【课件】实验：探究小车速度随时间的变化规律高一上学期物理人教版（2019）必修第一册.pptx

1 实验：探究小车速度随时间变化的规律第二章 匀变速直线运动的研究导入新课导入新课导入新课导入新课不论是滑雪还是滑冰，运动员的速度一般都是在不断变化的，那么不论是滑雪还是滑冰，运动员的速度一般都是在不断变化的，那么运动员的速度、运动员的速度、位移随时间位移随时间的变化有什么样的的变化有什么样的规律呢规律呢？交流讨论交流讨论利用实验室提供的实验器材完成实验时利用实验室提供的实验器材完成实验时，如图如图所示，在重物牵引下沿水平桌面运动的小车。所示，在重物牵引下沿水平桌面运动的小车。1.其速度随时间是如何变化的其速度随时间是如何变化的？速度增加速度增加2.这样的加速运动有何特点这样的加速运动有何特点？3.你是否能利用上一章所学的打点计时器设计一个实验你是否能利用上一章所学的打点计时器设计一个实验，测量一下，测量一下上述物体的运动速度并找出他们的运动规律？上述物体的运动速度并找出他们的运动规律？创设情境创设情境 提出问题提出问题1.实验目的：实验目的：（1）进进一一步练习打点计时器的使用步练习打点计时器的使用、纸带数据的处理和瞬时纸带数据的处理和瞬时速度的测量方法速度的测量方法。（2）用打点计时器研究小车在重物牵引下的运动，探究小车）用打点计时器研究小车在重物牵引下的运动，探究小车速度随时间变化的规律。速度随时间变化的规律。（3）能运用）能运用v-t图像探究小车速度随时间变化的规律。图像探究小车速度随时间变化的规律。梳理梳理深化深化创设情境创设情境 提出问题提出问题2.实验原理：实验原理：（1）利用打点计时器打出的纸带，用）利用打点计时器打出的纸带，用 计算出小车各时计算出小车各时刻的瞬时速度刻的瞬时速度。（2）根据表格数据，利用描点法作出小车的）根据表格数据，利用描点法作出小车的v-t图象，利用图图象，利用图象找出小车的速度随时间变化的规律象找出小车的速度随时间变化的规律（3）利用）利用v-t图像计算小车的加速度图像计算小车的加速度创设情境创设情境 提出问题提出问题梳理梳理深化深化1.请列出实验器材并说明它请列出实验器材并说明它们在实验中的作用们在实验中的作用？如何安？如何安装仪器？装仪器？2.主要的实验步骤有哪些主要的实验步骤有哪些？交流讨论交流讨论制订方案制订方案 设计实验设计实验2.实验步骤实验步骤：（1）把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面。）把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面。（2）把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好电路。）把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好电路。（3）把纸带穿过打点计时器，并将纸带的一端固定在小车的后面。）把纸带穿过打点计时器，并将纸带的一端固定在小车的后面。把一把一 条细绳拴在小车上条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，放手放手 后看小车是否能在木板上做平稳的加速运动后看小车是否能在木板上做平稳的加速运动。（4）先接通电源，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，）先接通电源，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，打完一条后立打完一条后立 即关闭电源即关闭电源。取下纸带，换上新纸带，重复实验三次。取下纸带，换上新纸带，重复实验三次。1.实验器材实验器材：小车，细绳，钩码，一端附有定滑轮的长木板，：小车，细绳，钩码，一端附有定滑轮的长木板，电磁打点电磁打点 计时器计时器，低压交流电源，导线若干，纸带，刻度尺。，低压交流电源，导线若干，纸带，刻度尺。梳理梳理深化深化制订方案制订方案 设计实验设计实验1.实验操作过程中有哪些注意事项实验操作过程中有哪些注意事项？交流讨论交流讨论分组实验分组实验 采集数据采集数据1注意事项注意事项：（1）调节滑轮的高度，）调节滑轮的高度，使得细绳要与使得细绳要与长长木板木板板面板面平行平行（2）适当选取钩码个数）适当选取钩码个数，避免小车的速度过大或过小避免小车的速度过大或过小。（3）小车应由紧靠打点计时器处开始释放小车应由紧靠打点计时器处开始释放，便于打出更多的点。，便于打出更多的点。（4）先接通电源，打点计时器稳定后再释放小车。先接通电源，打点计时器稳定后再释放小车。（5）在小车撞击长木板末端前应及时用手挡住小车、接着挂钩，在小车撞击长木板末端前应及时用手挡住小车、接着挂钩，避免避免 发生发生撞击。撞击。梳理梳理深化深化分组实验分组实验 采集数据采集数据2.在在测测量和数据量和数据处处理中可能理中可能产产生哪些生哪些误误差差？如何减小或者避免？如何减小或者避免这这些些误误差？差？3.实际测实际测量中量中，通常每隔四个，通常每隔四个计时计时点点选选一个点作一个点作为计为计数点数点进进行行测测量，量，请说请说明明这样这样做的原因。做的原因。交流讨论交流讨论分组实验分组实验 采集数据采集数据2.在在测测量和数据量和数据处处理中可能理中可能产产生哪些生哪些误误差差？如何减小或者避免？如何减小或者避免这这些些误误差？差？3.实际测实际测量中量中，通常每隔四个，通常每隔四个计时计时点点选选一个点作一个点作为计为计数点数点进进行行测测量，量，请说请说明明这样这样做的原因。做的原因。交流讨论交流讨论分组实验分组实验 采集数据采集数据2.数据处理数据处理：（1）关于纸带的选取）关于纸带的选取从几条纸带中选择一条比较理想的纸带从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，且开头过于密集，且开头过于密集的点应舍掉。用纸带的后一段进行测量；若纸带上点与点的点应舍掉。用纸带的后一段进行测量；若纸带上点与点之间的距离较小，可取多个间隔（如之间的距离较小，可取多个间隔（如5个）作为一个计数时个）作为一个计数时间间隔（但要根据具体情况灵活选定），此时时间间隔不间间隔（但要根据具体情况灵活选定），此时时间间隔不再是再是0.02s；原则上取六原则上取六、七个计数点为宜七个计数点为宜，并给选取的点，并给选取的点加上标记。加上标记。梳理梳理深化深化分组实验分组实验 采集数据采集数据2.数据数据处处理理：（2）采集数据的方法）采集数据的方法如如图图所示，所示，一般不是直接一般不是直接测测量量相相邻邻两个两个计计数点数点间间的距离的距离，而是先，而是先测测量出各个量出各个计计数点到数点到计时计时零点零点间间的距离的距离x1、x2、x3、x4、x5，再，再计计算出相算出相邻邻两个两个计计数点数点间间的距离的距离。x1=x1，x2=x2x1，x3=x3x2，x4=x4x3，梳理梳理深化深化分组实验分组实验 采集数据采集数据梳理梳理深化深化2.数据处理数据处理：（3）速度的计算方法）速度的计算方法各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替，即各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替，即 （T为相邻两个计数点间的时间间隔）为相邻两个计数点间的时间间隔）（4）将所测得的数据记录下来将所测得的数据记录下来。点第1点第2点第3点第4点时刻t/s0.10.20.30.4瞬时速度v/（ms-1）分组实验分组实验 采集数据采集数据1.表格中的数据反映出速度随时间有怎样的变化关系表格中的数据反映出速度随时间有怎样的变化关系？2.如何根据实验数据画出实验图像如何根据实验数据画出实验图像？3.若某个点明显偏离直线若某个点明显偏离直线，可能是什么原因及怎样处理？，可能是什么原因及怎样处理？4.如果小车运动是如果小车运动是v-t图像是一条倾斜的直线，图像是一条倾斜的直线，你能用自己的你能用自己的 语言描述小车运动速度随时间的变化规律吗语言描述小车运动速度随时间的变化规律吗？交流讨论交流讨论数据处理数据处理 归纳结论归纳结论5.实验误差是实验测量值实验误差是实验测量值（包括直接和间接测量值）（包括直接和间接测量值）与真与真实实值值（客观存在（客观存在的准确值）之差，分为偶然误差和系统误差，不管人们主观愿望如何，也的准确值）之差，分为偶然误差和系统误差，不管人们主观愿望如何，也不管人们在测量过程中怎样精心细致地控制，误差还是要产生的，实验误不管人们在测量过程中怎样精心细致地控制，误差还是要产生的，实验误差永远不等于零。但是通过完善实验原理、改进实验装置和测量方法，可差永远不等于零。但是通过完善实验原理、改进实验装置和测量方法，可以减小实验误差。本实验产生误差的主要原因是什么？如何改进能使测量以减小实验误差。本实验产生误差的主要原因是什么？如何改进能使测量数据更加准确？数据更加准确？6.某组同学实验过程中将固定打点计时器一端的木板垫高某组同学实验过程中将固定打点计时器一端的木板垫高，使木板有一倾，使木板有一倾斜角度，是否对实验结果有影响？画出的图象有什么不同？斜角度，是否对实验结果有影响？画出的图象有什么不同？交流讨论交流讨论数据处理数据处理 归纳结论归纳结论1.实验实验数据的分析方法数据的分析方法：（1）设计设计表格并表格并记录记录相关数据相关数据表格法表格法处处理数据理数据。梳理梳理深化深化数据处理数据处理 归纳结论归纳结论点第1点第2点第3点第4点时刻t/s0.10.20.30.4瞬时速度v/（ms-1）（2）作出小车运动的）作出小车运动的v-t图象图象图象法处理数据图象法处理数据 在坐标纸上建立直角坐标系，横坐标表示时间在坐标纸上建立直角坐标系，横坐标表示时间，纵坐标轴表示速度纵坐标轴表示速度v，对坐标轴进行适当分度，对坐标轴进行适当分度，使使测量结果差不多布满坐标系测量结果差不多布满坐标系。描点：根据表格中的数据在坐标系中描点。描点：根据表格中的数据在坐标系中描点。拟合：画一条直线，拟合：画一条直线，让这条直线通过尽可能多让这条直线通过尽可能多的点的点，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点舍弃偏差比较大的点舍弃。（计算机绘制（计算机绘制v-t图象：将实验所得数据在电脑的图象：将实验所得数据在电脑的Excel文件中输入表格，文件中输入表格，利用其利用其“图表向导图表向导”拟合拟合v-t图象。）图象。）梳理梳理深化深化数据处理数据处理 归纳结论归纳结论2.实验结论：实验结论：观察所得的图像观察所得的图像，可知小车运动的，可知小车运动的v-t图象是一条倾斜图象是一条倾斜的直线，说明小车的运动是速度随时间均匀变化的直的直线，说明小车的运动是速度随时间均匀变化的直线运动。线运动。梳理梳理深化深化数据处理数据处理 归纳结论归纳结论例例1 1在做探究匀变速直线运动的实验中在做探究匀变速直线运动的实验中：（1 1）给你以下器材：打点计时器、电池组、纸带、复写纸、）给你以下器材：打点计时器、电池组、纸带、复写纸、停表、天平停表、天平(带砝码带砝码)、小车、钩码、细绳、一端带有定滑轮的、小车、钩码、细绳、一端带有定滑轮的长木板其中不需要的器材是长木板其中不需要的器材是_、_、_，还需要增添的器材有还需要增添的器材有_、_和和_。巩固巩固提升提升电池组电池组停表停表天平天平导线导线低压交流电源低压交流电源刻度尺刻度尺规律应用规律应用 改进反思改进反思（2）按照）按照实验进实验进行的先后行的先后顺顺序，序，将下列步将下列步骤骤的代号填在横的代号填在横线线上上 _。A.把穿把穿过过打点打点计时计时器的器的纸带纸带固定在小固定在小车车的后面的后面B.把打点把打点计时计时器固定在器固定在长长木板的没有滑木板的没有滑轮轮的一端的一端，并，并连连好好电电路路C.换换上新的上新的纸带纸带，再重复做两次，再重复做两次D.把把长长木板平放在木板平放在实验实验桌上桌上，并使滑，并使滑轮轮伸出桌面伸出桌面E.使小使小车车停在靠近打点停在靠近打点计时计时器器处处，接通，接通电电源，放开小源，放开小车车，让让小小车车运运动动F.把一条把一条细绳细绳拴在小拴在小车车上上，细绳细绳跨跨过过定滑定滑轮轮，下，下边边吊着合适的吊着合适的钩码钩码G.断开断开电电源源，取下取下纸带纸带巩固巩固提升提升DBFAEGC规律应用规律应用 改进反思改进反思练习练习1.（多多选选）据打点）据打点计时计时器打出的器打出的纸带纸带，我，我们们可以从可以从纸纸带带上直接得到的物理量是（上直接得到的物理量是（）A.时间间时间间隔隔 B.位移位移 C.加速度加速度 D.平均速度平均速度AB规律应用规律应用 改进反思改进反思练习练习2、（多多选选）关于用打点）关于用打点计时计时器探究小器探究小车车速度随速度随时间变时间变化化的的规规律的律的实验实验，下列，下列说说法中正确的是（法中正确的是（）A.打点打点计时计时器器应应固定在固定在长长木板上木板上，且靠近滑，且靠近滑轮轮的一端的一端B.开始开始实验时实验时小小车应车应放在靠近打点放在靠近打点计时计时器的一端器的一端C.应应先接通先接通电电源源，待打点，待打点稳稳定后再定后再释释放小放小车车D.牵牵引小引小车车的的钩码钩码个数越多越好个数越多越好BC规律应用规律应用 改进反思改进反思例例2.在做在做“探究小探究小车车速度随速度随时间变时间变化的化的规规律律”的的实验时实验时，某同，某同学得到一条用打点学得到一条用打点计时计时器打下的器打下的纸带纸带，并在其上取了，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G等等7个个计计数点（每相数点（每相邻邻两个两个计计数点数点间还间还有有4个个打下的点没有画出），他把一毫米刻度尺放在打下的点没有画出），他把一毫米刻度尺放在纸带纸带上，上，如如图图所示所示。规律应用规律应用 改进反思改进反思（1）按照有效数字的读数规则读出相邻计数点）按照有效数字的读数规则读出相邻计数点AB、BC、CD、DE、EF间的距离间的距离x1、x2、x3、x4、x5，他们依次是他们依次是_cm、_cm、_cm、_cm、_cm。0.60 1.00 1.401.80 2.20 规律应用规律应用 改进反思改进反思（2）由以上数据计算打点计时器在打）由以上数据计算打点计时器在打B、C、D、E各点时，各点时，物体的瞬时速度依次是物体的瞬时速度依次是_m/s、_m/s、_m/s、_m/s。0.12 0.160.20 0.08 规律应用规律应用 改进反思改进反思O t/sv/(ms-1)（3）根据（）根据（2）中得到的数据，依次在如图所示的坐标系）中得到的数据，依次在如图所示的坐标系中，用作中，用作v-t图象的方法，根据图象求物体的加速度图象的方法，根据图象求物体的加速度a规律应用规律应用 改进反思改进反思0.1 0.2 0.3 0.4 0.50.250.200.150.100.05练习练习2.（多多选选）在）在“探究小探究小车车速度随速度随时间变时间变化的化的规规律律”的的实验实验中中,得到如得到如图图所示的所示的纸带纸带，其中，其中A、B、C、D、E、F、G为计为计数点数点,相相邻邻两两计计数点数点间间的的时间间时间间隔隔为为T，x1、x2、x3、x4、x5、x6分分别为别为AB、BC、CD、DE、EF、FG间间的位移，下列可用来的位移，下列可用来计计算打算打D点点时时小小车车速度的表达式是（速度的表达式是（）A B C DBC规律应用规律应用 改进反思改进反思练习练习3.一小球在桌面上从静止开始做加速运一小球在桌面上从静止开始做加速运动动，现现用高速用高速摄摄影机在同一影机在同一底片上多次曝光，底片上多次曝光，记录记录下小球每次曝光的位置，并将小球的位置下小球每次曝光的位置，并将小球的位置编编号。号。如如图图所示，所示，1位置恰位置恰为为小球小球刚刚开始运开始运动动的瞬的瞬间间，作，作为为零零时时刻刻摄摄影机影机连连续续两次曝光的两次曝光的时间间时间间隔均隔均为为0.5 s，小球从，小球从1位置到位置到6位置的运位置的运动过动过程中程中经经过过各位置的速度分各位置的速度分别为别为v10,v20.06 m/s,v3_m/s,v40.18 m/s,v5_ m/s。在如。在如图图所示坐所示坐标标系中作出小球的速度系中作出小球的速度时间图时间图象象（保留描点痕迹）。（保留描点痕迹）。0.120.24规律应用规律应用 改进反思改进反思课堂小结课堂小结斜率：加速度斜率：加速度实验目的实验目的实验原理实验原理实验步骤及注意实验步骤及注意事项事项选取纸带选取纸带采集采集数据数据计算速度计算速度表格法处理数据表格法处理数据图象图象法处理数据法处理数据探究探究小车速度随时间变化的小车速度随时间变化的规律规律根据纸带根据纸带计算各计算各时刻时刻小车速度，利用小车速度，利用v-t图象图象探究探究速度速度随时随时间变化规律间变化规律截距截距：初速度初速度实验结论实验结论小车的运动是小车的运动是速度速度随时随时间间均匀均匀变化变化的直线运动的直线运动实验实验探究方案探究方案实验实验数据处理数据处理随随时时间间变变化化的的规规律律实实验验探探究究小小车车速速度度各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替课外拓展课外拓展频闪摄影频闪摄影频闪摄影又称连闪摄影，是借助于电子闪光灯的连频闪摄影又称连闪摄影，是借助于电子闪光灯的连续闪光，在一个画面上记录动体的连续运动过程。续闪光，在一个画面上记录动体的连续运动过程。专业的频闪技术是在同一张底片上间隔相等的时间专业的频闪技术是在同一张底片上间隔相等的时间多次曝光获得的，也就是在同一相片上显示一个物体在多次曝光获得的，也就是在同一相片上显示一个物体在不同时刻的位置，其效果就好象在不同时刻所拍的透明不同时刻的位置，其效果就好象在不同时刻所拍的透明相片重叠在一起，得到一幅在同一个画面内有不同时刻相片重叠在一起，得到一幅在同一个画面内有不同时刻物体影像的频闪相物体影像的频闪相片片，如图如图所示。所示。频闪摄影从器材上一般分为两类：一是利频闪摄影从器材上一般分为两类：一是利用自动频率电子闪光灯（简称电子频闪灯）拍用自动频率电子闪光灯（简称电子频闪灯）拍摄；二是利用普通闪光灯组拍摄。由于拍摄的摄；二是利用普通闪光灯组拍摄。由于拍摄的工具和方法不同，频闪照片的效果也各具特色工具和方法不同，频闪照片的效果也各具特色。电子电子频闪灯是一种新型的摄影照明灯具，频闪灯是一种新型的摄影照明灯具，当这种灯充足电后，可以像连发手枪一样，一当这种灯充足电后，可以像连发手枪一样，一次紧接一次地频繁闪光。常见的电子频闪灯如次紧接一次地频繁闪光。常见的电子频闪灯如警车上的电子频闪灯和舞台上用的电子频闪灯。警车上的电子频闪灯和舞台上用的电子频闪灯。课外拓展课外拓展高频电子频闪灯的闪光频率可以根据需要调节，闪光频率越高频电子频闪灯的闪光频率可以根据需要调节，闪光频率越高，底片曝光次数越多，在照片上出现的影像也越多。一般来说，高，底片曝光次数越多，在照片上出现的影像也越多。一般来说，这种灯每秒钟的闪光次数可达几十次甚至上百次。用电子频闪灯拍这种灯每秒钟的闪光次数可达几十次甚至上百次。用电子频闪灯拍摄一个动体时，画面上可以留下几十个重叠、错落有致的影像。这摄一个动体时，画面上可以留下几十个重叠、错落有致的影像。这些以一定规律间隔产生的影像，可以给人一种节奏感强烈的视觉感些以一定规律间隔产生的影像，可以给人一种节奏感强烈的视觉感受，它可以使人感到新奇，是因为用高速频率将景物凝固在一张画受，它可以使人感到新奇，是因为用高速频率将景物凝固在一张画面上的视觉效果，比平时仅凭肉眼是无法看到的。面上的视觉效果，比平时仅凭肉眼是无法看到的。课外拓展课外拓展利用频闪照相照出的照片也利用频闪照相照出的照片也可以用可以用来来研究物体的运动，和打点计时器一样，研究物体的运动，和打点计时器一样，都可以记录物体运动的时间和位移都可以记录物体运动的时间和位移。如如图图为小球沿斜面运动时每秒闪光为小球沿斜面运动时每秒闪光10次拍摄出次拍摄出的频闪照片，照片中每两个相邻小球的影的频闪照片，照片中每两个相邻小球的影像的时间间隔就是像的时间间隔就是0.1s，这样便记录了物，这样便记录了物体的运动时间。而物体的运动位移则可以体的运动时间。而物体的运动位移则可以用照片中的刻度尺量出用照片中的刻度尺量出。课外拓展课外拓展