【课件】探究小车速度随时间变化的规律（课件）(人教版2019必修第一册).pptx

第二章第二章 匀变速直线运动的研究匀变速直线运动的研究第第1 1节节 实验：实验：探究小车速度随时间变化的规律探究小车速度随时间变化的规律新教材人教版新教材人教版 物理物理（必修第一册）（必修第一册）课堂引入课堂引入 物体的运动通常比较复杂、运动规律也各不相同。我们如何探索物体物体的运动通常比较复杂、运动规律也各不相同。我们如何探索物体运动所的运动所的规律规律呢？呢？寻求一种运动的特点和规律，一般要从某个具体事例开始。本节课寻求一种运动的特点和规律，一般要从某个具体事例开始。本节课我们研究实验小车在重物牵引下的运动，看看小车的速度是怎样随时间我们研究实验小车在重物牵引下的运动，看看小车的速度是怎样随时间变化的。变化的。课堂引入课堂引入 那么，要研究小车的速度随时间变化的规律，我们该如何设计那么，要研究小车的速度随时间变化的规律，我们该如何设计这个实验？又要测量哪些物理量？选用什么器材？这个实验？又要测量哪些物理量？选用什么器材？1.1.进一步练习使用进一步练习使用打点计时器打点计时器.2.2.会利用平均速度求会利用平均速度求瞬时速度瞬时速度.3.3.会会利利用用vt图图像像处处理理实实验验数数据据，并并根根据据图图像像能能计算小车的计算小车的加速度加速度和判断小车的和判断小车的运动运动情况情况.一、实验目的一、实验目的1.1.利用纸带计算瞬时速度利用纸带计算瞬时速度以以纸带上某点为中间时刻点取一小段位移，用这段位移的纸带上某点为中间时刻点取一小段位移，用这段位移的平均速度平均速度表表示这点的瞬时速度。示这点的瞬时速度。以速度以速度v v为为纵轴纵轴、时间、时间t t为为横轴横轴建立直角坐标建立直角坐标系，用描点法画出小车的系，用描点法画出小车的v-tv-t图象，图线的图象，图线的斜斜率率表示加速度，如果表示加速度，如果v-tv-t图象是一条倾斜的直图象是一条倾斜的直线，说明小车的速度是线，说明小车的速度是均匀变化均匀变化的。的。t/s510 15 20 25020406080v/ms-12.2.用用v-t图象表示小车的运动情况图象表示小车的运动情况二、实验原理二、实验原理打打点点计计时时器器(带带导导线线)、交交变变电电源源、纸纸带带、一一端端带带有有定定滑滑轮轮的的长长木木板板、小小车、细绳、槽码车、细绳、槽码、刻度尺刻度尺、复写纸、坐标纸、复写纸、坐标纸、固定夹。固定夹。槽码槽码小车小车细绳细绳纸带纸带打点计时器打点计时器一端附有定滑一端附有定滑轮的长木板轮的长木板三、实验器材三、实验器材1.1.如如图图，把把一一端端带带有有定定滑滑轮轮的的长长铝铝板板平平放放在在实实验验桌桌上上，并并使使滑滑轮轮伸伸出出桌桌面面.铝铝板板上上放放一一个个可可以以左左右右移移动动的的小小车车，小小车车一一端端连连接接穿穿过过打打点点计计时时器器的的纸纸带带，另一端连接绕过滑轮系有槽码的细绳。另一端连接绕过滑轮系有槽码的细绳。2.2.把把小小车车停停在在靠靠近近打打点点计计时时器器的的位位置置.先先启启动动打打点点计计时时器器，后后放放开开小小车车，让让小车拖着纸带运动小车拖着纸带运动。随后，立即关闭电源随后，立即关闭电源.3.3.换上新纸带，并换上新纸带，并增减所挂槽码增减所挂槽码(或在小车上放置重物或在小车上放置重物)重新操作重新操作两次两次.四、实验步骤四、实验步骤为了便于测量，舍弃开头一些密集的点，从一个适当的点开始作为为了便于测量，舍弃开头一些密集的点，从一个适当的点开始作为计数计数 0点点，之后每隔，之后每隔 0.1s（或更短）取一个计数点进行测量，记入自己设计的表格。（或更短）取一个计数点进行测量，记入自己设计的表格。计算本实验中各点的计算本实验中各点的瞬时速度瞬时速度，并记录。，并记录。位置编号位置编号0123456时间时间 t/s00.10.20.30.40.50.6v1 /(ms-1)v2 /(ms-1)v3 /(ms-1)五、数据记录五、数据记录如何处理计算出来的数据？如何处理计算出来的数据？六、数据处理六、数据处理t/s00.100.200.300.400.50v/（m s-1）0.260.430.600.770.94列表法列表法(1)(1)在在坐坐标标纸纸上上建建立立直直角角坐坐标标系系，横横轴轴表表示示时时间间，纵纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点.(2)(2)画画一一条条直直线线，让让这这条条直直线线通通过过尽尽可可能能多多的的点点，不不在在直直线线上上的的点点均均匀匀分分布布在在直直线线的的两两侧侧，偏偏差差比比较较大大的点忽略不计的点忽略不计，如，如图所示图所示.(3)(3)观观察察所所得得到到的的直直线线，分分析析物物体体的的速速度度随随时时间间的的变变化规律化规律.t=0.40 sv=0.675 m/s图像图像法法六、数据处理六、数据处理3.求小车加速度的方法求小车加速度的方法方法方法1:1:取任意两组数据求出取任意两组数据求出v和和t，然后代入，然后代入vt求解。求解。方法方法2:2:在在vt图象上取一段时间图象上取一段时间t（尽量取大一些），找出两个时刻对应（尽量取大一些），找出两个时刻对应的纵坐标值求出的纵坐标值求出v，代入，代入vt求解。求解。4.4.哪一种方法更好？哪一种方法更好？画图时让不在直线上的点尽可能均匀地分布在画图时让不在直线上的点尽可能均匀地分布在直线两侧，就是为了使偏大或偏小的误差尽可直线两侧，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能地抵消，所以图象也是减小误差的一种手段.六、数据处理六、数据处理0.10.20.30.40.50.6t/so0.100.200.300.40v/(m/s)与纵轴的与纵轴的交点是什交点是什么意思？么意思？如如何何求求加加速速度度？t=0.4sV=？0.2m/s1.1.图线的特点？图线的特点？一条倾斜直线一条倾斜直线2.2.小车的运动规律小车的运动规律？速度随时间速度随时间均匀变化均匀变化3.3.如何求加速度？如何求加速度？4.a4.a的特点？的特点？不变不变七、实验结论七、实验结论1.1.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；滑轮不能过高高,细绳应与木板平行细绳应与木板平行;2.2.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器;3.3.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运动时及时断开电源;八、注意事项八、注意事项4.4.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，当小车到达滑轮前及时用手按住它，车到达滑轮前及时用手按住它，防止小车从板上掉下来防止小车从板上掉下来;5.5.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;6.6.打点结束后立即关闭电源打点结束后立即关闭电源.八、注意事项八、注意事项除了利用打点计时器来设计这个实验外，我们还可以利用什么来测量除了利用打点计时器来设计这个实验外，我们还可以利用什么来测量小车的瞬时速度？小车的瞬时速度？还可以利用还可以利用“位移传感器位移传感器”、“光电门光电门”等技术手段更加精准的去测量小等技术手段更加精准的去测量小车的瞬时速度。车的瞬时速度。九、实验创新九、实验创新十、实验演示十、实验演示 借助常用的数表软件，可以迅速、准确地根据表中的数据作出借助常用的数表软件，可以迅速、准确地根据表中的数据作出v-tv-t图像，图像，甚至能够写出图像所代表的公式。下面一甚至能够写出图像所代表的公式。下面一WPSWPS表格软件为例作简要说明，有表格软件为例作简要说明，有兴趣的同学可以试一试。兴趣的同学可以试一试。在在WPSWPS表格软件工作簿的某一列的单元格中表格软件工作簿的某一列的单元格中依次输入测量时间，在相邻的一列输入对应的依次输入测量时间，在相邻的一列输入对应的速度值。用鼠标选中这些数据，按照速度值。用鼠标选中这些数据，按照“插入插入”中的中的“图表图表”的提示就能一步步地得到所画的的提示就能一步步地得到所画的图像。图像。十一、十一、用计算机绘制用计算机绘制v-t图像图像课堂小结课堂小结1324实验原理实验仪器实验步骤数据分析1.利用纸带计算瞬时速度;2.v-t图象表示小车的运动;打点计时器(带导线)、交变电源、纸带、一端带有定滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、复写纸、坐标纸、固定夹。（1）v-t 图像是一个理想化的运动模型（2）小车的速度随时间均匀变化【典例典例1】小华同学在做小华同学在做“用打点计时器测速度用打点计时器测速度”的实验时，从打下的若干纸带中选的实验时，从打下的若干纸带中选出了如图所示的一条纸带，已知打点计时器使用的电源频率为出了如图所示的一条纸带，已知打点计时器使用的电源频率为50 Hz，每两个相邻计，每两个相邻计数点间有四个点没有画出，各计数点到数点间有四个点没有画出，各计数点到0点的距离已在图中标出。点的距离已在图中标出。（1）为了达到实验的目的，除了有打点计时器、纸带、小车、细绳、导线、低压交）为了达到实验的目的，除了有打点计时器、纸带、小车、细绳、导线、低压交变电源、槽码、长木板外，还需要的仪器有变电源、槽码、长木板外，还需要的仪器有_；A刻度尺刻度尺B铁架台铁架台C停表停表D天平天平典例分析典例分析【正确答案】【正确答案】A【典例典例1】（2）图中两相邻计数点间的时间间隔为）图中两相邻计数点间的时间间隔为T=_s；（3）根据纸带提供的信息，小华同学已经计算出了打下）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这这五个计数点时小车的速度，请你帮助他计算出打下计数点五个计数点时小车的速度，请你帮助他计算出打下计数点5时小车的速度时小车的速度v5=_m/s。典例分析典例分析【参考答案】【参考答案】T=0.025s=0.1s【典例典例2】（2021北京市第五十中学高一期中）实验课上：同学们利用打点计时器等北京市第五十中学高一期中）实验课上：同学们利用打点计时器等器材，研究小车做匀变速直线运动的规律。主要实验步骤有：器材，研究小车做匀变速直线运动的规律。主要实验步骤有：A把小车停在靠近打点计时器处，接通电源放开小车，让小车拖着纸带运动，打点把小车停在靠近打点计时器处，接通电源放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打一系列的点。计时器在纸带上打一系列的点。B把细绳拴在小车上，并在另一端挂上适当的钩码，使之跨过定滑轮，调整装置，把细绳拴在小车上，并在另一端挂上适当的钩码，使之跨过定滑轮，调整装置，使小车能在长木板平稳地加速滑行。把纸带穿过打点计时器，并将其一端固定在小车使小车能在长木板平稳地加速滑行。把纸带穿过打点计时器，并将其一端固定在小车的后面。的后面。C把一端装有定滑轮的长木板平放在实验桌上，使滑轮伸出桌面，把打点计时器固把一端装有定滑轮的长木板平放在实验桌上，使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在木板没有滑轮的一端。定在木板没有滑轮的一端。D更换新纸带，重复实验三次，选择一条最理想的纸带进行分析。更换新纸带，重复实验三次，选择一条最理想的纸带进行分析。（1）对上述实验步骤进行合理排序）对上述实验步骤进行合理排序_（写步骤前的字母）。（写步骤前的字母）。典例分析典例分析【正确答案】【正确答案】CBAD（2）其中一个小组的同学从所打的几条纸带中选取了一条点迹清晰的纸带。）其中一个小组的同学从所打的几条纸带中选取了一条点迹清晰的纸带。如图所示，图中如图所示，图中A、B、C、D、E是按打点先后顺序依次选取的计数点，相邻是按打点先后顺序依次选取的计数点，相邻计数点间的时间间隔计数点间的时间间隔T=0.1s。由图中的数据可知，打点计时器打下。由图中的数据可知，打点计时器打下C点时小车点时小车运动的速度是运动的速度是_m/s，小车运动的加速度是，小车运动的加速度是_m/s2。典例分析典例分析【参考答案】【参考答案】【典例典例3】（20232023全国全国高三专题练习）用电磁打点计时器高三专题练习）用电磁打点计时器“研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动”的实的实验中，打点计时器的工作频率为验中，打点计时器的工作频率为50Hz50Hz，如图所示的是一次记录小车运动情况的纸带，图，如图所示的是一次记录小车运动情况的纸带，图中中A A、B B、C C、D D、E E、F F、G G为相邻的计数点，相邻计数点间还有四个点未画出。为相邻的计数点，相邻计数点间还有四个点未画出。（1 1）根据运动学有关公式可求得）根据运动学有关公式可求得 vB=0.165m/s，vC=_m/s，vD=0.263m/s；典例分析典例分析（2 2）利用求得的数值在下图所示的坐标系中做出小车的）利用求得的数值在下图所示的坐标系中做出小车的v-tv-t图线（以打图线（以打A A点时开始计时）点时开始计时），并根据图线求出小车运动的加速度，并根据图线求出小车运动的加速度a=_m/sa=_m/s2 2；（保留小数点后两位）；（保留小数点后两位）典例分析典例分析【典例典例4】（20222022海南海南思源实验高中高一阶段练习）某一学习小组的同学想通过打点思源实验高中高一阶段练习）某一学习小组的同学想通过打点计时器在纸带上打出的点迹来探究小车速度随时间变化的规律，实验装置如图所示。计时器在纸带上打出的点迹来探究小车速度随时间变化的规律，实验装置如图所示。（1 1）常见的打点计时器有两种：）常见的打点计时器有两种：_和和_，它们使用的都是，它们使用的都是_电源电源（填（填“直流直流”或或“交流交流”），当电源频率为），当电源频率为50Hz50Hz时，每隔时，每隔_s_s打一个点。打一个点。（2 2）关于本实验，下列说法正确的是）关于本实验，下列说法正确的是_。A A释放纸带的同时，接通电源释放纸带的同时，接通电源B B先接通电源打点，后释放纸带运动先接通电源打点，后释放纸带运动C C先释放纸带运动，后接通电源打点先释放纸带运动，后接通电源打点D D纸带上的点迹越密集，说明纸带运动的速度越小纸带上的点迹越密集，说明纸带运动的速度越小典例分析典例分析【答案】电磁打点计时器 电火花计时器 交流 0.02 BD （3 3）要测量小车的速度。除打点计时器（含所用电源、纸带、墨粉纸盘）外还必须使）要测量小车的速度。除打点计时器（含所用电源、纸带、墨粉纸盘）外还必须使用的测量工具是用的测量工具是_。（4 4）该小组在规范操作下得到一条点迹清晰的纸带如图所示，在纸带上依次选出）该小组在规范操作下得到一条点迹清晰的纸带如图所示，在纸带上依次选出7 7个计个计数点，分别标上数点，分别标上O O、A A、B B、C C、D D、E E和和F F，每相邻的两个计数点间还有四个点未画出，打，每相邻的两个计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源的频率是点计时器所用电源的频率是50Hz50Hz。每相邻两计数点的时间间隔为每相邻两计数点的时间间隔为_s_s，如果测得，如果测得C C、D D两点间距两点间距x x4 42.70cm2.70cm，D D、E E两点间距两点间距x x5 52.90cm2.90cm，则打，则打D D点时小车的速度点时小车的速度v vD D_m/s_m/s（结果保留（结果保留3 3位有效位有效数字）。数字）。典例分析典例分析刻度尺刻度尺 0.1 0.280 该同学分别算出其他各点的速度：该同学分别算出其他各点的速度：v vA A0.220m/s0.220m/s，v vB B0.241m/s0.241m/s，v vC C0.258m/s0.258m/s，v vE E0.300m/s0.300m/s，请在如图所示的坐标系中作出小车运动的，请在如图所示的坐标系中作出小车运动的v vt t图像图像_，并求出小，并求出小车的加速度车的加速度=_ m/s=_ m/s2 2（结果保留（结果保留3 3位有效数字）。位有效数字）。典例分析典例分析THANKS