2.1 实验:探究小车速度随时间变化的规律-【AI超级课件】2026-2027学年高中物理必修第一册同步PPT课件（人教版2019）

Study on uniform linear motion 授课老师：物理优课PPT 2.1 高中物理2019人教版 必修一 第二章 第一节 匀变速直线运动的研究 情景导入 世界上第一条商业运行的磁悬浮列车——“上海磁浮”，已于2003年10月1日正式运营。 据报道，上海磁浮线路总长33km，一次试车时全程行驶了7min30s，其中以430km/h的最高速度行驶约30s。 “高铁的速度是怎样变化的？是均匀增加还是越来越快？ 2 情景导入 “每天坐地铁，地铁刚出站的时候在加速。我们肉眼只能感受到变快，但是没法精确知道：每过 1 秒，速度究竟增加多少？我们实验室小车实验，就是用来解决这类问题。” 3 物理学家天地 物理定律不能仅靠“思维”来获得，还应致力于观察和实验。 普朗克，德国物理学家，量子论的奠基人。 1900年，他在黑体辐射研究中引入量子，因此于1918年获得诺贝尔物理学奖。 知识回顾 打点计时器可以测量什么物理量？ 位移、时间 （测量位移与时间的仪器） 位 移 用刻度尺测量 时 间 两点的时间间隔为 0.02s 可以求两点间的平均速度→一点的瞬时速度→加速度 通过打点计时器打出的纸带可以间接求什么物理量？ 实验：探究小车速度随时间变化的规律 （鼠标双击） 实验前的“虚拟预实验” “点迹越来越稀疏，说明小车速度在怎样变化？ ” 实验：探究小车速度随时间变化的规律 （鼠标双击） 实验：探究小车速度随时间变化的规律 利用打点计时器打出的纸带记录小车在不同时刻的位置，通过计算各计数点的瞬时速度，探究速度随时间的变化规律。 实验：探究小车速度随时间变化的规律 科学研究方法 质 点 理想化模型 速 度 比值定义法 瞬时速度 极限思想 测量瞬时速度 较短位移或者时间下，用平均速度表示瞬时速度 寻求运动规律和特点 通过具体事例来寻找运动的特点和规律 实验：探究小车速度随时间变化的规律 实验思路 实验原理 实验器材 进行实验 实验步骤1 实验步骤2 实验步骤3 实验步骤4 实验步骤5 数据记录 设计表格并记录相关数据 速度计算 数据测量 纸带选取 数据分析 作出小车v-t图像 实验结论 实验：探究小车速度随时间变化的规律 实验思路 问题一 研究小车在重物牵引下速度随时间变化的规律，如何设计实验？ 问题二 需要测量哪些物理量？ 问题三 选用什么器材？ 实验：探究小车速度随时间变化的规律 实验思路 测量的物理量：位移、时间 1．瞬时速度的计算 各计数点的瞬时速度可用该点前后一段时间内的平均速度来代替 实验：探究小车速度随时间变化的规律 实验思路 实验器材 需要哪些仪器？ 电源，刻度尺 钩码 小车 细绳 纸带 打点计时器 一端附有定滑轮的长木板 实验：探究小车速度随时间变化的规律 进行实验：实验步骤 1．如图所示，把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，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。 13 实验：探究小车速度随时间变化的规律 进行实验：实验步骤 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。 4.换上新的纸带，重复实验两次。 5.增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验。 14 实验：探究小车速度随时间变化的规律 进行实验：实验步骤演示 15 实验：探究小车速度随时间变化的规律 数据记录：纸带的选取 1.纸带的选取 开头过于密集的点舍掉，从清楚的点开始,每隔五个间隔取一个计数点，(每两个计数点之间的时间间隔是0.1s）。 0 1 2 3 16 实验：探究小车速度随时间变化的规律 数据记录：数据测量 2.数据的测量 如图所示，一般不是直接测量相邻两个计数点间的距离,而是先测量出各个计数点到计时 0 点间的距离x1、x2、x3、x4、x5，再计算出相邻的两个计数点间的距离。 17 实验：探究小车速度随时间变化的规律 数据记录：速度计算 3.瞬时速度的计算 各计数点的瞬时速度可用该点前后一段时间内的平均速度来代替 0 1 2 3 1.2cm 1.6cm 2.0cm 2.4cm 平均速度 → 瞬时速度（如何测 x） △ 18 实验：探究小车速度随时间变化的规律 数据处理:列表法 - - 0.201 0.280 0.432 0.355 0.512 同理，可求出另外两条纸带的情况 小车的瞬时速度随时间增大而增大。 思考:小车的具体运动规律是什么? 19 实验：探究小车速度随时间变化的规律 数据处理:图象法 ① 根据所得数据，选择合适的标度建立直角坐标系（图象尽量分布在坐标系平面的大部分面积）。 ② 根据所得数据描出各点的位置（描点法）,观察和思考各点的分布规律。 20 实验：探究小车速度随时间变化的规律 数据分析：实验演示 21 t/s v/(m/s) 0.1 0 0.12 0.3 0.4 0.5 0.6 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 实验：探究小车速度随时间变化的规律 描绘小车的 v-t 图 各点的分布大致都落在一条直线上，因此，我们可以推断：如果没有实验误差的理想情况下，所描出的各点应全部落到这条直线上。画直线时，让尽可能多的点处在这条直线上，其余均匀分布，去掉偏差太大的点。 通过图像可以判断小车做匀加速直线运动 22 实验：探究小车速度随时间变化的规律 如何利用 v-t 图求加速度 哪一种方法更好？ ① 取任意两组数据求出Δv 和Δt ，然后代入 求解。 △v a = — △t ② 在v -t 图象上取一段时间Δt（尽量取 大一些），找出 Δt 对应的Δv ，代入 求解。 △v a = — △t （画图时让不在直线上的点尽可能等量地分布在直线两侧，就是为了使偏大或偏小的误差尽可能地抵消，所以图象也是减小误差的一种手段，也就是说应该用图象上的点，而不是用实验所得到的数据） 23 实验：探究小车速度随时间变化的规律 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 t/s o 0.10 0.20 0.30 0.40 v/(m/s) 如何求加速度？ △t=0.4s △V=？ 0.2m/s × × × × × 与纵轴的交点是什么意思？ 24 实验：探究小车速度随时间变化的规律 注意事项 1. 固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置；滑轮不能过高,细绳应与木板平行 2.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器 3.先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再释放小车，当小车停止运动时及时断开电源 4.实验时要注意保护小车及滑轮，要避免它们被碰坏或跌坏。所以，当小车到达滑轮前及时用手按住它，防止小车从板上掉下来 5.小车另一端所挂的钩码个数要适当，避免加速度过大而使纸带上打的点太少，或加速度太小使各段位移无法区别，从而使误差增大 6.打点结束后立即关闭电源 25 针对训练 如何利用 v-t 图求加速度 利用打点计时器“探究小车的速度随时间变化的规律”，打出的纸带如图4所示，已知交流电源的频率为50 Hz，从计数点1开始，每相邻两个计数点之间还有四个点没有画出，图中1、2、3、4、5、6、7为连续的计数点，测得s1＝1.40 cm，s2＝2.00 cm，s3＝2.60 cm，s4＝3.20 cm，s5＝3.80 cm，s6＝4.40 cm。 (1)相邻计数点之间的时间间隔为________s。 (2)小车的加速度为________m/s2。 0.1 0.6 26 拓 展 实验结论与拓展 研究表明，小车在重物牵引下的运动，速度随时间的变化是均匀的。 研究还表明，小车在沿斜坡下滑过程中速度随时间的变化也是均匀的。 更多类似的运动，其速度随时间的变化很可能都是均匀的。 27 本节小结 本节小结 1.运用实验探究的方法对小车的运动进行研究。 2.使用打点计时器测量速度。 3.用 v-t 图像分析小车运动的特点和规律。 28 授课老师：物理优课PPT 高中物理2019人教版 必修一 第二章 第一节 谢谢观看 Lavf58.76.100 EVCapture4.0.2软件录制 Lavf56.38.102 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 ⏱️ 打点计时器实验模拟 匀加速直线运动 🧪 小车做匀加速运动 · 纸带上点迹从 密集 逐渐变为 稀疏  —  点迹间距反映速度变化 ▶ 开始 ⏸ 暂停 ⟳ 重置 ⏱ 时间 0.00 s 📌 点迹 0 🚀 速度 0.00 m/s 就绪 ⬤ 点迹 | 🟦 小车 | 🔴 打点计时器 EVCapture4.0.2软件录制 Lavf56.38.102 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 实验：探究小车速度随时间变化的规律 人教版 · 必修一 第二章 第1节 🎯 交互式教学 📌 核心原理 利用打点计时器纸带记录小车位置，通过 vn = (xn + xn+1) / 2T 计算瞬时速度，绘制 v-t 图像 探究运动规律。 T = 0.1 s 📄 打点纸带模拟 点击测量 👆 点击纸带段测量位移 💡 点击点自动填入计算器  ·  点击区间测量长度 ⚡ 瞬时速度计算器 先算后验 xn (前一段位移 / cm) xn+1 (后一段位移 / cm) 📐 计算 vn ✅ 验证 ↺ 清空 瞬时速度 vn = — 等待计算 ⏱ T = 0.1 s  ·  公式 vn = (xn + xn+1) / 2T 📈 v-t 图像绘制与分析 描点 · 拟合 计数点 时间 t / s 速度 v / (m·s⁻¹) 📊 描点 📉 拟合直线 🗑 清空 ↺ 重置数据 💡 可手动修改表格数据，点击「描点」更新图像 📌 数据点0 📐 拟合斜率— 🚀 加速度 a— 💭 探究引导题 点击问题展开思考提示 1 实验中为什么要舍去纸带上开头密集的点？ ▶ 💡 思考引导： 开头点密集说明小车启动时速度变化剧烈，测量误差较大； 密集点之间时间间隔短，位移小，相对测量误差更大； 舍去开头不稳定阶段，选取运动规律稳定的中间部分，使实验更准确。 2 v-t 图像是一条倾斜直线，说明小车做什么运动？ ▶ 💡 思考引导： 倾斜直线表示速度随时间均匀变化，即 加速度恒定； 小车做 匀变速直线运动 —— 若斜率为正，则为匀加速；若为负，则为匀减速； 直线的斜率在数值上等于 加速度 a。 3 图线的斜率越大，说明什么？ ▶ 💡 思考引导： 斜率 = Δv / Δt = 加速度 a； 斜率越大，表示 加速度越大，即速度变化得越快； 在相同时间内，斜率大的物体速度改变量更大，运动状态变化更剧烈。 $nullnull