2.1實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律課件2023-2024學(xué)年高中物理新人教版必修第一冊(cè)師說

1．實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識(shí)共研·突破關(guān)鍵能力精煉·落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)核心素養(yǎng)定位科學(xué)探究(1)進(jìn)一步練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．(2)會(huì)利用紙帶求瞬時(shí)速度．(3)會(huì)利用v-t圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并由圖像計(jì)算小車的加速度和判斷小車的運(yùn)動(dòng)情況．導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識(shí)一、實(shí)驗(yàn)思路如圖所示，把一端帶有________的長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，木板上放一個(gè)可以左右移動(dòng)的________，小車一端連接穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的________，另一端連接繞過滑輪系有________的細(xì)繩．小車在槽碼的牽引下運(yùn)動(dòng)，通過研究紙帶上的信息，就可以知道小車運(yùn)動(dòng)的速度是怎樣隨時(shí)間變化的．滑輪小車紙帶槽碼二、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1．把附有滑輪的________放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，并使滑輪伸出桌面，把____________固定在長木板沒有滑輪的一端，連接好電路，如圖所示．長木板打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打更多的點(diǎn)2．把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置．先________________，后________

目的：在紙帶上打出更多可利用的點(diǎn)．

(選填“啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”或“放開小車”)，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，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．

防止損壞打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．

3．增減所掛的________(或在小車上放置重物)，更換紙帶再做兩次實(shí)驗(yàn)．啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器放開小車槽碼三、數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)分析1．采集數(shù)據(jù)

密集點(diǎn)易造成較大誤差．

從幾條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉紙帶開頭一些過于密集的點(diǎn)，找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)作為________起點(diǎn)．可選擇相隔0.1s(或更短)的若干計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測量．如圖所示，先測量出各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)時(shí)起點(diǎn)的距離x1、x2、x3、x4、x5…，再計(jì)算出相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離：Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4，….計(jì)時(shí)2．求各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度(1)各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度用平均速度來代替，即v1＝________，v2＝________，…T為相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔，若交流電源頻率為50Hz，每隔四個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)(相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn))．則T＝0.1s.(2)設(shè)計(jì)表格并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)位置編號(hào)0123456…時(shí)刻t/s00.10.20.30.40.50.6

v/(m·s－1)

3．?dāng)?shù)據(jù)分析(1)在坐標(biāo)紙上建立直角坐標(biāo)系，橫軸表示時(shí)間，縱軸表示速度，并根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)．(2)畫一條直線，讓這條直線通過盡可能多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，偏差比較大的點(diǎn)忽略不計(jì)，如右圖所示．(3)觀察所得到的直線，分析物體的速度隨時(shí)間的變化規(guī)律．(4)根據(jù)所畫v-t圖像求出小車運(yùn)動(dòng)的加速度a＝________．

1

勻變速直線運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)的速度增大或減小時(shí)，加速度不變化，即“速度均勻增加”或“速度均勻減小”．這是一種最簡單的變速運(yùn)動(dòng)——?jiǎng)蜃兯僦本€運(yùn)動(dòng)．1

實(shí)驗(yàn)步驟速記實(shí)驗(yàn)步驟可簡化為：放置→固定→連接→先啟后放再關(guān)→重復(fù)實(shí)驗(yàn)→數(shù)據(jù)分析．

2

實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)實(shí)驗(yàn)前：①固定長木板時(shí)定滑輪要伸出桌面，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要固定于沒有定滑輪的一端；②應(yīng)讓小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置，這樣可以最大限度地利用紙帶；③細(xì)繩應(yīng)與長木板平行，保證小車的加速度不變．(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)：必須先啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，再釋放小車．(3)實(shí)驗(yàn)后：必須先斷開電源，再取下紙帶．(4)牽引小車的槽碼個(gè)數(shù)要適當(dāng)，以免加速度過大而使紙帶上的點(diǎn)太少，或者加速度太小而使各段位移差別不大，導(dǎo)致誤差增大．(5)在坐標(biāo)紙上畫v-t圖像時(shí)，注意坐標(biāo)軸單位長度的選取，應(yīng)使圖像盡量分布在坐標(biāo)平面中央．,

2

減小長度測量的誤差紙帶上開頭有一些過于密集的點(diǎn)跡，因此通常會(huì)舍去這些點(diǎn)；如果逐一測量計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離xn，就會(huì)引起較大的誤差，因此使用“0刻度一次對(duì)齊法”以減小長度測量時(shí)的誤差．共研·突破關(guān)鍵能力目標(biāo)一實(shí)驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)處理【導(dǎo)思】實(shí)驗(yàn)裝置如圖為實(shí)驗(yàn)開始前的裝置，圖中錯(cuò)誤或不妥之處有哪些？提示：(1)電源應(yīng)改用約8V的交變電源(電池提供直流電，直流電不能使電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn))；(2)牽引小車的細(xì)線沒有與木板平行(小車運(yùn)動(dòng)的加速度不是恒定值)；(3)小車離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)(紙帶上打的點(diǎn)太少)．【典例】例1[2023·浙江北斗聯(lián)盟高一上聯(lián)考]同學(xué)們利用如圖1所示裝置做“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)．請(qǐng)你完成下列有關(guān)問題：(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列儀器中需要使用的是________；A．彈簧測力計(jì)B．砝碼C．秒表

D．刻度尺(2)本實(shí)驗(yàn)中關(guān)于軌道末端滑輪高度的調(diào)節(jié)正確的是________；DB解析：(1)儀器中需要使用刻度尺測量紙帶上打點(diǎn)間的距離，故選D.(2)調(diào)節(jié)軌道末端滑輪高度時(shí)應(yīng)盡量使細(xì)線與軌道平行，故選B．(3)小明同學(xué)選取一條點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行研究，在紙帶上選出了七個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖2所示，根據(jù)紙帶提供的信息，紙帶上A點(diǎn)對(duì)應(yīng)刻度尺的讀數(shù)是________cm，計(jì)數(shù)點(diǎn)A對(duì)應(yīng)的小車的瞬時(shí)速度是________m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)，另測得計(jì)數(shù)點(diǎn)E對(duì)應(yīng)的小車速度是1.03m/s，則小車運(yùn)動(dòng)的加速度為________m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)．2.400.6252.5

例2做“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)．(1)用一條紙帶穿過計(jì)時(shí)器，該同學(xué)發(fā)現(xiàn)有圖甲中的兩種穿法，感到有點(diǎn)猶豫．你認(rèn)為________(選填“A”或“B”)的穿法效果更好．B解析：紙帶應(yīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，壓在復(fù)寫紙下面，據(jù)圖甲可知B穿法正確．(2)完成實(shí)驗(yàn)后，小明用刻度尺測量紙帶距離時(shí)如圖乙，B點(diǎn)的讀數(shù)是________cm，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每0.02s打一個(gè)點(diǎn)，則B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度vB＝________m/s(vB結(jié)果保留三位有效數(shù)字)．

3.001.35(3)某實(shí)驗(yàn)小組中的四位同學(xué)利用同一條紙帶的數(shù)據(jù)作v-t圖像，分別作出了如圖所示的四幅v-t圖像，其中最規(guī)范的是________．A解析：描繪圖像時(shí)取坐標(biāo)單位的時(shí)候不能隨意，要使得大部分點(diǎn)落在整個(gè)坐標(biāo)區(qū)域中，描完點(diǎn)后，先大致地判斷這些點(diǎn)是不是在一條直線上，然后畫一條直線，讓這些點(diǎn)均勻地散落在這條直線的兩側(cè)，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．目標(biāo)二實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新【導(dǎo)思】想一想：除槽碼牽引小車(拉著紙帶)運(yùn)動(dòng)外，還有哪些方法可以獲得運(yùn)動(dòng)物體在不同時(shí)刻的位置關(guān)系？提示：(1)讓重物牽引紙帶豎直下落，如圖甲所示．(2)在重力作用下，讓小車牽引紙帶沿斜面下滑，如圖乙所示．(3)讓小球沿斜面滾下，用頻閃照相法記錄小球的運(yùn)動(dòng)，如圖丙所示．【典例】例3一小球在桌面上從靜止開始做加速直線運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)用高速攝影機(jī)在同一底片上多次曝光，記錄下小球每次曝光的位置，并將小球的位置編號(hào)．如圖甲所示，1位置恰為小球剛開始運(yùn)動(dòng)的瞬間，作為零時(shí)刻．?dāng)z影機(jī)連續(xù)兩次曝光的時(shí)間間隔均相同．(1)小球從1位置到6位置的運(yùn)動(dòng)過程中經(jīng)過各位置的速度如表所示，將表中的數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整．計(jì)數(shù)點(diǎn)序號(hào)12345速度vn/(m·s－1)v1＝0v2＝0．060v3＝______v4＝0．180v5＝______0.1200.240

(2)在圖乙所示的坐標(biāo)紙上作出小球的速度—時(shí)間圖像(保留描點(diǎn)痕跡)．(3)由v-t圖像可知小球運(yùn)動(dòng)的規(guī)律：速度隨時(shí)間________．均勻增加解析：(2)其v-t圖像如圖所示：(3)小球運(yùn)動(dòng)的v-t圖像是一條斜向上的直線，表示小球的速度隨時(shí)間均勻增加．例4某同學(xué)在玩具賽車的賽車場看賽車比賽時(shí)，用相機(jī)連拍功能對(duì)經(jīng)過的某玩具賽車進(jìn)行了連拍，然后他把連拍后的照片對(duì)應(yīng)賽道位置排列好，排列好的位置關(guān)系如圖所示．已知該照相機(jī)的連拍頻率是每秒10片，照片與實(shí)物的比例為1∶10.為了判斷該賽車的運(yùn)動(dòng)情況，該同學(xué)對(duì)整理好的照片進(jìn)行了研究．請(qǐng)根據(jù)圖中數(shù)據(jù)回答下列問題：(1)該照相機(jī)連拍時(shí)，其拍攝周期為T＝________s．(2)圖中從左向右玩具賽車在第二個(gè)位置的速度v2＝________m/s，賽車在第五個(gè)位置的速度v5＝________m/s.(3)該玩具賽車在連拍時(shí)間內(nèi)的平均加速度a＝________m/s2.0.12.63.22

精煉·落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)1.某同學(xué)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做研究變速運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)．他按下圖所示安裝實(shí)驗(yàn)器材，準(zhǔn)備接通電路做實(shí)驗(yàn)．(1)在他所組裝的器材中，有三處錯(cuò)誤，請(qǐng)你指出：①_____________________________________________________；②_____________________________________________________；③_____________________________________________________.電壓不應(yīng)選2V，應(yīng)選8V不應(yīng)接直流輸出，應(yīng)接交流輸出小車不應(yīng)靠近滑輪，應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

復(fù)寫紙0.02(n－1)BAEDCF2．在“探究小車速度隨時(shí)間變化規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交變電源的頻率為50Hz，記錄小車運(yùn)動(dòng)的紙帶如圖所示，在紙帶上選擇6個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E、F，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出，各點(diǎn)到A點(diǎn)的距離依次是2.0cm、5.0cm、9.0cm、14.0cm、20.0cm.(1)根據(jù)學(xué)過的知識(shí)可以求出小車在B點(diǎn)的速度為vB＝________m/s，C、E間的平均速度為v＝________m/s.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)以打A點(diǎn)時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，建立v-t坐標(biāo)系圖，請(qǐng)?jiān)谙聢D中作出小車運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間的關(guān)系圖線．(3)根據(jù)圖線可得小車運(yùn)動(dòng)的加速度為________m/s2.(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)0.250.451

3．如圖甲所示，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況．小車