實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律 高一上物理人教版（2019）必修一

2.1探究小車速度隨時(shí)間變化規(guī)律【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.進(jìn)一步練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.2.會(huì)利用平均速度求瞬時(shí)速度.3.會(huì)利用v－t圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并由圖象計(jì)算小車的加速度和判斷小車的運(yùn)動(dòng)情況.觀察小汽車的啟動(dòng)過程思考問題：1.猜想小汽車做的是什么運(yùn)動(dòng)？2.請同學(xué)來描述的小汽車運(yùn)動(dòng)；（用語言來描述）3.請學(xué)生用圖象來描述，并進(jìn)行展示；4.物體的運(yùn)動(dòng)可以用語言來描述，也可以用圖象來描述。

哪種方法更好？

本節(jié)課通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器等實(shí)驗(yàn)儀器來探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律及用圖象描述運(yùn)動(dòng)規(guī)律1：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以測量什么物理量?2：通過打點(diǎn)的紙帶可以間接測量什么物理量？兩點(diǎn)間的平均速度某點(diǎn)的瞬時(shí)速度加速度時(shí)間思考問題：根據(jù)紙帶上給出的數(shù)據(jù)，求2、4兩點(diǎn)的速度和紙帶運(yùn)動(dòng)的加速度。尋求一種運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和規(guī)律，一般要從某個(gè)具體事例開始。要探究一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)隨時(shí)間變化的規(guī)律，必須知道物體在不同時(shí)刻的速度，直接測量瞬時(shí)速度是比較困難的，我們可以借助打點(diǎn)計(jì)時(shí)器先記錄物體在不同時(shí)刻的位置，再通過對(duì)紙帶的分析，計(jì)算得到各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度。通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析探究物體的運(yùn)動(dòng)隨時(shí)間變化的規(guī)律7實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．鞏固打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用、紙帶數(shù)據(jù)處理和測量瞬時(shí)速度的方法。2．通過實(shí)驗(yàn)探究，體驗(yàn)如何從實(shí)驗(yàn)中獲取數(shù)據(jù)，學(xué)會(huì)利用圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)方法。3．知道小車在重物牽引下運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)原理1．利用紙帶計(jì)算瞬時(shí)速度：以紙帶上某點(diǎn)為__________取一小段位移，用這段位移的平均速度表示這點(diǎn)的__________。2．用v－t圖像表示小車的運(yùn)動(dòng)情況：以速度v為____軸、時(shí)間t為____軸建立直角坐標(biāo)系，用描點(diǎn)法畫出小車的v－t圖像，圖線的______表示加速度的大小，如果v－t圖像是一條傾斜的直線，說明小車的速度是______變化的。中間時(shí)刻瞬時(shí)速度縱橫斜率均勻?qū)嶒?yàn)方案打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量速度和時(shí)間本槽碼牽引小車在長木板上運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、復(fù)寫紙、紙帶、導(dǎo)線、一端帶有滑輪的長木板、小車、細(xì)繩、槽碼、刻度尺、坐標(biāo)紙。實(shí)驗(yàn)步驟1．如圖所示，把一端帶有滑輪的長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路。2．把一條細(xì)繩拴在小車上，使細(xì)繩跨過滑輪，下邊掛上合適的槽碼，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行，然后把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并把紙帶的另一端固定在小車后面。3．把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，后釋放小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，于是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一行小點(diǎn)。隨后，立即關(guān)閉電源。4．增減所掛的槽碼(或在小車上放置重物)，更換紙帶，再做兩次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)步驟演示紙帶計(jì)時(shí)起點(diǎn)的選擇：選取點(diǎn)跡清晰的紙帶，舍掉開頭過于密集的點(diǎn)，從清楚的點(diǎn)開始，

每五個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)（每隔四個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)）依次標(biāo)號(hào)為0、1、2、3、4、5…….測量各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)的距離x。過于密集/不清晰的點(diǎn)數(shù)據(jù)處理x1x2x3x4x5計(jì)數(shù)點(diǎn)瞬時(shí)速度的求法取該計(jì)數(shù)點(diǎn)相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)，算出此段的平均速度，該點(diǎn)的瞬時(shí)速度近似等于此段的平均速度。例如：求3這個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度

（注意估讀、單位以及有效數(shù)字）。把各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，填入表1中標(biāo)有“v1

”

的一行。同理，計(jì)算增減槽碼后兩次實(shí)驗(yàn)的速度，分別填入表1中標(biāo)有“v2”

和“v3”

的兩行內(nèi)。位置012345時(shí)間/s00.10.20.30.40.5v1/m·s-1v2/m·s-1v3/m·s-1數(shù)據(jù)分析位置0123456時(shí)間t/s00.10.20.30.40.50.6v/（m·s-1）／0.450.600.740.891.031.19實(shí)驗(yàn)測得一組數(shù)據(jù)如下你能否從表格中的數(shù)據(jù)看出小車速度隨時(shí)間變化的定量關(guān)系？數(shù)據(jù)分析的兩種辦法：1、列表法。2、圖像法（v-t圖像）在表格中我們只能粗略得知紙帶在有些間斷的點(diǎn)的速度.要想形象的了解紙帶的速度變化規(guī)律我們還要借助于圖象。t/s00.10.20.30.40.50.21.00.80.60.4v/(m·s-1)建立坐標(biāo)系（橫坐標(biāo)時(shí)間,縱坐標(biāo)瞬時(shí)速度）從點(diǎn)的分布看：這些點(diǎn)應(yīng)該在一條直線上。畫出一條直線，讓盡可能多的點(diǎn)處在這條直線上，其余均勻分布，去掉偏差太大的點(diǎn)。做v-t圖像：1、圖像特點(diǎn)：直觀、形象2、作圖步驟實(shí)驗(yàn)結(jié)論你能描述小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律嗎？1、小車的速度隨時(shí)間的增加而均勻增加2、小車速度隨時(shí)間逐漸增大；相同時(shí)間里，速度增量相同……3、小車v-t

圖線是一條斜直線誤差分析1．長木板粗糙程度不均勻。2．交流電頻率不穩(wěn)定引起系統(tǒng)誤差。3．根據(jù)紙帶測量的位移有誤差（偶然誤差），導(dǎo)致計(jì)算出的瞬時(shí)速度有誤差。4．作v-t圖像時(shí)單位長度選取不合適或人為作圖不準(zhǔn)確帶來誤差。例1．在做探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中：（1）給你以下器材：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電池組、紙帶、復(fù)寫紙、停表、天平(帶砝碼)、小車、鉤碼、細(xì)繩、一端帶有定滑輪的長木板．其中不需要的器材是______、________、________，還需要增添的器材有________、________________和_________。

電池組停表天平導(dǎo)線低壓交流電源刻度尺（2）按照實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的先后順序，將下列步驟的代號(hào)填在橫線上__________。A.把穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶固定在小車的后面B.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板的沒有滑輪的一端，并連好電路C.換上新的紙帶，再重復(fù)做兩次D.把長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面E.使小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，接通電源，放開小車，讓小車運(yùn)動(dòng)F.把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下邊吊著合適的鉤碼G.斷開電源，取下紙帶DBFAEGC例2.在做“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，某同學(xué)得到一條用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G等7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)（每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打下的點(diǎn)沒有畫出），他把一毫米刻度尺放在紙帶上，如圖所示。（1）按照有效數(shù)字的讀數(shù)規(guī)則讀出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)AB、BC、CD、DE、EF間的距離x1、x2、x3、x4、x5，他們依次是_______cm、______cm、_______cm、_______cm、_______cm。0.601.001.401.802.20（2）由以上數(shù)據(jù)計(jì)算打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打B、C、D、E各點(diǎn)時(shí)，物體的瞬時(shí)速度依次是______m/s、______m/s、______m/s、_______m/s。0.120.160.200.08O

t/sv/(m·s-1)（3）根據(jù)（2）中得到的數(shù)據(jù)，依次在如圖所示的坐標(biāo)系中，用作v-t圖象的方法，根據(jù)圖象求物體的加速度a0.10.20.30.40.50.250.200.150.100.05····拓展選擇一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，標(biāo)上計(jì)數(shù)點(diǎn)，然后將紙帶每隔相同時(shí)間間隔從計(jì)數(shù)點(diǎn)處剪下，連續(xù)剪下4～5段，分別排列在預(yù)先畫好坐標(biāo)系的白紙上，排列時(shí)要求底邊對(duì)齊。如圖所示，紙帶的排列成“階梯”狀。那么，請你討論這樣處理能不能反映物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律？利用粘貼紙帶反映物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律用計(jì)算機(jī)繪制v-t圖像

借助常用的數(shù)表軟件，可以迅速、準(zhǔn)確地根據(jù)表中的數(shù)據(jù)作出v-t圖像，甚至能夠?qū)懗鰣D像所代表的公式。下面一WPS表格軟件為例作簡要說明，有興趣的同學(xué)可以試一試。

在WPS表格軟件工作簿的某一列的單元格中依次輸入測量時(shí)間