2.1 实验：探究小车速度随时间的变化的规律 课件-2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

第二章 第1节 实验：探究小车速度随时间变化的规律 高中物理必修 第一册 物理观念： 1．理解匀变速直线运动的速度随时间均匀变化的特征，建立“速度-时间”的定量关系观念。 2．能根据实验数据绘制速度-时间图像，通过图像分析小车速度随时间的变化规律，体会“图像法”在描述物理规律中的直观性优势。 核 心 素 养 科学探究： 1．小组合作完成纸带采集、数据测量与记录，通过计算各计数点的瞬时速度、绘制v-t图像，分析小车速度随时间的变化规律，培养合作探究与数据处理能力。 2．自主开展误差分析与实验改进，通过对比不同纸带的数据、调整实验装置(如改变斜面倾角)，探究误差产生的原因，培养实验创新与反思能力。 新知导入 物体的运动通常是比较复杂的，物体的运动规律各不相同。 高山滑雪、老鹰翱翔、高铁运动等这些运动中都有速度的变化。 我们该怎样探索速度随时间变化的规律呢？ 要想知道速度随时间变化的规律，必须知道物体在一系列不同时刻的速度。这一节我们探究小车的速度是怎样随时间变化的。 新课教学 二、实验原理 1．利用打点计时器打出的纸带上记录的信息，通过公式可计算出各个时刻的瞬时速度； 2．利用描点法作出小车的v­t图像，判断小车的运动性质； 3．利用v­t图像计算小车的加速度。 一、实验目的 1．进一步练习打点计时器的使用、纸带数据的处理和瞬时速度的测量方法； 2．用打点计时器探究小车在重物牵引下的速度随时间变化的规律，并学会用v­t图像处理数据。 新课教学 三、实验器材 小车、细绳、槽码、一段附有定滑轮的长木板、电火花计时器、（电磁打点计时器、低压交流电源）导线若干、纸带、刻度尺等。 四、实验步骤 1．把一端附有定滑轮的长木板放在桌面上，并使定滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在木板上远离定滑轮的一端，连接好电路，如图所示。 新课教学 新课教学 2．把细绳拴在小车上，使细绳跨过定滑轮，并在下面挂上合适的槽码，接通电源，待打点计时器打点稳定后再放开小车，让小车拉着纸带运动，打完一条纸带后立即关闭电源。 3．换上新纸带，再重复操作两次。 4．在三条纸带中选择一条最清晰的，舍掉开头一些过于密集的点，找一个适当的点作为计时起点。 5．选择连续的相隔0.1s的若干计数点进行测量，把数据填入事先设计好的表格中。 6．计算出各计数点的瞬时速度，填入表格中。 7．增减所挂槽码数，再做两次实验。 新课教学 新课教学 五、数据记录与处理 每五个点取一个计数点，时间间隔为T = 5×0.02 s = 0.1 s 新课教学 位置编号 0 1 2 3 4 5 6 …… 时间 t / s 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 …… v1/（m∙s-1) 0.22 0.41 0.59 0.76 0.95 1.12 / …… v2/（m∙s-1) 0.16 0.26 0.38 0.48 0.60 0.71 / …… v3/（m∙s-1) 0.08 0.12 0.16 0.18 0.22 0.25 / …… 五、数据记录与处理 新课教学 实验结论: 小车在重物牵引下，速度随时间均匀增加。 五、数据记录与处理 新课教学 六、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，待打点计时器打点稳定后再放开小车，当小车停止运动时应及时断开电源。 3．要防止槽码下落时小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前应及时用手按住它。 4．牵引小车的槽码个数要适当，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，导致误差增大。 5．要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸带上每五个点取一个计数点，即时间间隔为T = 5×0.02 s = 0.1 s。 新课教学 6．不要逐次测量各段位移，可测量出各个计数点到计时起点的距离，然后计算出两个相邻计数点间的距离。 7．最好用坐标纸作图，在纵、横轴上选取合适的单位，用细铅笔认真描点、连线。 七、误差分析 1．木板不同部位的粗糙程度不同。 2．根据纸带测量的位移有误差，从而计算出的瞬时速度有误差。 3．作v­t图像时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差。 新课教学 拓展：求纸带加速度的方法 位置编号 0 1 2 3 4 5 6 …… 时间 t / s 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 …… Δx/cm …… v/（m∙s-1) …… 新课教学 1．平均值法 求加速度的平均值 从结果看，真正参与运算的只有v1和vn+1，中间各点的瞬时速度在运算中都未起作用，这种误差较大。 新课教学 2．逐差法 分别以1、4，2、5，3、6的速度计算加速度，即： 这样使各点的瞬时速度都参与了运算，可减小误差。 新课教学 3．图像法 由多组数据描绘出v­t图像，v­t图像的直线斜率即为物体运动的加速度。图像法是最准确，最科学的，但是较为繁琐一点。 4．粘贴法处理纸带 由于纸带的宽度相同，可以选择一条清晰的纸带，标上计数点，然后将纸带从相邻的计数点剪下，连续剪下4~5段，然后按顺序将底边对齐并列贴在有格子的纸上，如图所示，纸带的排列呈阶梯状，这种排列也反映了物体运动的规律。 趁热打铁 例1：下图是用打点计时器研究小车做匀变速直线运动的规律的实验装置图： (1)实验室提供了以下器材：打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、复写纸。本实验中还需要用到的实验器材 A．交流电源 B．直流电源 C．刻度尺 D．秒表 (2)实验过程中，下列做法正确的是 A．将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处 B．将接好纸带的小车停在靠近滑轮处 C．先使纸带运动，再接通电源 D．先接通电源，再使纸带运动 趁热打铁 (3)已知小车做匀加速直线运动，则下图中纸带的 端(“左”“右”)和小车相连。 (4)某同学用电火花打点计时器做“探究小车速度随时间变化的规律”实验，所用交流电的频率为50Hz。取一段实验纸带，从0点开始每间隔4个点取1个计数点，分别记为1、2、3、4，如图所示。各计数点到0点的距离已在图中标出，由图可求得：(保留两位有效数字) ①打点计时器打计数点1时，小车的速度大小 m/s； ②小车的加速度大小 m/s2。 左 0.17 0.20 趁热打铁 解析： (1)本实验中还需要用到的实验器材为交流电源以及刻度尺；故选AC。 (2)为了实验的精准，需要获得更多数据点，需将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处，故A正确，B错误；打点计时器应先接通电源后释放纸带，故C错误，D正确。(3)小车做匀加速直线运动，等时间内位移逐渐变大，故纸带的左端与小车相连； (4)①每间隔4个点取1个计数点可知相邻计数点间的时间间隔为T=0.02 s×5=0.10 s，根据匀变速运动，中间时刻瞬时速度等于全程平均速度，打计数点1时，小车的速度大小 ②加速度为 Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $