2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律（教学课件）物理人教版必修第一册

该高中物理课件聚焦“探究小车速度随时间变化的规律”实验，课堂导入从汽车启动、飞机起飞等生活现象切入，通过打点计时器实验，以实验思路设计、操作规范、数据记录与处理、v-t图像绘制为支架，串联起从器材使用到规律探究的完整知识脉络。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，通过“先固定再穿纸”等操作口诀规范实验，用平均速度替代瞬时速度处理数据，结合典例解析与v-t图像分析培养能力，含实验视频演示。学生能提升实验操作与数据分析技能，教师可依托系统流程与实例高效教学。

人教版必修第一册 第二章 匀变速直线运动 1. 实验：探究小车速度随时间变化的规律 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 认识打点计时器的工作原理，理解纸带点迹与物体运动时间、位移的对应关系，掌握利用纸带计算瞬时速度的方法，初步建立匀变速直线运动的运动观念。 02 科学思维 学会利用平均速度近似替代瞬时速度的微元极限思维，掌握数据拟合、图像分析法，通过v-t图像判断运动规律，培养利用实验数据归纳物理规律的推理思维。 03 科学探究 能够规范完成小车打点实验，熟练进行纸带处理、数据记录与运算，自主绘制v-t图像，通过图像特征探究小车速度的变化规律，提升动手操作与实验探究能力。 04 科学态度与责任 养成规范操作实验、如实记录数据、严谨处理误差的实验素养，体会实验探究是获取物理规律的重要方法，培养求真务实、严谨细致的科学探究态度。 教学重难点 教学难点 教学重点 开展实验，规范操作，记录数据，规范操作，探究小车速度随时间变化的规律。 分析实验测得的多组数据，绘制精准的v-t图像，直观清晰地呈现小车速度随时间变化的规律。 课堂导入 从汽车启动到飞机起飞，生活中的物体运动往往伴随着速度的改变。我们如何摆脱“快”与“慢”的模糊描述，用严谨的物理语言去精确量化速度随时间的变化？今天，我们将利用打点计时器这一经典仪器，通过实验揭开小车速度变化的规律。 知识点1 实验思路 你如何用以下实验器材，设计实验研究小车速度随时间的变化规律？ 探究新知——思考与讨论 1.电磁/电火花打点计时器 2.一端附定滑轮的长木板 3.小车与细绳 4.若干钩码（50g/个） 5.纸带（若干条） 6.复写纸/墨粉纸盘 7.学生低压交流电源 8.开关与导线 1.实验方案： 探究新知 2. 实验原理 探究新知 (1)利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点为中间时刻取一小段位移，用这段位移的平均速度表示这点的瞬时速度。 (2)以速度v为纵轴、时间t为横轴，描点绘制v-t图像，探究速度与时间的关系。 知识点2 进行实验 1.如图所示，固定打点计时器，将纸带穿过限位孔并系于小车尾部；细绳一端连小车，另一端跨过定滑轮悬挂钩码。 2. 调节定滑轮高度，使细绳与长木板表面平行，确保小车运动时合力恒定，做匀变速直线运动。 探究新知——实验步骤 3. 小车停在靠近计时器处。切记：先通电，后释放，待打点稳定后再让小车运动。 4.更换新纸带，重复步骤3至少三次。从多条纸带中选择点迹清晰、点间距均匀的纸带用于数据分析。 探究新知——实验步骤 安装口诀 “先固定，再穿纸，绳要平行板要平。” 稳固装置是基础，确保轨道水平，细绳与木板平行无夹角。 操作口诀 “先通电，后放手，实验完毕断电源。” 待计时器稳定打点后再释放小车，实验结束立即切断电源保护仪器。 01 顺序绝对不能错 若先放手后通电，纸带前端点迹会极其稀疏甚至缺失，导致无法采集到有效数据。必须待打点计时器工作稳定后再释放。 02 初始位置要靠近 小车应紧靠打点计时器释放。这样能充分利用纸带长度，记录更多数据点，为后续计算速度和加速度提供更丰富的样本，减小误差。 03 细绳木板要平行 确保细绳与木板表面平行，这样小车受到的拉力才是恒定的，从而保证小车做匀变速直线运动，使打出的点迹分布均匀且规律。 探究新知——操作规范 1.7.2013 为了帮助大家记忆，我总结了两个口诀。安装口诀是“先固定，再穿纸，绳要平行板要平”。操作口诀是“先通电，后放手，实验完毕断电源”。请大家务必记住这几个核心要点：操作顺序不能错，小车位置要靠近，细绳必须保持平行。这些细节直接决定了我们实验的成败。 ‹#› 知识点3 数据记录 1.为了便于后续的长度测量与数据计算，一般要舍掉纸带开头一些过于密集、间距过小的点迹，再从中找一个位置适当、辨识度高的点作为计时起点。 2.每5个点(相隔0.1 s)取1个计数点进行测量(如图所示，相邻两点中间还有4个点未画出)，这样选取既能减少测量误差，又方便通过计数点间距精准计算小车的瞬时速度。 探究新知——纸带的选取与测量 3.数据采集：逐一量出纸带上各个计数点到选定计时零点的距离，分别记为d₁、d₂、d₃…并精准记录每组数据。然后再算出相邻的两个计数点的距离x1＝d1；x2＝d2－d1；x3＝d3－d2；x4＝d4－d3；… 探究新知——纸带的选取与测量 (1)瞬时速度的求解方法：时间间隔很短时，可用某段时间的平均速度表示这段时间内中间时刻的瞬时速度，即: 探究新知——不同计数点的瞬时速度计算 (2)数据记录 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) 探究新知——不同计数点的瞬时速度计算 典例解析 【例1】一打点计时器所用电源频率是50Hz。如图所示，纸带上的0点先通过打点计时器，0至3点之间历时________s，位移为________m，这段时间内纸带运动的平均速度大小是______m/s，打2点时纸带运动的速度大小是____m/s。 典例解析 【答案】 0.06 0.0540 0.9 1.05 【详解】[1]0至3点之间历时 [2]位移为 [3]这段时间内纸带运动的平均速度大小为 [4]打2点时纸带运动的速度大小为 知识点4 数据分析 1.建立直角坐标系：在坐标纸上绘制坐标轴，横轴代表时间t，纵轴代表速度v。根据数据范围合理设定坐标轴的标度，确保图像占据纸面主要区域。 探究新知——直观的方法：画出小车的v－t图像 2.依据数据精准描点：对照实验记录表中的 数据组，在坐标系中逐个标出对应的点。描点时应使用细笔尖，确保点的位置准确，以便后续分析。 3.拟合最优趋势直线：观察点的分布，用直尺绘制一条倾斜直线，使点尽可能均匀分布在直线两侧，舍弃偏离过大的异常数据。这条直线代表了速度随时间变化的普遍规律。 (1)t=0时刻的速度等于零吗？为什么？ (2)为何画出的是直线？直线斜率可表示何物理量？ (3)单点明显偏离直线，原因及处理方式？ (4)从图上可知小车速度随时间如何变化？ 探究新知——思考与讨论 探究新知——实验视频演示 1．固定打点计时器时，限位孔应置于长木板中央位置。 2．滑轮高度适中，细绳需与木板平行。 3．小车应紧靠打点计时器释放，撞击木板末端前停止运动，防止掉落。 4．先接通电源，再使纸带运动。 5．打点结束后立即关闭电源。 探究新知——实验注意事项 典例解析 【例2】某同学在做“测量直线运动物体的瞬时速度”的实验中，从打下的若干纸带中选出了如图所示的一条纸带，已知电火花打点计时器使用的电源频率为50Hz，每两个相邻计数点间有四个点没有画出，各计数点到0点的距离如纸带上所示。 典例解析 (1)根据纸带提供的信息，小华同学已经计算出了打下1、2、3、4、6这五个计数点对应的速度，请你帮助他计算出计数点5对应小车的速度__________m/s（结果保留2位有效数字）。 典例解析 (2)以速度v为纵轴、时间t为横轴在坐标纸上建立直角坐标系，根据表中的v、t数据，在给出的坐标系中描点，并作出小车运动的图像。 典例解析 【答案】(1)0.53(2)见解析 【详解】（1）每两个相邻计数点间有四个点没有画出，则相邻两计数点间的时间间隔为打下计数点5时小车的速度为 （2）根据题表中的数据描点作图，如图所示 课堂小结 课堂小结 探究小车速度随时间变化的规律 测量 实验思路 绘制 实验步骤 数据记录与分析 规范数据记录，精准处理数据，分析图像结果。 用打点计时器及纸带算瞬时速度 绘制v-t图像，探究小车运动规律 课堂练习 课堂练习 1．如图所示，是某人练习使用电火花打点计时器得到的纸带，所用电源频率为50Hz。 （1）电火花打点计时器采用的是___________V的___________电源 （2）图中直尺的单位为。从打下O点到打下H点，共9点，共历时_________s，位移为________cm， （3）OH内纸带运动的平均速度是___________m/s，打下G点时的速度是_________m/s（结果保留2位有效数字） 课堂练习 【答案】 220 交流 0.16 11.40/11.39/11.38 0.71 1.3 【详解】（1）[1][2] 电火花打点计时器采用的是的交流电源 （2）[3]由电源的频率是，可知打点计时器打点的时间间隔是，则从打下O点到打下H点共历时 [4]位移为 课堂练习 2．（1）打点计时器是一种使用____（选填“交流”或“直流”）电源的____（选填“计数”“计点”“计时”或“计长度”）仪器，在中学实验室里常用的有电磁打点计时器和电火花计时器；如图中为____计时器，它的工作电压是____（“220V”或“约8V”）。 （2）打点计时器每隔0.02s打一次点，某次实验中得到的一条纸带，用毫米刻度尺测量情况如图所示，在A、D间的平均速度为______m/s，B点的瞬时速度为______m/s。 课堂练习 【答案】 交流 计时 电火花 220V 0.42 0.35 【详解】（1）[1][2]打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器； [3][4]如图中为电火花计时器，它的工作电压是220V。 （2）[5] 在A、D间的平均速度为 [6]B点的瞬时速度为 课堂练习 3．如图所示是利用电火花打点计时器研究匀变速直线运动的实验中的得到的一条纸带，交流电的频率是50Hz，舍去前面比较密集的点，从O点开始将每5个点取做1个计数点，量得，，那么： （1）图中纸带________（填左或右）端与小车相连； （2）相邻计数点间的时间间隔为________s； （3）其中点1的瞬时速度大小等于________m/s（取小数点后面两位有效数字）。 课堂练习 【答案】 左 0.1 0.22 【详解】（1）[1]依据纸带数据，可知，图中纸带左端与小车相连； （2）[2]计数点间的时间间隔t=0.02s×5=0.1s； （3）[3] 在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度，则1点的速度大小为。 课堂练习 4．（1）实验室提供如图甲、乙两种打点计时器，某实验小组决定使用电火花计时器，则应选用图中的_________（选填“甲”或“乙”）计时器。 （2）接通打点计时器电源和让纸带开始运动，这两个操作之间的时间顺序关系是___________。 A．先接通电源，后让纸带运动 B．先让纸带运动，再接通电源 C．让纸带运动的同时接通电源 D．先让纸带运动或先接通电源都可以 课堂练习 （3）一小车在重物牵引下拖着穿过打点计时器的纸带沿平直轨道加速运动。如图是打出的纸带的一段，相邻两个计数点之间还有4个点未画出。已知打点计时器使用的交流电频率为。 ①图中标出的相邻两计数点的时间间隔__________s； ②计算在打下C点时小车的瞬时速度为__________m/s（计算结果保留三位有效数字）； ③如果当时电网中交变电流的频率稍有减小，频率从变成了，而做实验的同学并不知道，仍按照进行数据处理，那么速度的测量值与实际值相比____________（选填：“偏大”、“偏小”或“不变”）。 课堂练习 【答案】 乙 A 0.10 0.416 偏大 【详解】（1）[1]图中甲是电磁打点计时器，乙是电火花计时器。 （2）[2] 接通打点计时器电源和让纸带开始运动，这两个操作之间的时间顺序关系是先接通电源，后让纸带运动。故选A。 （3）[3] 已知打点计时器使用的交流电频率为，相邻两计时点间的时间间隔为0.02s，又相邻两个计数点之间还有4个点未画出，故图中标出的相邻两计数点的时间间隔。 [4] 打下C点时小车的瞬时速度为 （4）[5] 交变电流的频率为40Hz时，相邻两计数点间的时间间隔为 与频率为50Hz相比两邻两计数点间的时间间隔较长，故速度的测量值与实际值相比偏大。 课堂练习 5．在“用打点计时器测速度”的实验中，一条记录小车运动情况的纸带如图1所示，在其上取A、B、C、D、E5个计数点，每相邻两个计数点之间还有4个点没有在图1中画出。 （1）由纸带上的数据计算______，______，______。（此题计算结果均保留三位有效数字） （2）在如图2所示坐标系中作出小车的图线______（以A点为计时起点）。 课堂练习 【答案】 0.690 1.32 1.95 【详解】（1）[1][2][3]交流电的频率为50Hz，则每打两个点之间的时间间隔为，由每相邻的两个计数点之间还有四个点没有画出，可得相邻两个计数点的时间。在计算各点瞬时速度时，可以用与该点相邻的两个计数点间的平均速度表示该点的瞬时速度 打B点时小车的速度为 打C点时小车的速度为 打D点时小车的速度为 （2）[4]小车的图线如下图所示 课后作业 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“练习与应用” 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.33 $