物理人教版（2019）必修第一册2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律（共35张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）必修第一册2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律（共35张ppt） |
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| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 4.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-08-15 00:00:00 | ||
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文档简介
(共35张PPT)
匀速直线运动的速度图象(v-t图象)
t/s
x/m
0
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12
0.02
0.04
0.06
交流与讨论：你能根据上图所描述的匀速直线运动，画出它的速度时间图象吗？
t/s
v/m·s-1
0
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12
0.5
玩具车的速度
小轿车的速度
自行车的速度
高铁的速度
如何探寻物体的速度随时间的变化规律呢？
第二章匀变速直线运动的研究
实验：探究小车随时间变化的规律
如何研究一个物体运动规律？
（知道物体在不同时刻的速度）
如何知道物体在不同时刻的速度？用什么仪器可以测得？
（打点计时器）
思考
●我们研究一种运动，就是为了掌握它的规律。
●怎样才能说是掌握了运动的规律呢？
主要解决两个问题——
▲物体的位移是怎样随时间变化的？
▲物体的速度是怎样随时间变化的？
第二章
匀变速直线运动的研究
探究目的
原理
探究小车速度随时间的变化规律，学习运用实验研究物理运动规律的方法；
通过观察打点计时器在纸带上打出的点迹，这些点迹不但记录了物体的运动时间，而且相应地表示运动物体在不同时刻的位置。
研究这些点的情况，就可以了解物体的运动情况。
一、实验目的
1.练习使用打点计时器，学会用打上点的纸带研究物体的运动。
2.掌握判断物体是否做匀变速运动的方法。
3.测定匀变速直线运动的加速度。
二、实验仪器
打点计时器、纸带、复写纸片、低压交流电源、小车、细绳、一端附有滑轮的长木板、刻度尺、钩码、导线.
二、实验器材
学生电源，刻度尺
钩码
小车
细绳
纸带
打点计时器
一端附有定滑轮的长木板
实验原理分析
1.了解打点计时器.
(1)一种使用交流电源的计时仪器，它每隔0.02s打一个点（由于电源频率是50Hz）。
(2) 纸带上的点表示了相应运动物体在不同时刻的位置，研究纸带上所打点的间隔，就可以了解物体运动的情况。
2.由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法：
如图所示，0、1、2……为时间间隔相等的各计数点，S1、S2、S3……为相邻两计数点之间的距离，若△S= S2－S1=……=C（常数），即若两连续相等的时间间隔里的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体的运动为匀变速运动。
1 2 3 4 5
0
S1
S2
S3
S4
S5
实验原理分析
3.由纸带求物体运动加速度的方法：
⑴用“逐差法”求加速度.
根据S4－S1= S5－S2= S6－S3=3aT2（T为相邻两计数点之间的时间间隔）
⑵用v-t图象法：即先根据求出打第n个点时纸带的即时速度，后做出v-t图，图线的斜率即为物体运动的加速度。
1 2 3 4 5
0
S1
S2
S3
S4
S5
实验原理分析
实验原理示意图
四、实验步骤
1.把一端附有滑轮的长木板平放再实验桌上，并使滑轮伸出桌面，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。
2.把一条细绳栓在小车上，细绳跨过滑轮，并在细绳的另一端挂上合适的钩码，试放手后，小车能在长木板上平稳的加速滑行一段距离；把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车后面。
实验条件：
a．合力恒定，细线与木板是平行的。
b．接50HZ，4—6伏交流电。
3.把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车运动，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新纸带，重复实验三次。
4.选择一条比较理想的纸带，舍掉开头的比较密集的点，确定计数始点，表明计数点，正确使用毫米刻度尺测量两点间的距离，并把测量结果填入表中，用逐差法求出加速度的值，，最后求其平均值，还可求出各计数点对应的速度，做v——t图象，求得直线的斜率即为物体运动的加速度。
注意事项
1.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器；
2.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
3.要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时用手按住它
4.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。
舍掉开头过于密集的点，从清楚的点开始,每五个计时点取一个计数点 ；
取六个点，依次标号为0，1，2，3，4，5
0.10s
0.10s
过于密集/不清晰的点
处理的纸带
五、纸带处理和数据记录与分析
处理的纸带
例：求3这个计数点的速度：
△x 4 -△x 2
v3 = v24 = ——— = —————
2△t
△x 24
2△t
△t为多少
△x1
△x2
△x3
△x4
△x5
数据处理 列表法
小车的瞬时速度随时间增大而增大，即小车的瞬时速度与时间大致成正比。
思考:小车的具体运动规律是什么
- -
0.201
0.280
0.432
0.355
0.512
同理，可求出另外两条纸带的情况
数据处理 图象法
① 根据所得数据，选择合适的标度建立直角坐标系（图象尽量分布在坐标系平面的大部分面积）
② 根据所得数据描出各点的位置（描点法）,观察和思考各点的分布规律
t/s
v/m/s
描绘小车的v I t图
描绘图象：各点的分布大致都落在一条直线上，我们可以推断：如果没有实验误差的理想情况下，所描出的各点应全部落到这条直线上。因此，画直线时，让尽可能多的点处在这条直线上，其余均匀分布，去掉偏差太大的点。
哪一种方法更好？
如何利用v I t图求加速度
①取任意两组数据求出Δv 和Δt ，然后代入 求解。
②在v —t 图象上取一段时间Δt（尽量取 大一些），找出Δt 对应的Δv ，代入 求解。
（画图时让不在直线上的点尽可能等量地分布在直线两侧，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，也就是说应该用图象上的点，而不是用实验所得到的数据）
△v
a = ——
△t
△v
a = ——
△t
例1.某学生用打点计时器研究小车的匀变速直线运动。他将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，实验时得到一条纸带。他在纸带上便于测量的地方选取第一个计时点，在这点下标明A ，第六个点下标明B ，第十一个点下标明C ，第十六个点下标明D ，第二十一个点下标明E 。测量时发现B点已模糊不清，于是他测得AC长为14.56 cm ，CD长为11.15cm ，DE长为13.73 cm ，则打C点时小车的瞬时速度大小为________m/s,小车运动的加速度大小为 m／s2 ，AB的距离应为 cm 。(保留三位有效数字)
A
B
C
D
E
【典例一】
1、在“研究匀变速直线运动”的实验中，包含下列四个步骤:①把长木板放在实验台上，用木块垫高;②把纸带穿过打点计时器，并固定在小车后面;③把打点计时器固定在长木板垫高的一端，连接好电路;④把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车。正确的操作顺序是( )
A.①②③④ B.①②④③ C.②①③④ D.①③②④
解题思路：先组装器材，然后进行实验操作，所以首先把长木板放在实验台上，用木块垫高，然后将打点计时器固定在长木板垫高的一端，并接好电路;再将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔，最后把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，故顺序为①③②④，故选D。
答案：D
【典例二】
2、某同学在测定匀变速直线运动加速度时，得到了几条较为理想的纸带，已在每条纸带上每5个点取一个计数点，依打点先后编号为0、1、2、3、4、5.由于不小心，纸带被撕断了，如图，请根据给出的A、B、C、D四段纸带回答，在B、C、D三段纸带中选出从纸带A上撕下的那段应该是( )
A. B.
C. D.
解题思路：根据匀变速直线运动的特点(相邻的时间间隔位移之差相等)得出：，故4、5两点间距等于54 mm，所以属于纸带A的是C图。
答案：C
【基础练习】
1、在做“探究小车速度随时间变化的规律”实验时，根据打点计时器打出的纸带，我们可以不利用公式计算就能直接得到的物理量是( )
A.时间间隔 B.瞬时速度
C.加速度 D.某段时间内的位移
答案：AD
解析：打点计时器是每隔0.02s打下一个点，所以数点就可以知道时间间隔，故A正确。瞬时速度的求解需要运用公式，故B错误。加速度的求解需要运用公式或利用图像求斜率，故C错误。某段时间内的位移可以利用刻度尺直接测得，故D正确。
2、在“测定匀变速直线运动的加速度”实验中，下列方法有利于减小实验误差的是（ ）
A.选取记数点，把每打五个点的时间间隔作为一个时间单位
B.使小车运动的加速度尽量小些
C.舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰，点间间隔适当的那一部分进行测量、计算
D.选用各处平整程度，光滑程度相同的长木板做实验
答案：ACD
解析：实验中应区别计时器打出的轨迹点与人为选取的计数点，通常每隔4个轨迹点选1个计数点，这样计数点间的距离大些，测量时相对误差较小;所以A选项是正确的；小车的加速度应适当大一些，在纸带上计数点间的距离大，测量的相对误差较小，故B错误；舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰，点间隔适当的那一部分进行测量，这样测量的相对误差减小，所以C选项是正确的；选用各处平整程度，光滑程度相同的长木板做实验，这样可以保证物体做的是匀变速直线运动，所以D选项是正确的，所以ACD选项是正确的。
3、在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点(A点为第一个点)，相邻计数点间的时间间隔。
（1）根据_________________________________计算打各点时小车的瞬时速度大小，则 _________m/s， __________m/s， __________m/s。
（2）在如图所示坐标系中画出小车的图线，并根据图线求出。
（3）将图线延长与纵轴相交，交点速度的物理意义：__________________________。
答案：(1)某段时间内的平均速度表示中间时刻的瞬时速度 3.90 2.64 1.38
(2)见解析图
(3)零时刻小车的速度大小
解析：(1)若时间较短，平均速度可以代替中间时刻的瞬时速度。
（2）由（1）中数据画出小车的图像如图所示，由图线的斜率可求得小车的加速度
（3）将图线延长后，与纵轴交点的速度表示零时刻小车的速度大小。
匀速直线运动的速度图象(v-t图象)
t/s
x/m
0
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12
0.02
0.04
0.06
交流与讨论：你能根据上图所描述的匀速直线运动，画出它的速度时间图象吗？
t/s
v/m·s-1
0
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12
0.5
玩具车的速度
小轿车的速度
自行车的速度
高铁的速度
如何探寻物体的速度随时间的变化规律呢？
第二章匀变速直线运动的研究
实验：探究小车随时间变化的规律
如何研究一个物体运动规律？
（知道物体在不同时刻的速度）
如何知道物体在不同时刻的速度？用什么仪器可以测得？
（打点计时器）
思考
●我们研究一种运动，就是为了掌握它的规律。
●怎样才能说是掌握了运动的规律呢？
主要解决两个问题——
▲物体的位移是怎样随时间变化的？
▲物体的速度是怎样随时间变化的？
第二章
匀变速直线运动的研究
探究目的
原理
探究小车速度随时间的变化规律，学习运用实验研究物理运动规律的方法；
通过观察打点计时器在纸带上打出的点迹，这些点迹不但记录了物体的运动时间，而且相应地表示运动物体在不同时刻的位置。
研究这些点的情况，就可以了解物体的运动情况。
一、实验目的
1.练习使用打点计时器，学会用打上点的纸带研究物体的运动。
2.掌握判断物体是否做匀变速运动的方法。
3.测定匀变速直线运动的加速度。
二、实验仪器
打点计时器、纸带、复写纸片、低压交流电源、小车、细绳、一端附有滑轮的长木板、刻度尺、钩码、导线.
二、实验器材
学生电源，刻度尺
钩码
小车
细绳
纸带
打点计时器
一端附有定滑轮的长木板
实验原理分析
1.了解打点计时器.
(1)一种使用交流电源的计时仪器，它每隔0.02s打一个点（由于电源频率是50Hz）。
(2) 纸带上的点表示了相应运动物体在不同时刻的位置，研究纸带上所打点的间隔，就可以了解物体运动的情况。
2.由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法：
如图所示，0、1、2……为时间间隔相等的各计数点，S1、S2、S3……为相邻两计数点之间的距离，若△S= S2－S1=……=C（常数），即若两连续相等的时间间隔里的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体的运动为匀变速运动。
1 2 3 4 5
0
S1
S2
S3
S4
S5
实验原理分析
3.由纸带求物体运动加速度的方法：
⑴用“逐差法”求加速度.
根据S4－S1= S5－S2= S6－S3=3aT2（T为相邻两计数点之间的时间间隔）
⑵用v-t图象法：即先根据求出打第n个点时纸带的即时速度，后做出v-t图，图线的斜率即为物体运动的加速度。
1 2 3 4 5
0
S1
S2
S3
S4
S5
实验原理分析
实验原理示意图
四、实验步骤
1.把一端附有滑轮的长木板平放再实验桌上，并使滑轮伸出桌面，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。
2.把一条细绳栓在小车上，细绳跨过滑轮，并在细绳的另一端挂上合适的钩码，试放手后，小车能在长木板上平稳的加速滑行一段距离；把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车后面。
实验条件：
a．合力恒定，细线与木板是平行的。
b．接50HZ，4—6伏交流电。
3.把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车运动，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新纸带，重复实验三次。
4.选择一条比较理想的纸带，舍掉开头的比较密集的点，确定计数始点，表明计数点，正确使用毫米刻度尺测量两点间的距离，并把测量结果填入表中，用逐差法求出加速度的值，，最后求其平均值，还可求出各计数点对应的速度，做v——t图象，求得直线的斜率即为物体运动的加速度。
注意事项
1.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器；
2.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
3.要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时用手按住它
4.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。
舍掉开头过于密集的点，从清楚的点开始,每五个计时点取一个计数点 ；
取六个点，依次标号为0，1，2，3，4，5
0.10s
0.10s
过于密集/不清晰的点
处理的纸带
五、纸带处理和数据记录与分析
处理的纸带
例：求3这个计数点的速度：
△x 4 -△x 2
v3 = v24 = ——— = —————
2△t
△x 24
2△t
△t为多少
△x1
△x2
△x3
△x4
△x5
数据处理 列表法
小车的瞬时速度随时间增大而增大，即小车的瞬时速度与时间大致成正比。
思考:小车的具体运动规律是什么
- -
0.201
0.280
0.432
0.355
0.512
同理，可求出另外两条纸带的情况
数据处理 图象法
① 根据所得数据，选择合适的标度建立直角坐标系（图象尽量分布在坐标系平面的大部分面积）
② 根据所得数据描出各点的位置（描点法）,观察和思考各点的分布规律
t/s
v/m/s
描绘小车的v I t图
描绘图象：各点的分布大致都落在一条直线上，我们可以推断：如果没有实验误差的理想情况下，所描出的各点应全部落到这条直线上。因此，画直线时，让尽可能多的点处在这条直线上，其余均匀分布，去掉偏差太大的点。
哪一种方法更好？
如何利用v I t图求加速度
①取任意两组数据求出Δv 和Δt ，然后代入 求解。
②在v —t 图象上取一段时间Δt（尽量取 大一些），找出Δt 对应的Δv ，代入 求解。
（画图时让不在直线上的点尽可能等量地分布在直线两侧，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，也就是说应该用图象上的点，而不是用实验所得到的数据）
△v
a = ——
△t
△v
a = ——
△t
例1.某学生用打点计时器研究小车的匀变速直线运动。他将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，实验时得到一条纸带。他在纸带上便于测量的地方选取第一个计时点，在这点下标明A ，第六个点下标明B ，第十一个点下标明C ，第十六个点下标明D ，第二十一个点下标明E 。测量时发现B点已模糊不清，于是他测得AC长为14.56 cm ，CD长为11.15cm ，DE长为13.73 cm ，则打C点时小车的瞬时速度大小为________m/s,小车运动的加速度大小为 m／s2 ，AB的距离应为 cm 。(保留三位有效数字)
A
B
C
D
E
【典例一】
1、在“研究匀变速直线运动”的实验中，包含下列四个步骤:①把长木板放在实验台上，用木块垫高;②把纸带穿过打点计时器，并固定在小车后面;③把打点计时器固定在长木板垫高的一端，连接好电路;④把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车。正确的操作顺序是( )
A.①②③④ B.①②④③ C.②①③④ D.①③②④
解题思路：先组装器材，然后进行实验操作，所以首先把长木板放在实验台上，用木块垫高，然后将打点计时器固定在长木板垫高的一端，并接好电路;再将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔，最后把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，故顺序为①③②④，故选D。
答案：D
【典例二】
2、某同学在测定匀变速直线运动加速度时，得到了几条较为理想的纸带，已在每条纸带上每5个点取一个计数点，依打点先后编号为0、1、2、3、4、5.由于不小心，纸带被撕断了，如图，请根据给出的A、B、C、D四段纸带回答，在B、C、D三段纸带中选出从纸带A上撕下的那段应该是( )
A. B.
C. D.
解题思路：根据匀变速直线运动的特点(相邻的时间间隔位移之差相等)得出：，故4、5两点间距等于54 mm，所以属于纸带A的是C图。
答案：C
【基础练习】
1、在做“探究小车速度随时间变化的规律”实验时，根据打点计时器打出的纸带，我们可以不利用公式计算就能直接得到的物理量是( )
A.时间间隔 B.瞬时速度
C.加速度 D.某段时间内的位移
答案：AD
解析：打点计时器是每隔0.02s打下一个点，所以数点就可以知道时间间隔，故A正确。瞬时速度的求解需要运用公式，故B错误。加速度的求解需要运用公式或利用图像求斜率，故C错误。某段时间内的位移可以利用刻度尺直接测得，故D正确。
2、在“测定匀变速直线运动的加速度”实验中，下列方法有利于减小实验误差的是（ ）
A.选取记数点，把每打五个点的时间间隔作为一个时间单位
B.使小车运动的加速度尽量小些
C.舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰，点间间隔适当的那一部分进行测量、计算
D.选用各处平整程度，光滑程度相同的长木板做实验
答案：ACD
解析：实验中应区别计时器打出的轨迹点与人为选取的计数点，通常每隔4个轨迹点选1个计数点，这样计数点间的距离大些，测量时相对误差较小;所以A选项是正确的；小车的加速度应适当大一些，在纸带上计数点间的距离大，测量的相对误差较小，故B错误；舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰，点间隔适当的那一部分进行测量，这样测量的相对误差减小，所以C选项是正确的；选用各处平整程度，光滑程度相同的长木板做实验，这样可以保证物体做的是匀变速直线运动，所以D选项是正确的，所以ACD选项是正确的。
3、在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点(A点为第一个点)，相邻计数点间的时间间隔。
（1）根据_________________________________计算打各点时小车的瞬时速度大小，则 _________m/s， __________m/s， __________m/s。
（2）在如图所示坐标系中画出小车的图线，并根据图线求出。
（3）将图线延长与纵轴相交，交点速度的物理意义：__________________________。
答案：(1)某段时间内的平均速度表示中间时刻的瞬时速度 3.90 2.64 1.38
(2)见解析图
(3)零时刻小车的速度大小
解析：(1)若时间较短，平均速度可以代替中间时刻的瞬时速度。
（2）由（1）中数据画出小车的图像如图所示，由图线的斜率可求得小车的加速度
（3）将图线延长后，与纵轴交点的速度表示零时刻小车的速度大小。