是频率为50 Hz的交流电. (1)为了验证小车的运动是匀变速运动，请进行下列计算，并填入下表内.(单位：cm) 应用匀变速直线运动规律处理纸带问题 x2－x1 x3－x2 x4－x3 x5－x4 x6－x5 1.58 1.57       由此可以得出结论：小车的运动是________. (2)两个相邻计数点间的时间间隔Δt＝________ s. (3)计算打计数点B时小车的速度vB＝________m/s(结果保留三位有效数字). 解析　（1）数据如表所示. x2－x1 x3－x2 x4－x3 x5－x4 x6－x5 1.58 1.57 1.57 1.58 1.58 由数据表分析可知，在误差允许范围内相邻相等时间内的位移差相等，因此可以得出结论：小车的运动是匀变速直线运动. （2）该打点计时器所接的电源是频率为50 Hz的交流电，纸带上每隔4个点取一个计数点，即两个相邻计数点间的时间间隔Δt＝5× s＝0.10 s. （3）由于小车做匀变速直线运动，因此，打计数点B时小车的速度等于AC段的平均速度，即vB＝ ≈0.517 m/s. 例　(全国卷Ⅰ)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间.实验前，将该计时器固定在小车旁，如图3(a)所示.实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车.在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续6个水滴的位置.(已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴) 实验原理的迁移应用 图3 (1)由图(b)可知，小车在桌面上是_________(填“从右向左”或“从左向右”)运动的. 从右向左 解析　小车在阻力的作用下，做减速运动，由题图(b)知，从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌面上是从右向左运动的. 方法与技巧：由纸带求匀变速直线运动的加速度 1.图像法 2.公式法 此方法减小了偶然误差。 根据1、2、3、4、5中任意两计数点的速度，由公式计算加速度。 匀变速直线运动的v-t图像一条倾斜的直线，直线的斜率等于加速度。 此方法偶然误差较大。 方法与技巧：由纸带求匀变速直线运动的加速度 3.平均值法 从结果看，真正参与运算的只有和，中间各点的瞬时速度在运算中都未起作用，偶然差大，一般不用此方法。 方法与技巧：由纸带求匀变速直线运动的加速度 4. 逐差法 匀变速直线运动中，任意两个连续相等的时间间隔T内，位移之差是一个常量。 （以后会给出证明）. 方法与技巧：由纸带求匀变速直线运动的加速度 4. 逐差法 方法与技巧：由纸带求匀变速直线运动的加速度 4. 逐差法 可以剪下的纸条长度表示0.1 s时间内位移大小，可近似认为速度     . v∝Δx，纸条长度可认为表示速度 练习 课堂小结 斜率：加速度 实验目的 实验原理 实验步骤及注意事项 选取纸带 采集数据 计算速度 表格法处理数据 图象法处理数据 探究小车速度随时间变化的规律 根据纸带计算各时刻小车速度，利用v-t图象探究速度随时间变化规律 截距：初速度 实验结论 小车的运动是速度随时间均匀变化的直线运动 实验 探究方案 实验 数据处理 随时间变化的规律 实验—探究小车速度 各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替 THANKS!   $$