人教版(2023)必修第一冊(cè)物理高中 2.1 實(shí)驗(yàn)：探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律(共28張PPT)

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人教版(2023)必修第一冊(cè)物理高中

2.1實(shí)驗(yàn)：探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律

導(dǎo)入新課

不論是滑雪還是滑冰，運(yùn)動(dòng)員的速度一般都是在不斷變化的，那么運(yùn)動(dòng)員的速度、位移隨時(shí)間的變化有什么樣的規(guī)律呢？

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

交流討論

利用實(shí)驗(yàn)室提供的實(shí)驗(yàn)器材完成實(shí)驗(yàn)時(shí)，如圖所示，在重物牽引下沿水平桌面運(yùn)動(dòng)的小車(chē)。

1.其速度隨時(shí)間是如何變化的？

速度增加

2.這樣的加速運(yùn)動(dòng)有何特點(diǎn)？

3.你是否能利用上一章所學(xué)的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量一下上述物體的運(yùn)動(dòng)速度并找出他們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律？

創(chuàng)設(shè)情境提出問(wèn)題

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

（1）進(jìn)一步練習(xí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用、紙帶數(shù)據(jù)的處理和瞬時(shí)速度的測(cè)量方法。

（2）用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究小車(chē)在重物牽引下的運(yùn)動(dòng)，探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。

（3）能運(yùn)用v-t圖像探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。

梳理深化

創(chuàng)設(shè)情境提出問(wèn)題

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

2.實(shí)驗(yàn)原理：

（1）利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，用計(jì)算出小車(chē)各時(shí)刻的瞬時(shí)速度。

（2）根據(jù)表格數(shù)據(jù)，利用描點(diǎn)法作出小車(chē)的v-t圖象，利用圖象找出小車(chē)的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律

（3）利用v-t圖像計(jì)算小車(chē)的加速度

創(chuàng)設(shè)情境提出問(wèn)題

梳理深化

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

1.請(qǐng)列出實(shí)驗(yàn)器材并說(shuō)明它們?cè)趯?shí)驗(yàn)中的作用？如何安裝儀器？

2.主要的實(shí)驗(yàn)步驟有哪些？

交流討論

制訂方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

2.實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）把一端附有滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面。

（2）把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上遠(yuǎn)離滑輪的一端，連接好電路。

（3）把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并將紙帶的一端固定在小車(chē)的后面。把一

條細(xì)繩拴在小車(chē)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(chē)是否能在木板上做平穩(wěn)的加速運(yùn)動(dòng)。

（4）先接通電源，然后放開(kāi)小車(chē)，讓小車(chē)拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打完一條后立

即關(guān)閉電源。取下紙帶，換上新紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次。

1.實(shí)驗(yàn)器材：小車(chē)，細(xì)繩，鉤碼，一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板，電磁打點(diǎn)

計(jì)時(shí)器，低壓交流電源，導(dǎo)線若干，紙帶，刻度尺。

梳理深化

制訂方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

1.實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中有哪些注意事項(xiàng)？

交流討論

分組實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

1．注意事項(xiàng)：

（1）調(diào)節(jié)滑輪的高度，使得細(xì)繩要與長(zhǎng)木板板面平行

（2）適當(dāng)選取鉤碼個(gè)數(shù)，避免小車(chē)的速度過(guò)大或過(guò)小。

（3）小車(chē)應(yīng)由緊靠打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處開(kāi)始釋放，便于打出更多的點(diǎn)。

（4）先接通電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器穩(wěn)定后再釋放小車(chē)。

（5）在小車(chē)撞擊長(zhǎng)木板末端前應(yīng)及時(shí)用手擋住小車(chē)、接著掛鉤，避免

發(fā)生撞擊。

梳理深化

分組實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

2.在測(cè)量和數(shù)據(jù)處理中可能產(chǎn)生哪些誤差？如何減小或者避免這些誤差？

3.實(shí)際測(cè)量中，通常每隔四個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)選一個(gè)點(diǎn)作為計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，請(qǐng)說(shuō)明這樣做的原因。

交流討論

分組實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

我們用重物牽引小車(chē)的運(yùn)動(dòng)代替高鐵出站的過(guò)程進(jìn)行研究，那么要研究小車(chē)的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，我們?cè)撊绾卧O(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)？又要測(cè)量哪些物理量？選用什么器材？

實(shí)驗(yàn)原理

要探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，就要測(cè)量小車(chē)在不同時(shí)刻的瞬時(shí)速度，這就要用到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。

知識(shí)講解——實(shí)驗(yàn)思路

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

回顧用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量瞬時(shí)速度，需要哪些實(shí)驗(yàn)器材？本實(shí)驗(yàn)又需要哪些實(shí)驗(yàn)器材？

實(shí)驗(yàn)儀器

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（帶導(dǎo)線）、交變電源、紙帶、一端帶有定滑輪的長(zhǎng)木板、小車(chē)、細(xì)繩、槽碼、刻度尺、復(fù)寫(xiě)紙、坐標(biāo)紙。

知識(shí)講解——實(shí)驗(yàn)思路

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

除了利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來(lái)設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)外，我們還可以利用什么來(lái)測(cè)量小車(chē)的瞬時(shí)速度？

拓展學(xué)習(xí)

還可以利用“位移傳感器”、“光電門(mén)”等技術(shù)手段更加精準(zhǔn)的去測(cè)量小車(chē)的瞬時(shí)速度。

知識(shí)講解——實(shí)驗(yàn)思路

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

實(shí)驗(yàn)步驟

（1）要把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車(chē)的后面。

（2）把小車(chē)停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置。（為什么？）

（3）啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，然后放開(kāi)小車(chē)，讓小車(chē)拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，紙帶打完后立即關(guān)閉電源。

（4）換上新紙帶，增減所掛槽碼（或在小車(chē)上放置重物）重復(fù)操作兩次。（為什么？）

知識(shí)講解——進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

【誤差分析】

（1）根據(jù)紙帶測(cè)量的位移有誤差。

（2）根據(jù)位移計(jì)算的瞬時(shí)速度有誤差。

（3）木板的粗糙程度并非完全相同。

分組實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

1.固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)讓限位孔處在長(zhǎng)木板的上都位置。

2.滑輪不能過(guò)高,細(xì)繩應(yīng)與木板平行。

3.小車(chē)應(yīng)由緊靠打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處開(kāi)始釋放，在撞擊長(zhǎng)木板末端前應(yīng)

讓小車(chē)停止運(yùn)動(dòng)，防止小車(chē)從板上掉下來(lái)。

4.先接通電源，后讓紙帶運(yùn)動(dòng)。

5.每次打點(diǎn)結(jié)束后立即關(guān)閉電源。

6.將所測(cè)得的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)。

【注意事項(xiàng)】

分組實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

提示：將實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)在電腦的Excel文件中輸入表格，利用其“圖表向?qū)А睌M合v-t圖象。

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)分布在直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)對(duì)稱地分布在直線兩側(cè)。如圖所示。

數(shù)據(jù)處理歸納結(jié)論

1.如何直觀地反應(yīng)小車(chē)瞬時(shí)速度？

思考

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

小車(chē)的速度隨時(shí)間均勻增加，或者說(shuō)既然小車(chē)的v-t圖像是一條傾斜的直線，那么v隨t變化的函數(shù)關(guān)系式為v=kt+b，顯然v與t成線性關(guān)系。

數(shù)據(jù)處理歸納結(jié)論

2.請(qǐng)根據(jù)小車(chē)的速度與時(shí)間圖像分析小車(chē)速度隨時(shí)間的

變化規(guī)律？

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

鞏固提升

例1、在“探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中，如圖所示為記錄小車(chē)運(yùn)動(dòng)情況的一條紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T＝0.1s。

規(guī)律應(yīng)用改進(jìn)反思

(1)計(jì)算D、C、B各點(diǎn)的瞬時(shí)速度，vD＝______m/s，vC＝______m/s，vB＝______m/s。

(2)在如圖所示坐標(biāo)系中作出小車(chē)的v-ｔ圖象，并根據(jù)圖象求出a＝______。

(3)將圖線延長(zhǎng)與縱軸相交，交點(diǎn)的速度是______，此速度的物理意義是？

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

(1)若時(shí)間較小，平均速度可以代替某點(diǎn)的瞬時(shí)速度。

D點(diǎn)的瞬時(shí)速度=390cm/s=3.9m/s

C點(diǎn)的瞬時(shí)速度=264cm/s=2.64m/s

B點(diǎn)的瞬時(shí)速度=138cm/s=1.38m/s

(2)由(1)中數(shù)據(jù)作出小車(chē)的v-t圖象如圖所示，由圖線的斜率可

求得它的平均加速度

(3)將圖線延長(zhǎng)后，與縱軸的交點(diǎn)的速度約是v=0.12m/s，它表示小車(chē)經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)的速度。

規(guī)律應(yīng)用改進(jìn)反思

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

(1)試根據(jù)紙帶上各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，計(jì)算出打下B、F兩個(gè)點(diǎn)時(shí)小車(chē)的瞬時(shí)速度，并將這兩個(gè)速度值填入表格中。(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)

速度vBvCvDvEvF

數(shù)值/(m·s－1)0.4790.5600.640

0.400

0.721

由于每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出，所以相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T＝0.1s，則

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

(2)將B、C、E、F各時(shí)刻的瞬時(shí)速度標(biāo)在直角坐標(biāo)系中(D時(shí)刻的已標(biāo)出)，并作出小車(chē)的瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線。

答案見(jiàn)解析圖

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

小車(chē)的瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線如圖所示。

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

(3)由所作速度—時(shí)間圖像求出小車(chē)加速度為_(kāi)_______________________

__________m/s2。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

0.80(0.78、0.79、0.81、

0.82均可)

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

(4)寫(xiě)出圖線與縱軸的交點(diǎn)的物理意義：___________________________

________________。

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打計(jì)數(shù)點(diǎn)A時(shí)刻小車(chē)

對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度

圖線與縱軸的交點(diǎn)表示打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打計(jì)數(shù)點(diǎn)A時(shí)刻小車(chē)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度。

不登高山，不知天之高也；不臨深溪，不知地之厚也

3.(來(lái)自教材)為研究小車(chē)沿斜面向下運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，把紙帶的一端固定在小車(chē)上，小車(chē)拖動(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí)，紙帶上打出的點(diǎn)如圖所示。

(1)某同學(xué)用以下方法繪制小車(chē)的v－t圖像。先把紙帶每隔0.1s剪斷，得到若干短紙條。再把這些紙條由短到長(zhǎng)并排貼在一張紙上，使這些紙條下端對(duì)齊，作為橫軸，標(biāo)出時(shí)間(表示時(shí)間軸)。最后將紙條上端中心連起來(lái)，于是得到v－t圖像。請(qǐng)你按以上辦