【课件】实验：探究小车速度随时间变化的规律 2022-2023学年高一物理人教版（2019）必修第一册.pptx

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1、第二章 匀变速直线运动的研究1 1 实验：探究实验：探究小车小车速度随时间变化速度随时间变化的的规律规律在在我们的生活中有跳远助跑、高山我们的生活中有跳远助跑、高山滑雪滑雪、驾车等驾车等运动，在自然界中有瀑布运动，在自然界中有瀑布、苹果苹果落地落地、猎豹、猎豹捕羚羊捕羚羊等运动，在这些运动中都有速度的变化，且变化规律不尽相等运动，在这些运动中都有速度的变化，且变化规律不尽相同，我们怎样才能知道同，我们怎样才能知道速度随时间变化的规律速度随时间变化的规律呢？呢？导入新课导入新课思考思考图图为为电磁打点计时器打出的纸带，频闪的时间间隔为电磁打点计时器打出的纸带，频闪的时间间隔为0.1s，测得的小车

2、运动的数据如下表所示测得的小车运动的数据如下表所示。一、创设情境一、创设情境 提出问题提出问题d1d2d3d4d5d60.2cm0.4cm1.0cm1.6cm2.6cm3.6cm一、创设情境一、创设情境 提出问题提出问题1.如何计算各点的瞬时速度？如何计算各点的瞬时速度？利用打点计时器所打纸带的信息，代入计算式 ，即用以n点为中心的一小段时间间隔的平均速度代替n点的瞬时速度2.取与某点相邻的两个计数点间的平均速度为该点的瞬时速度，并填在取与某点相邻的两个计数点间的平均速度为该点的瞬时速度，并填在下表中：下表中：各点BCDEFG各点到A的距离/cmd1d2d3d4d5d6各点的位置坐标x/cm0

3、.20.41.01.62.63.6瞬时速度v/（cms-1）一、创设情境一、创设情境 提出问题提出问题2468103.3.在图中按实验数据描点，并用一条平滑曲线将坐标系中的点连接起在图中按实验数据描点，并用一条平滑曲线将坐标系中的点连接起来，你能看出该物体速度的变化有什么特点吗？从图中求出该物体的来，你能看出该物体速度的变化有什么特点吗？从图中求出该物体的加速度加速度。一、创设情境一、创设情境 提出问题提出问题（1）电火花电火花打点计时器的使用打点计时器的使用：把：把纸带穿过打点计时器，连在小车的纸带穿过打点计时器，连在小车的后面后面，接通，接通220V交流交流电源电源后，松开后，松开小车小车

4、，小车带动纸带运动小车带动纸带运动，打点计打点计时器时器就在纸带上打出一系列点就在纸带上打出一系列点，这，这样通过研究纸带上点的时间间隔和样通过研究纸带上点的时间间隔和位移大小来确定小车的运动情况。位移大小来确定小车的运动情况。一、创设情境一、创设情境 提出问题提出问题【实验原理】【实验原理】（2）v-t图像法图像法：算出纸带上各记数：算出纸带上各记数点的速度点的速度，即把，即把包含记数点一小段包含记数点一小段时间内的位移时间内的位移x的平均速度的平均速度v计算出计算出来，用这个平均速度代表纸带经过来，用这个平均速度代表纸带经过记数点时的瞬时速度记数点时的瞬时速度，根据各个记，根据各个记数点的

5、瞬时速度，再作出数点的瞬时速度，再作出v-t图像，图像，分析分析v-t的关系。的关系。一、创设情境一、创设情境 提出问题提出问题（1）把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使）把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面滑轮伸出桌面，把打，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。点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。（2）把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上）把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的合适的钩钩码，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。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

6、计时器处，）把小车停在靠近打点计时器处，先先接通电源接通电源，后后释放小车释放小车让小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，车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列小点，关闭电源，关闭电源，增减砝码，增减砝码，换上新的纸带，换上新的纸带，再做两次实验再做两次实验。二、制订方案二、制订方案 设计实验设计实验【实验步骤】【实验步骤】（1）舍掉舍掉纸带纸带开头过于密集的点，从清楚的点开始开头过于密集的点，从清楚的点开始,若纸带上若纸带上点与点之间的距离较小，每五个计时点取一个计数点点与点之间的距离较小，每五个计时点取一个计数点,依次标依次标号为号为0、1、2、3、4、（但要看

7、具体（但要看具体纸带纸带情况灵活选定）；则情况灵活选定）；则相邻计数点间的时间间隔为相邻计数点间的时间间隔为T=50.02s=0.1s。分别测量。分别测量01，02,03,04,05,06等计数点间的距离等计数点间的距离。【数据处理】【数据处理】三、分组实验三、分组实验 采集数据采集数据（2）根据根据，计算计数点计算计数点1，2，3，4，5的瞬时速度的瞬时速度，把测量的数据计入表中把测量的数据计入表中。位置位置123456时间时间v1/（ms-1）v2/（ms-1）v3/（ms-1）三、分组实验三、分组实验 采集数据采集数据将实验所得数据在电脑的将实验所得数据在电脑的Excel文文件中输入表格

8、，利用其件中输入表格，利用其“图表向导图表向导”拟合拟合v-t图象。图象。以以t为横轴，为横轴，v为纵轴，为纵轴，在在v-t图像中图像中描出描出这些记数点的坐标，这些记数点的坐标，然后用一条直线拟合这些点，画直线然后用一条直线拟合这些点，画直线时要使它两侧的点数大致相同。时要使它两侧的点数大致相同。【数据分析】【数据分析】t/sv/（ms-1）O三、分组实验三、分组实验 采集数据采集数据【误差分析【误差分析】（1）根据纸带测量的位移有误差根据纸带测量的位移有误差。（2）根据位移计算的瞬时速度有误差根据位移计算的瞬时速度有误差。（3）木板的粗糙程度并非完全相同木板的粗糙程度并非完全相同。三、分组

9、实验三、分组实验 采集数据采集数据1.1.固定固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置。打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置。2.2.滑轮滑轮不能过高不能过高,细绳应与木板细绳应与木板平行。平行。3.3.小车小车应由应由紧靠打点计时器处开始释放紧靠打点计时器处开始释放，在撞击长木板末端前，在撞击长木板末端前应应 让让小车停止小车停止运动，防止运动，防止小车从板上掉下来。小车从板上掉下来。4.4.先先接通电源，接通电源，后后让纸带运动。让纸带运动。5.5.每次每次打点结束后打点结束后立即关闭电源立即关闭电源。6 6.将将所测得的数据记录所测得的数据记录下来下来。【注意事项】【注意事项

10、】三、分组实验三、分组实验 采集数据采集数据提示：提示：将实验所得数据在电脑的将实验所得数据在电脑的Excel文件中输入文件中输入表格，利用其表格，利用其“图表向导图表向导”拟合拟合v-t图象图象。拟合拟合：从点的分布可以有很大把握地说这些点应从点的分布可以有很大把握地说这些点应该在一条直线上，用直线拟合，该在一条直线上，用直线拟合，让尽可能多的点让尽可能多的点分布在直线上，不在直线上的点应对称地分布在分布在直线上，不在直线上的点应对称地分布在直线两侧直线两侧。如图所示。如图所示。四、数据处理四、数据处理 归纳结论归纳结论1.如何直观地反应小车瞬时速度？如何直观地反应小车瞬时速度？思考思考 小

11、车的速度随时间均匀增加小车的速度随时间均匀增加，或者说既然小车的或者说既然小车的v-t图图像是一条倾斜的直线，那么像是一条倾斜的直线，那么v随随t变化的函数关系式为变化的函数关系式为v=kt+b，显然，显然v与与t成线性关系。成线性关系。四、数据处理四、数据处理 归纳结论归纳结论2.请根据小车的速度请根据小车的速度与与时间图像分析小车速度随时间的时间图像分析小车速度随时间的变化规律变化规律？巩固提升巩固提升巩固提升巩固提升例例1、在、在“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”实验中，如图所示为记录小车实验中，如图所示为记录小车运动情况的一条纸带，图中运动情况的一条纸带，图中

12、A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔间的时间间隔T0.1s。五、规律应用五、规律应用 改进反思改进反思(1)计算计算D、C、B各点的瞬时速度，各点的瞬时速度，vD_m/s，vC_m/s，vB_m/s。(2)在如图所示坐标系中作出小车的在如图所示坐标系中作出小车的v-图象，并根据图象求出图象，并根据图象求出a_。(3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度是将图线延长与纵轴相交，交点的速度是_，此速度的物理意义是？，此速度的物理意义是？(1)若时间较小，平均速度可以代替某点的瞬时速度。D点的瞬时速度 =390 cm/s=3.9 m/sC点的瞬时速度 =26

13、4 cm/s=2.64 m/sB点的瞬时速度 =138 cm/s=1.38 m/s(2)由(1)中数据作出小车的v-t图象如图所示，由图线的斜率可求得它的平均加速度(3)将图线延长后，与纵轴的交点的速度约是v=0.12 m/s，它表示小车经过A点时的速度。五、规律应用五、规律应用 改进反思改进反思 练习练习 在在“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”的实验中，如图给出了的实验中，如图给出了从从0点开始，每点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中个点取一个计数点的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6都为计数点测得：都为计数点测得：s1=1.40cm，s2=1.90cm，s3

14、=2.38cm，s4=2.88cm，s5=3.39cm，s6=3.87cm那么：那么：五、规律应用五、规律应用 改进反思改进反思（1）在计时器打出点）在计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为：时，小车的速度分别为：v1=_cm/s，v2=_cm/s，v3=_cm/s，v4=_cm/s，v5=_cm/s（2）在平面直角坐标系中作出速度）在平面直角坐标系中作出速度-时间图象时间图象v/(m/s)t/s00.10.20.30.40.50.60.70.10.20.30.4答案答案：v1=16.50cm/s,v2=21.40cm/s,v3=26.30cm/s,v4=31.35cm/s,v5=

15、36.30cm/s五、规律应用五、规律应用 改进反思改进反思课堂课堂小结小结探究小车速度随探究小车速度随时间的变化规律时间的变化规律实验设计实验设计实验原理实验原理实验步骤实验步骤实验操作实验操作器材安装器材安装数据采集数据采集数据处理数据处理计算瞬时速度计算瞬时速度作作v-t图图归纳结论归纳结论德国物理学家德国物理学家、量子论的奠基人普朗克量子论的奠基人普朗克过过：“物理定律不能单靠思维来物理定律不能单靠思维来获得，还应致力于观察和实验。获得，还应致力于观察和实验。”那么，这句话是什么意思呢那么，这句话是什么意思呢？其实其实，在古代，大约，在古代，大约2000多年前，多年前，最早研究我们物理

16、的并不最早研究我们物理的并不是所谓的物理学家是所谓的物理学家，那么什么样职业的人在研究物理呢？，那么什么样职业的人在研究物理呢？对对！是哲学家是哲学家，就是一些爱胡思乱想的人，就是一些爱胡思乱想的人，他们看到神奇美丽大他们看到神奇美丽大自然多姿多彩的现象后自然多姿多彩的现象后，不禁提出了这样那样的问题：，不禁提出了这样那样的问题：比方比方说为什么会打雷下雨说为什么会打雷下雨？为什么有春天夏天？为什么有春天夏天？但是当时没有老但是当时没有老师可以为他们解答师可以为他们解答。怎么办呢？这些问题他们在心里憋得难受，。怎么办呢？这些问题他们在心里憋得难受，于是他们就开始自己琢磨，得出了很多对问题的经典

17、解释于是他们就开始自己琢磨，得出了很多对问题的经典解释。课外拓展课外拓展课外拓展课外拓展比方说：春秋时代的曾参就告诫人们比方说：春秋时代的曾参就告诫人们“天圆地方天圆地方”，“天似天似穹庐笼盖四野穹庐笼盖四野”，天是圆的而地呢？是方形的。所以那时人们，天是圆的而地呢？是方形的。所以那时人们出门不敢走太远，因为地是方形的，走的很远说不定就会掉下出门不敢走太远，因为地是方形的，走的很远说不定就会掉下去！现在看起来是不是很滑稽呀；去！现在看起来是不是很滑稽呀；课外拓展课外拓展那么不仅我们中国有这样的空想家，那么不仅我们中国有这样的空想家，在西方的古希腊也是有的啊。比方说，在西方的古希腊也是有的啊。比

18、方说，古希腊的亚里士多德，他认为重的物体古希腊的亚里士多德，他认为重的物体应该比轻的物体下落的快，这是他经过应该比轻的物体下落的快，这是他经过长期的观察与思考得出的，看似符合实长期的观察与思考得出的，看似符合实际但是其实也是有问题的。际但是其实也是有问题的。那么那么，我们看到以上的哲学家在研究问题时基本上都是处，我们看到以上的哲学家在研究问题时基本上都是处于这种状态。基本上都是在思考，通过思考得出结论。这些结于这种状态。基本上都是在思考，通过思考得出结论。这些结论在当时看来有种论在当时看来有种“众人皆醉我独醒众人皆醉我独醒”的意味，对社会的发展的意味，对社会的发展进步起到了一些积极意义，但是在今天我们用科学的眼光对其进步起到了一些积极意义，但是在今天我们用科学的眼光对其再次审视时却发现当时的再次审视时却发现当时的“金科玉律金科玉律”其实很多都不正确。为其实很多都不正确。为什么会出现这样的情况呢？就是因为他们没有致力于观察和实什么会出现这样的情况呢？就是因为他们没有致力于观察和实验验没有使用科学的研究没有使用科学的研究方法。方法。课外拓展课外拓展