【課件】實(shí)驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律+課件+-2023-2024學(xué)年高一上學(xué)期物理人教版（2019）必修第一冊

2.1實(shí)驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律第二章、勻變速直線運(yùn)動的研究

世界上第一條商業(yè)運(yùn)行的磁懸浮列車——“上海磁浮”，已于2003年10月1日正式運(yùn)營。據(jù)報道，上海磁浮線路總長33km，一次試車時全程行駛了7min30s，其中以430km/h的最高速度行駛約30s。磁懸浮列車的行駛速度比汽車快得多，是不是它的加速度也會很大？FEIGEWULILIUPENGFEI物理學(xué)家天地物理定律不能僅靠“思維”來獲得，還應(yīng)致力于觀察和實(shí)驗。普朗克，德國物理學(xué)家，量子論的奠基人。1900年，他在黑體輻射研究中引入量子，因此于1918年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。打點(diǎn)計時器可以直接測量什么物理量？位移、時間（測量位移與時間的儀器）位移用直接用刻度尺測量時間兩記數(shù)點(diǎn)點(diǎn)的時間間隔為0.02s可以求兩點(diǎn)間的平均速度→一點(diǎn)的瞬時速度→加速度通過打點(diǎn)計時器打出的紙帶可以間接求什么物理量？科學(xué)研究方法質(zhì)點(diǎn)理想化模型速度比值定義法瞬時速度極限思想測量瞬時速度較短位移或者時間下，用平均速度表示瞬時速度尋求運(yùn)動規(guī)律和特點(diǎn)通過具體事例來尋找運(yùn)動的特點(diǎn)和規(guī)律實(shí)驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律實(shí)驗思路實(shí)驗原理實(shí)驗器材進(jìn)行實(shí)驗實(shí)驗步驟1實(shí)驗步驟2實(shí)驗步驟3實(shí)驗步驟4實(shí)驗步驟5數(shù)據(jù)記錄設(shè)計表格并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)速度計算數(shù)據(jù)測量紙帶選取數(shù)據(jù)分析作出小車v-t圖像實(shí)驗結(jié)論實(shí)驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律實(shí)驗思路問題一研究小車在重物牽引下速度隨時間變化的規(guī)律，如何設(shè)計實(shí)驗？問題二需要測量哪些物理量？問題三選用什么器材？實(shí)驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律實(shí)驗思路測量的物理量：位移、時間1．瞬時速度的計算各計數(shù)點(diǎn)的瞬時速度可用該點(diǎn)前后一段時間內(nèi)的平均速度來代替實(shí)驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律實(shí)驗思路實(shí)驗器材需要哪些儀器？電源，刻度尺鉤碼小車細(xì)繩紙帶打點(diǎn)計時器一端附有定滑輪的長木板實(shí)驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗：實(shí)驗步驟1．如圖所示，把附有滑輪的長木板放在實(shí)驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路。實(shí)驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗：實(shí)驗步驟2.把一條細(xì)繩拴在小車上，使細(xì)繩跨過滑輪，下邊掛上鉤碼，把紙帶穿過打點(diǎn)計時器，并把紙帶的一端固定在小車的后面。3.把小車停在靠近打點(diǎn)計時器處，接通電源后，釋放小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動，打點(diǎn)計時器就在紙帶上打下一系列小點(diǎn)。4.換上新的紙帶，重復(fù)實(shí)驗兩次。5.增減所掛鉤碼，按以上步驟再做兩次實(shí)驗。實(shí)驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗：實(shí)驗步驟演示實(shí)驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律數(shù)據(jù)記錄：紙帶的選取1.紙帶的選取開頭過于密集的點(diǎn)舍掉，從清楚的點(diǎn)開始,每隔五個間隔取一個計數(shù)點(diǎn)，(每兩個計數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔是0.1s）。0123實(shí)驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律數(shù)據(jù)記錄：數(shù)據(jù)測量2.數(shù)據(jù)的測量如圖所示，一般不是直接測量相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)間的距離,而是先測量出各個計數(shù)點(diǎn)到計時0點(diǎn)間的距離x1、x2、x3、x4、x5，再計算出相鄰的兩個計數(shù)點(diǎn)間的距離。實(shí)驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律數(shù)據(jù)記錄：速度計算3.瞬時速度的計算各計數(shù)點(diǎn)的瞬時速度可用該點(diǎn)前后一段時間內(nèi)的平均速度來代替01231.2cm1.6cm2.0cm2.4cm平均速度→瞬時速度（如何測

x）△實(shí)驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律數(shù)據(jù)處理:列表法--

0.201

0.2800.432

0.355

0.512

同理，可求出另外兩條紙帶的情況小車的瞬時速度隨時間增大而增大。思考:小車的具體運(yùn)動規(guī)律是什么?實(shí)驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律數(shù)據(jù)處理:圖象法①根據(jù)所得數(shù)據(jù)，選擇合適的標(biāo)度建立直角坐標(biāo)系（圖象盡量分布在坐標(biāo)系平面的大部分面積）。②根據(jù)所得數(shù)據(jù)描出各點(diǎn)的位置（描點(diǎn)法）,觀察和思考各點(diǎn)的分布規(guī)律。實(shí)驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律數(shù)據(jù)分析：實(shí)驗演示實(shí)驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律t/sv/(m/s)0.100.120.30.40.50.60.10.20.30.40.5描繪小車的v-t圖各點(diǎn)的分布大致都落在一條直線上，因此，我們可以推斷：如果沒有實(shí)驗誤差的理想情況下，所描出的各點(diǎn)應(yīng)全部落到這條直線上。畫直線時，讓盡可能多的點(diǎn)處在這條直線上，其余均勻分布，去掉偏差太大的點(diǎn)。通過圖像可以判斷小車做勻加速直線運(yùn)動實(shí)驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律如何利用v-t圖求加速度哪一種方法更好？①取任意兩組數(shù)據(jù)求出Δv和Δt，然后代入求解?！鱲a=—△t②在v-t圖象上取一段時間Δt（盡量取大一些），找出Δt對應(yīng)的Δv，代入求解?！鱲a=—△t（畫圖時讓不在直線上的點(diǎn)盡可能等量地分布在直線兩側(cè)，就是為了使偏大或偏小的誤差盡可能地抵消，所以圖象也是減小誤差的一種手段，也就是說應(yīng)該用圖象上的點(diǎn)，而不是用實(shí)驗所得到的數(shù)據(jù)）實(shí)驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律0.10.20.30.40.50.6t/so0.100.200.300.40v/(m/s)如何求加速度？△t=0.4s△V=？0.2m/s×××××與縱軸的交點(diǎn)是什么意思？實(shí)驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律注意事項1.固定打點(diǎn)計時器時應(yīng)讓限位孔處在長木板的中央位置；滑輪不能過高,細(xì)繩應(yīng)與木板平行2.開始釋放小車時，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計時器3.先接通電源，待打點(diǎn)計時器打點(diǎn)穩(wěn)定后，再釋放小車，當(dāng)小車停止運(yùn)動時及時斷開電源4.實(shí)驗時要注意保護(hù)小車及滑輪，要避免它們被碰壞或跌壞。所以，當(dāng)小車到達(dá)滑輪前及時用手按住它，防止小車從板上掉下來5.小車另一端所掛的鉤碼個數(shù)要適當(dāng)，避免加速度過大而使紙帶上打的點(diǎn)太少，或加速度太小使各段位移無法區(qū)別，從而使誤差增大6.打點(diǎn)結(jié)束后立即關(guān)閉電源實(shí)驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律如何利用v-t圖求加速度利用打點(diǎn)計時器“探究小車的速度隨時間變化的規(guī)律”，打出的紙帶如圖所示，已知交流電源的頻率為50Hz，從計數(shù)點(diǎn)1開始，每相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)之間還有四個點(diǎn)沒有畫出，圖中1、2、3、4、5、6、7為連續(xù)的計數(shù)點(diǎn)，測得s1＝1.40cm，s2＝2.00cm，s3＝2.60cm，s4＝3.20cm，s5＝3.80cm，s6＝4.40cm。(1)相鄰計數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔為________s。(2)小車的加速度為________m/s2。0.10.6實(shí)驗結(jié)論與拓展研究表明，小車在重物牽引下的運(yùn)動，速度隨時間的變化是均勻的。研究還表明，小車在沿斜坡下滑過程中速度隨時間的變化也是均勻的。更多類似的運(yùn)動，其速度隨時間的變化很可能都是均勻的。拓展本節(jié)小結(jié)1.運(yùn)用實(shí)驗探究的方法對小車的運(yùn)動進(jìn)行研究。2.使用打點(diǎn)計時器測量速度。3.用v-t圖像分析小車運(yùn)動的特點(diǎn)和規(guī)律?！揪毩?xí)1】在“探究小車速度隨時間變化規(guī)律”的實(shí)驗中：（1）下列操作中正確的有________；A．在釋放小車前，小車要靠近打點(diǎn)計時器B．打點(diǎn)計時器應(yīng)放在長木板的有滑輪一端C．應(yīng)先接通電源，后釋放小車D．電火花計時器應(yīng)使用低壓交流電源【正確答案】AC【練習(xí)1】（2）某同學(xué)用如圖（a）所示的裝置測定勻加速直線運(yùn)動的加速度，打出的一條紙帶如圖（b）所示，A、B、C、D、E為在紙帶上所選的計數(shù)點(diǎn)，相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔為0.1s：①打點(diǎn)計時器打下C點(diǎn)時小車的速度大小為______m/s；②由紙帶所示數(shù)據(jù)可算出小車的加速度大小為______m/s2?！緟⒖即鸢浮?.30

0.40【練習(xí)2】一小球在桌面上從靜止開始做加速直線運(yùn)動，現(xiàn)用高速攝影機(jī)在同一底片上多次曝光，記錄下小球每次曝光的位置，并將小球的位置進(jìn)行編號。如圖甲所示，1位置恰為小球剛開始運(yùn)動的瞬間，作為零時刻。攝影機(jī)連續(xù)兩次曝光的時間間隔均相同，小球從1位置到6位置的運(yùn)動過程中經(jīng)過各位置的速度分別為v1＝0，v2＝0.06m/s，v3＝________m/s，v4＝0.18m/s，v5＝________m/s。在圖乙所示的坐標(biāo)紙上作出小球的速度－時間圖像_________（保留描點(diǎn)痕跡）；根據(jù)圖像可求出加速度a＝________m/s2。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）【答案】0.12

0.24

0.12【練習(xí)3】（2021·北京市第五十中學(xué)高一期中）實(shí)驗課上：同學(xué)們利用打點(diǎn)計時器等器材，研究小車做勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律。主要實(shí)驗步驟有：A．把小車停在靠近打點(diǎn)計時器處，接通電源放開小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動，打點(diǎn)計時器在紙帶上打一系列的點(diǎn)。B．把細(xì)繩拴在小車上，并在另一端掛上適當(dāng)?shù)你^碼，使之跨過定滑輪，調(diào)整裝置，使小車能在長木板平穩(wěn)地加速滑行。把紙帶穿過打點(diǎn)計時器，并將其一端固定在小車的后面。C．把一端裝有定滑輪的長木板平放在實(shí)驗桌上，使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計時器固定在木板沒有滑輪的一端。D．更換新紙帶，重復(fù)實(shí)驗三次，選擇一條最理想的紙帶進(jìn)行分析。（1）對上述實(shí)驗步驟進(jìn)行合理排序_______（寫步驟前的字母）。【參考答案】CBAD（2）其中一個小組的同學(xué)從所打的幾條紙帶中選取了一條點(diǎn)跡清晰的紙帶。如圖所示，圖中A、B、C、D、E是按打點(diǎn)先后順序依次選取的計數(shù)點(diǎn)，相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔T=0.1s。由圖中的數(shù)據(jù)可知，打點(diǎn)計時器打下C點(diǎn)時小車運(yùn)動的速度是_______m/s，小車運(yùn)動的加速度是_______m/s2?！緟⒖即鸢浮俊镜淅?】某一學(xué)習(xí)小組的同學(xué)想通過打點(diǎn)計時器在紙帶上打出的點(diǎn)跡來探究小車速度隨時間變化的規(guī)律，實(shí)驗裝置如圖所示。（1）常見的打點(diǎn)計時器有兩種：________和_______，它們使用的都是_______電源（填“直流”或“交流”），當(dāng)電源頻率為50Hz時，每隔______s打一個點(diǎn)。（2）關(guān)于本實(shí)驗，下列說法正確的是_______。A．釋放紙帶的同時，接通電源B．先接通電源打點(diǎn)，后釋放紙帶運(yùn)動C．先釋放紙帶運(yùn)動，后接通電源打點(diǎn)D．紙帶上的點(diǎn)跡越密集，說明紙帶運(yùn)動的速度越小【參考答案】

電磁打點(diǎn)計時器

電火花計時器

交流0.02BD（3）要測量小車的速度。除打點(diǎn)計時器（含所用電源、紙帶、墨粉紙盤）外還必須使用的測量工具是_______。（4）該小組在規(guī)范操作下得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖所示，在紙帶上依次選出7個計數(shù)點(diǎn)，分別標(biāo)上O、A、B、C、D、E和F，每相鄰的兩個計數(shù)點(diǎn)間還有四個點(diǎn)未畫出，打點(diǎn)計時器所用電源的頻率是50Hz。①每相鄰兩計數(shù)點(diǎn)的時間間隔為_______