2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律-【精彩三年】2024-2025学年高中物理必修1课程探究与巩固PPT课件（人教版2019）

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 课程解读 课标要点 学科素养 链接浙江学考 链接浙江选考 通过实验，探究匀变速直线运动的特点。 用打点计时器、频闪照相机或其他实验工具研究匀变速直线运动的规律 科学探究：能完成“探究小车速度随时间变化的规律”实验。能发现并提出物理问题，根据已有实验方案，使用打点计时器等器材搜集数据，会妥善保存原始信息。能分析纸带记录的信息，形成初步的结论。能分析实验中的误差。能参考教科书内容，撰写简单的实验报告 用打点计时器、频闪照相机探究小车速度随时间变化的规律 用打点计时器、频闪照相机或其他实验工具探究小车速度随时间变化的规律 目录 CONTENTS 教材整体初识 构建与探源 01 02 ___________________________________ —学科素养 对基本问题充分掌握— ____________________________________ —学科素养 对学科素养融会贯通— 命题整体感知 尝试与研析 01 _______________________________ —学科素养 对基本问题充分掌握— 教材整体初识 构建与探源 教材整体初识 构建与探源 知识点　探究小车速度随时间变化的规律 1．实验思路：利用打点计时器测量出小车的瞬时速度，画出小车的速度—时间图像，通过图像分析小车的速度随时间变化的规律。 若v——t图像为一条倾斜的直线，则小车做匀变速直线运动，图像的倾斜程度(斜率)表示加速度。 2．实验器材：小车、细绳、槽码、一端带有滑轮的长木板、打点计时器、交流学生电源、导线若干、纸带、刻度尺等。 教材整体初识 构建与探源 3．实验步骤 (1)把一端带有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使定滑轮伸出桌面，将打点计时器固定在长木板上，并接好电路。 (2)将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔。 教材整体初识 构建与探源 (3)把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的槽码。 (4)拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先接通电源，再放开纸带。 (5)断开电源后取下纸带。 (6)换上新纸带，再做两次实验。 教材整体初识 构建与探源 4．数据记录 (1)为了便于测量，舍掉纸带上开始一些过于密集的点，找一个适当的点作为计时起点。 (2)选择相隔0.1 s(或更短)的若干计数点(或计时点)进行测量，用第一章第3节学的方法求出各计数点(或计时点)对应的瞬时速度，并填入表中。 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 … 瞬时速度 v/(m·s－1)               … 教材整体初识 构建与探源 5．数据分析 可先用表格法合理猜想(定性)，然后画出v——t图像(定量)，利用图像得出规律。 (1)以时间t为横轴、瞬时速度v为纵轴，建立坐标系，画出速度—时间图像，即v——t图像。 (2)根据画出的速度—时间图像，分析小车速度随时间变化的规律。 02 —学科素养 对学科素养融会贯通— 命题整体感知 尝试与研析 _____________________________ 类型　“探究小车速度随时间变化的规律”实验的问题 1．求纸带上某点对应瞬时速度的方法：纸带上某点对应的瞬时速度等于其两侧相邻点之间的平均速度。 2．根据实验数据画v——t图像时，考虑到误差，不可能所有点都整齐地排列在一条直线上。如果有些点难以落在直线上，连线时，应该尽量使那些不能落在线上的点均匀地分布在线的两侧，这样能起到取平均的效果，也能舍弃误差较大的点。这样画出的直线更符合实际规律。 类型　“探究小车速度随时间变化的规律”实验的问题 例1　 [2024·宁波中学高一]在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，图甲所示为实验中获得的一条纸带。A、B、C、D是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出。 (1)如图所示，________(填“乙”或“丙”)图是 实验中用到的电磁打点计时器，它是一种能够按照相同的时间间隔在纸带上连续打点的仪器。它使用________(填“交流”或“直流”)电源，由学生电源供电，工作电压约为8 V，当电源的频率是50 Hz时，它每隔_________s打一个点。 乙 交流 0.02 类型　“探究小车速度随时间变化的规律”实验的问题 (2)在实验中，使用打点计时器时应先____________，再____________。(均填“释放小车”或“接通电源”) (3)从图甲中读出A、B两点间的距离 x＝________________________cm；B点对应的速度是________m/s，C点对应的速度是_________m/s(计算结果保留两位有效数字)。 (4)小车的加速度是_______________________m/s2(计算结果保留两位有效数字)。 接通电源 释放小车 0.70(0.68～0.72均可) 0.08 0.10 0.20(0.19～0.21均可) 类型　“探究小车速度随时间变化的规律”实验的问题 【解析】 (1)题图乙是电磁打点计时器，题图丙是电火花计时器。电磁打点计时器是一种能够按照相同的时间间隔在纸带上连续打点的仪器，它使用交流电源，由学生电源供电，工作电压约为8 V，当电源的频率是50 Hz时，每隔0.02 s打一个点。 (2)使用打点计时器时应先接通电源，再释放小车，这样打下第1个点时纸带的初速度为0，且可以在纸带上打出更多的点。 类型　“探究小车速度随时间变化的规律”实验的问题 类型　“探究小车速度随时间变化的规律”实验的问题 例2　 某同学用图甲所示的装置探究小车速度随时间变化的规律。 (1)实验中，除打点计时器(含交变电源)、 纸带、复写纸、小车、平板和槽码外， 在下列器材中，必须使用的是______。 A．毫米刻度尺　　　　 B．停表 C．天平 D．弹簧测力计 A 类型　“探究小车速度随时间变化的规律”实验的问题 (2)实验中有如下两种计时器，图丁叫作 _____________计时器，图戊叫作__________ 计时器。 本次实验选择的打点计时器如图戊所示，该计时器的工作电源为 _______________(填“交变电源”或“直流电源”)，电压为_______V。 电磁打点 电火花 交变电源 220 类型　“探究小车速度随时间变化的规律”实验的问题 (3)下列实验步骤的正确顺序是___________。 A．关闭电源，取下纸带 B．将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连 C．把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔 D．接通电源后，放开小车 CBDA 类型　“探究小车速度随时间变化的规律”实验的问题 (4)实验中获得的一条纸带如图丙所示，在纸带上依次取O、A、B、C、D…若干个计数点，利用实验数据计算出打点时小车的瞬时速度v，以v为纵坐标、t为横坐标，作出图乙所示的v——t图像。根据图像求出小车的加速度a＝____________________m/s2(计算结果保留三位有效数字)。 【解析】 (1)本实验通过研究纸带上点迹分布情况分析小车的运动，所以需要用毫米刻度尺测量计数点间的距离；打点计时器可以记录时间，不需要停表；也不需要用天平测量物体的质量、用弹簧测力计测量力，故选A。 1.46(1.43～1.49均可) 类型　“探究小车速度随时间变化的规律”实验的问题 类型　“探究小车速度随时间变化的规律”实验的问题 活学活用 [2024·慈溪中学高一]在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带，如图甲所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共七个计数点，每相邻两个计数点间还有四个点图中没有画出，电火花计时器接220 V、50 Hz交变电源。他经过测量并计算得到电火花计时器 在打B、C、D、E、F各点 时小车的瞬时速度如下表： 对应点 B C D E F 速度/(m·s－1) 0.141 0.185 0.220 0.254 0.301 类型　“探究小车速度随时间变化的规律”实验的问题 (1)设电火花计时器的打点周期为T，计算vF的公式为vF＝________。 (2)根据实验中得到的数据，以A点对应的时刻为t＝0，试在图乙所示坐标系中合理地选择标度，作出v——t图像。 【答案】 见解析图 类型　“探究小车速度随时间变化的规律”实验的问题 (3)利用该图像求得该小车的加速度a＝_________m/s2(计算结果保留两位有效数字)。 (4)如果当时电网中交变电流的电压变成210 V，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。 0.40 不变 类型　“探究小车速度随时间变化的规律”实验的问题 (2)根据表中数据，利用描点法作出图像如图所示。 类型　“探究小车速度随时间变化的规律”实验的问题 本课点睛(教师用书独有) 科学探究的要素(科学思维) 1．“科学探究”主要包括问题、证据、解释、交流等要素。 2．“科学探究”是指基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的过程。 3．研究一切物理问题常用的方法：发现问题、提出质疑、科学猜想、实验探究、得出结论。 温馨说明：课后请完成高效作业5 感谢聆听，再见！ (3)由题图可知，A、B两点间的距离x＝0.70 cm，B点对应的速度为vB＝＝ m/s＝0.08 m/s，C点对应的速度为vC＝＝ m/s＝0.10 m/s。 (4)小车的加速度为a＝＝ m/s2＝0.20 m/s2。 (2)打点计时器有两种，分别是电磁打点计时器和电火花计时器。图丁为电磁打点计时器；图戊为电火花计时器，其工作电源为220 V交变电源。 (3)在进行实验时，应先把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔；然后将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连；接通电源后，放开小车；最后关闭电源，取下纸带。所以正确的操作顺序为CBDA。 (4)由v——t图像和a＝可得加速度a＝＝1.46 m/s2。 【解析】 (1)两个相邻计数点间的时间间隔t＝5T＝0.1 s， vF的计算公式为vF＝。 (3)图像斜率大小等于加速度大小，故有a＝＝ m/s2＝0.40 m/s2。 (4)如果当时电网中交变电流的电压变成210 V，但频率不变，则打点的周期不变，故不影响测量情况，加速度的测量值与实际值相比不变。 $$