高中物理必修《實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律》教學(xué)課件1

探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律

放眼所見(jiàn)，物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律各不相同，如圖所示，飛機(jī)著陸時(shí)的運(yùn)動(dòng)，火車出站時(shí)的運(yùn)動(dòng)，鳥兒在空中飛行……這些物體遵從什么樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?

要探究一個(gè)物體的速度隨時(shí)間的變化的規(guī)律，必須知道物體在一系列不同時(shí)刻的速度。直接測(cè)量瞬時(shí)速度是比較困難的，本實(shí)驗(yàn)中我們用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器先記錄物體不同時(shí)刻的位置，再對(duì)紙帶進(jìn)行分析計(jì)算得到各個(gè)時(shí)刻的速度。一、實(shí)驗(yàn)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的構(gòu)造圖示實(shí)驗(yàn)器材：附有滑輪的長(zhǎng)木板、小車、帶小鉤的細(xì)線、25g的鉤碼3個(gè)（也可以用50g的鉤碼后用沙子和小桶代替鉤碼，用彈簧秤或天平稱量）、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、刻度尺、學(xué)生電源、導(dǎo)線。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄啃≤囁俣入S時(shí)間的變化的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)原理：把紙帶跟運(yùn)動(dòng)的物體連接在一起，并穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。這樣紙帶上的點(diǎn)不但記錄了物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，而且相應(yīng)地表示運(yùn)動(dòng)物體在不同時(shí)刻的位置，研究這些點(diǎn)的情況，就可以了解物體的運(yùn)動(dòng)情況。實(shí)驗(yàn)步驟：（1）把附有滑輪的長(zhǎng)板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上沒(méi)有滑輪的一端，連接好電路。（2）把一條細(xì)繩栓在車上，使細(xì)繩跨過(guò)滑輪，下邊掛上合適的鉤碼。放手后，看小車能否在木板上平衡的加速滑行，然后把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并把紙帶的一端固定在小車的后面。（3）把小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，后釋放小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一列的小點(diǎn)，再按同樣的方法（不改變鉤碼）打出兩條紙帶，從這三條紙帶中選用一條點(diǎn)跡清晰的。計(jì)為紙帶1。（4）增加一個(gè)鉤碼，按上述方法打出紙帶2。（5）在打紙帶1的基礎(chǔ)上再減少一個(gè)鉤碼，仍按上述方法打出紙帶3。（6）整理器材。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶限位孔要與長(zhǎng)木板縱軸位置對(duì)齊再固定在長(zhǎng)木板上，使紙帶、小車、拉線和定滑輪在一條直線上。小車要選擇在木板上運(yùn)動(dòng)不跑偏或跑偏較小的小車。（2）小車另一端所掛的鉤碼個(gè)數(shù)要適當(dāng)，避免加速度過(guò)大而使紙帶上打的點(diǎn)太少，或者加速度太小，使各段位移無(wú)多大區(qū)別。（3）在紙帶后面平整地安裝好紙帶，使小車運(yùn)動(dòng)時(shí)保持紙帶與木板平行，減小摩擦力影響。注意調(diào)整滑輪高度，使小車的拉繩與板面平行，減小拉力的變化。（4）開(kāi)啟電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后釋放小車。同時(shí)，用手在滑輪一端準(zhǔn)備接住小車，防止小車撞擊滑輪和落地。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉電源后再取下紙帶。1.合理的數(shù)據(jù)處理如下：（1）對(duì)每條紙帶都舍掉開(kāi)頭一些過(guò)于密集的點(diǎn)跡，找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)。且每間隔五個(gè)點(diǎn)計(jì)一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。二、數(shù)據(jù)處理（2）對(duì)每條紙帶分別進(jìn)行測(cè)量，并計(jì)算小車對(duì)應(yīng)各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度并填入下表。位置（計(jì)數(shù)點(diǎn)）01234567時(shí)間（s）00.10.20.30.40.50.60.7速度（m/s）紙帶1紙帶2紙帶3（3）以速度v為縱軸，時(shí)間t為橫軸建立平面直角坐標(biāo)系，并根據(jù)表中的數(shù)據(jù)給坐標(biāo)軸適當(dāng)刻度。特別注意要表明各軸的單位。（4）分別根據(jù)表中紙帶1、2、3對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，并分析對(duì)應(yīng)每條紙帶描出點(diǎn)的分布規(guī)律。（5）做出每條紙帶對(duì)應(yīng)的v-t圖象。（6）從圖象上分析小車的運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間的變化規(guī)律。2.如何計(jì)算出所取點(diǎn)的速度？選擇包括該點(diǎn)在內(nèi)的一段位移（該點(diǎn)最好處在中間時(shí)刻位置）Δx，找出對(duì)應(yīng)的時(shí)間Δt，用Δx/Δt作為該點(diǎn)的瞬時(shí)速度）；對(duì)于選取的兩個(gè)端點(diǎn)的速度暫時(shí)不計(jì)算（誤差較大）；測(cè)量各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離應(yīng)考慮估位、單位。3.作出速度-時(shí)間圖象（１）列表法位置（計(jì)數(shù)點(diǎn)）01234567時(shí)間（s）00.10.20.30.40.50.60.7速度（m/s）紙帶1紙帶2紙帶3①根據(jù)所得數(shù)據(jù)，選擇合適的標(biāo)度建立坐標(biāo)系（讓圖象盡量分布在坐標(biāo)系平面的大部分面積）。②描點(diǎn)③擬合：從點(diǎn)的分布可以有很大把握地說(shuō)這些點(diǎn)應(yīng)該在一條直線上，用直線擬合，讓盡可能多的點(diǎn)處在直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)對(duì)稱地分布在直線兩側(cè)。（2）圖象法在誤差范圍內(nèi)得到的小車的v-t圖象是一條傾斜的直線。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

本節(jié)練習(xí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用,并利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度，實(shí)際是研究某一物體在運(yùn)動(dòng)中速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，作出v-t圖象。1.在“探究小車的速度隨時(shí)間的變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，小明與他的同伴操作中有實(shí)驗(yàn)步驟，其中有錯(cuò)誤或遺漏的步驟有（遺漏的步驟可編上G、H、……）-------------A.拉住紙帶，將小車移至靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先放開(kāi)紙帶，再連通電源。B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在平板上，并接好電路。C.把一條細(xì)繩栓在小車上，細(xì)繩跨過(guò)定滑輪，下面吊著適當(dāng)?shù)你^碼。D.取下紙帶，E.將平板一段抬高，輕推小車，使小車能在平板上做加速運(yùn)動(dòng)。F.將紙帶固定在小車后部，并穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔答案：（1）A中應(yīng)先接通電源，再放開(kāi)紙帶。（2）D中取下紙帶前應(yīng)先斷開(kāi)電源。（3）補(bǔ)充步驟G：換上新紙帶，重復(fù)3次。步驟順序：BFCADG。2.在本節(jié)“實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”中，算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)小車的瞬時(shí)速度如下表：計(jì)數(shù)點(diǎn)序號(hào)123456計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻t/s0.10.20.30.40.50.6小車的瞬時(shí)速度v/(cm·s-1)44.062.081.0100.0110.0168.0為了算出小車的加速度，最好的方法是？A.根據(jù)任意兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度，用公式算出加速度B.依次算出連續(xù)兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的加速度，算出平均值作為小車的加速度C.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出v-t圖象，量出其傾角由公式算出加速度D.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出v－t圖象，由圖象上任意兩點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的速度，用公式算出加速度答案：D3.在“實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度”和“實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”中，我們已經(jīng)兩次描繪了速度圖象。請(qǐng)說(shuō)明：怎樣描繪實(shí)驗(yàn)圖線？答：描繪實(shí)驗(yàn)圖線的具體做法是：（1）描繪圖線時(shí)，一般以橫坐標(biāo)代表自變量，以縱坐標(biāo)代表因變量，在軸的末端箭頭旁注明代表的物理量及其單位。（2）根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)選取適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸的標(biāo)度（即每格所代表的量值），使橫軸與縱軸的全長(zhǎng)（表示數(shù)值的最大值的長(zhǎng)度）接近相等，圖線大約分布在以原點(diǎn)為頂點(diǎn)、以橫坐標(biāo)為一條邊的400～60O角之間，并盡可能使最小分度與測(cè)量的準(zhǔn)確程度相一致。當(dāng)圖線不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)，坐標(biāo)的原點(diǎn)可以不從零開(kāi)始，這樣可以使圖線分布勻稱。（3）依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用削尖的鉛筆在圖上描點(diǎn)，用“×”或“?

”符號(hào)標(biāo)明。描線應(yīng)該用直尺或曲線板，描出的線應(yīng)是光滑的直線或曲線。因?yàn)闇y(cè)量值有一定的誤差，圖線不通過(guò)全部點(diǎn)是正?，F(xiàn)象。連線時(shí)應(yīng)盡量使圖線通過(guò)或接近數(shù)據(jù)點(diǎn)，個(gè)別嚴(yán)重偏離的點(diǎn)應(yīng)舍棄，應(yīng)使其余的點(diǎn)盡量比較均勻地分布在圖線兩側(cè)。

處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的常用方法之一是圖象法。要掌握實(shí)驗(yàn)圖線的描繪方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)圖線的描繪研究物理問(wèn)題。物理圖象與數(shù)學(xué)函數(shù)圖象的描繪有什么相同之處，又有什么不同之處？想一想【器材】

斜槽軌道（J2127型），節(jié)拍器，彩旗若干（用彩色硬紙剪成），紙膠帶等?！静僮鳌浚?）在直軌道的水平標(biāo)尺部分（通常標(biāo)有0～60厘米的刻度），每隔10厘米用紙膠帶粘貼1面彩旗作為"路標(biāo)"。（2）調(diào)整直軌道呈水平狀態(tài)（旋動(dòng)支架的調(diào)節(jié)螺絲，直到把配套鋼球放在直軌道的任一位置都不會(huì)滾動(dòng)。也可用氣泡水準(zhǔn)器進(jìn)行校正），使鋼球從斜軌道釋放滾下后能在直軌道上做勻速直線運(yùn)動(dòng)。用斜槽軌道演示勻速直線運(yùn)動(dòng)和變速直線運(yùn)動(dòng)（3）選擇鋼球在斜軌道上的起滾位置和節(jié)拍器的標(biāo)稱拍率，使鋼球路經(jīng)每面彩旗時(shí)節(jié)拍器正好發(fā)聲報(bào)時(shí)。

（4）如上圖所示，將鋼球放于斜軌道上已確定的位置，待節(jié)拍器報(bào)某一拍聲時(shí)立即釋放，則可清楚地觀察到節(jié)拍器每次（或每?jī)纱危┌l(fā)拍聲時(shí)，鋼球恰好從每面彩旗旁通過(guò)。由此表明，鋼球在相等的時(shí)間內(nèi)通過(guò)的路程相等。（5）調(diào)節(jié)支架，使直軌道成為斜面。當(dāng)節(jié)拍報(bào)某一拍聲時(shí)，讓鋼球從直軌道的始端釋放滾下，在節(jié)拍器每報(bào)一次（或兩次）拍聲時(shí)鋼球經(jīng)過(guò)的位置重新粘貼彩旗。然后如上圖所示，正式演示。可以明顯地看到鋼球在相等的時(shí)間內(nèi)通過(guò)的路程不相等?！咀⒁馐马?xiàng)】?jī)x器調(diào)好后，在演示過(guò)程中不要移動(dòng)其位置。軌道表面應(yīng)保持清潔光滑而且不能磕碰，必要時(shí)應(yīng)用干布揩擦和涂抹潤(rùn)滑劑?！緜渥ⅰ浚?）雖然鋼球在軌道上滾動(dòng)，但因球的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，球與軌道間的摩擦又很小，因此可以認(rèn)為鋼球的球心（密度均勻的圓球，它的球心位置即是它的質(zhì)心和重心的位置）在水平直軌道和傾斜直軌道上分別做勻速直線運(yùn)動(dòng)和變速直線運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)演示正反映了這種情況。