初高中物理对接教学高中物理必修1实验探究小车速度随时间变化的规律.pptx

初高中物理对接学习计划初高中物理对接学习计划高中物理必修一第二章匀速直线运动研究第一节高中物理必修一第二章匀速直线运动研究第一节探究小车的速度随时间的探究小车的速度随时间的 变化规律变化规律天津市静海区团泊镇中学高级物理教师天津市静海区团泊镇中学高级物理教师 李国海李国海 小玩具车的速度小玩具车的速度 请你说出下列请你说出下列“车车”的速度的速度约约2m/s小轿车的速度小轿车的速度约约20m/s自自行行车车的的速速度度火车的速度火车的速度5m/s40m/s游乐园碰碰车游乐园碰碰车10m/s 这些物体的快慢不同这些物体的快慢不同,他们的运动遵循他们的运动遵循着什么规律呢着什么规律呢?如何探寻物体的如何探寻物体的速度随时间速度随时间的变化规律呢？的变化规律呢？根据相关实验器材根据相关实验器材,设计实验并熟练操作。设计实验并熟练操作。学会运用已学知识处理纸带学会运用已学知识处理纸带,求各点的瞬时速度。求各点的瞬时速度。会用表格法处理数据会用表格法处理数据,并合理猜想。并合理猜想。会用会用vt图像处理数据图像处理数据,观察规律。观察规律。掌握画图像的一般方法掌握画图像的一般方法,并能用简洁的语言进行阐述。并能用简洁的语言进行阐述。学习学习 目目 标标 学习学习重难点重难点 重点重点图像法研究速度随时间变化的规律。图像法研究速度随时间变化的规律。对运动物体的速度随时间变化规律的探究。对运动物体的速度随时间变化规律的探究。难点难点各点的瞬时速度的计算。各点的瞬时速度的计算。对实验数据的处理、物理规律的探究。对实验数据的处理、物理规律的探究。（1）进行实验）进行实验（2）处理数据）处理数据（3）作出速度）作出速度时间图像时间图像 学习顺序学习顺序实验室如何探究小车的运动速度与时间实验室如何探究小车的运动速度与时间的关系？的关系？如何设计实验？如何设计实验？利用小车拖动的纸带，研究小车的运动。利用小车拖动的纸带，研究小车的运动。需要哪些器材？需要哪些器材？小车、打点计时器、带滑轮的长木板、小车、打点计时器、带滑轮的长木板、纸带、刻度尺、勾码纸带、刻度尺、勾码（1）进行实验）进行实验附有滑轮的长木板附有滑轮的长木板小车小车带小钩的细线带小钩的细线25g的钩码的钩码3个个,也可以用也可以用50g的钩码的钩码 打点计时器打点计时器纸带纸带刻度尺刻度尺学生电源、导线。学生电源、导线。实验器材实验器材学生电源、导线、刻度尺学生电源、导线、刻度尺 坐标纸坐标纸钩码钩码小车小车细绳细绳纸带纸带打点计时器打点计时器一端附有定滑一端附有定滑轮的长木板轮的长木板实验器材实验器材把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面并使滑轮伸出桌面,把打点计时器固定在长模把打点计时器固定在长模板上远离滑轮的一端板上远离滑轮的一端,连接好电路。连接好电路。把一条细绳栓在小车上把一条细绳栓在小车上,使细绳跨过滑轮使细绳跨过滑轮,下下边挂上合适的砝码边挂上合适的砝码,启动电源启动电源,然后释放小车然后释放小车,让让小车拖动纸带运动小车拖动纸带运动,打完一条纸带后立即关闭打完一条纸带后立即关闭电源。电源。换上新纸带换上新纸带,重复操作三次。重复操作三次。实验步骤实验步骤 (1)固定打点计时器时应让限位孔处在长木固定打点计时器时应让限位孔处在长木 板的中央位置。板的中央位置。(2)滑轮不能过高。滑轮不能过高。(3)应考虑复写纸与纸带的位置关系。应考虑复写纸与纸带的位置关系。(4)钩码数量不能过多钩码数量不能过多,长木板两端高低相差长木板两端高低相差 不能太大不能太大。(5)小车应由紧靠打点计时器处开始释放小车应由紧靠打点计时器处开始释放,在在 撞击长木板末端前应让小车停止运动撞击长木板末端前应让小车停止运动,防止防止 小车从板上掉下来。小车从板上掉下来。(6)先接通电源先接通电源,后让纸带运动。后让纸带运动。(7)打点结束后立即关闭电源。打点结束后立即关闭电源。注意事项注意事项（2 2）数据处理）数据处理 怎样分析和选取纸带上的点？怎样分析和选取纸带上的点？开头过于密集的点舍掉开头过于密集的点舍掉,纸带的一段纸带的一段;若若纸带上点与点之间的距离较小纸带上点与点之间的距离较小,可取多个间可取多个间隔隔(可可5)为一个计数间隔时间为一个计数间隔时间(间隔不再是间隔不再是0.02s)(但要看具体情况灵活选定但要看具体情况灵活选定);原则上能原则上能取六、七个计数点为宜取六、七个计数点为宜;给选取的点加标记。给选取的点加标记。如何计算出所取点的速度？如何计算出所取点的速度？用求平均速度的方法来代替用求平均速度的方法来代替,选择包括选择包括该点在内的一段位移该点在内的一段位移(该点最好处在中间时该点最好处在中间时刻位置刻位置)x,找出对应的时间找出对应的时间t,用用xt作作为该点的瞬时速度为该点的瞬时速度)。对于选取的两个端点的速度暂时不计算对于选取的两个端点的速度暂时不计算(误差较大误差较大);测量各个计数点之间的距离应测量各个计数点之间的距离应考虑估位、单位。考虑估位、单位。如何处理计算出来的数据？如何处理计算出来的数据？(1)(1)列表法列表法(注意列表要求注意列表要求)位置位置012345时间时间/sv1/ms-1v2/ms-1 (2)(2)图象法图象法 根据所得数据根据所得数据,选择合适的标度建立选择合适的标度建立坐标系坐标系(让图象尽量分布在坐标系平面的让图象尽量分布在坐标系平面的大部分面积大部分面积)。描点：观察和思考点的分布规律。描点：观察和思考点的分布规律。拟合：从点的分布可以有很大把握拟合：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地说这些点应该在一条直线上,用直线拟用直线拟合合,让尽可能多的点处在直线上让尽可能多的点处在直线上,不在直线不在直线上的点应对称地分布在直线两侧上的点应对称地分布在直线两侧。如何根据速度如何根据速度时间图象时间图象(vt图象图象)求求小车的加速度和初速度？小车的加速度和初速度？取任意两组数据求出取任意两组数据求出vv和和tt,然后代入然后代入vvtt求解。求解。在在v vt t图象上取一段时间图象上取一段时间tt(尽量取大一尽量取大一些些),),找出两个时刻对应的坐标值求出找出两个时刻对应的坐标值求出vv,代代入入vvtt求解求解 注意：注意：(1)(1)选择所打纸带中点迹最清晰的一条选择所打纸带中点迹最清晰的一条,舍弃舍弃开头一些过于密集的点开头一些过于密集的点,找一个适当的点当作计找一个适当的点当作计时起点。时起点。(2)(2)选择相隔选择相隔0.1s,0.1s,即中间空四个点的时间间即中间空四个点的时间间隔的若干计数点进行测量隔的若干计数点进行测量,并把数据填入表格。并把数据填入表格。(3)(3)计算各点的瞬时速度计算各点的瞬时速度,填入自己设计的表填入自己设计的表格中格中 （3 3）作出速度时间）作出速度时间 图像图像(v(vt t图像图像)(1)(1)确定运动规律最好办法是作确定运动规律最好办法是作v vt t图像图像,这样能更好地显现物体的运动规律。这样能更好地显现物体的运动规律。(2)(2)以时间以时间t t为横轴为横轴,速度速度v v为纵轴为纵轴,建立坐建立坐标系标系,选择合适的标度选择合适的标度,把表格中的各点在把表格中的各点在速度时间坐标系中描出。注意观察和思速度时间坐标系中描出。注意观察和思考你所描画的这些点的分布规律考你所描画的这些点的分布规律,你会发你会发现这些点大致落在同一条直线上现这些点大致落在同一条直线上,所以不所以不能用折线连接能用折线连接,而用一根直线连接而用一根直线连接,还要注还要注意连线两侧的点数要大致相同。意连线两侧的点数要大致相同。步步 骤骤(3)(3)对于个别明显偏离绝大部分点所在直线对于个别明显偏离绝大部分点所在直线的点的点,我们可以认为是测量误差过大、是测我们可以认为是测量误差过大、是测量中出现差错所致量中出现差错所致,将它视为无效点将它视为无效点,但是在但是在图像当中仍应该保留。图像当中仍应该保留。(4)(4)根据所画的根据所画的v vt t图像求加速度图像求加速度 从所画的图像中取两个点从所画的图像中取两个点,找到它们的纵、找到它们的纵、横坐标横坐标(t(t1 1,v,v1 1)、(t(t2 2,v,v2 2),),然后代入公式然后代入公式 求得加速度求得加速度a,a,也就是直线的斜率。也就是直线的斜率。在平面直角坐标系中在平面直角坐标系中,直线的斜率：直线的斜率：xyx1x2y2y10用计算机绘制用计算机绘制v-t图像步骤：图像步骤：(1)(1)打开打开ExcelExcel工作簿可以看到行和列工作簿可以看到行和列,行号用行号用 1 1、2 2、3 3表示表示;列号用列号用A A、B B、C C表示。表示。(2)(2)将自变量时间的数值从某一单元格开始输将自变量时间的数值从某一单元格开始输入入,在同一列中将其他时间值一一输入。在同一列中将其他时间值一一输入。(3)(3)在相邻的右侧一列中将速度值一一输入在相邻的右侧一列中将速度值一一输入,注注意速度值要与时间值相对应。也可以在同一行中意速度值要与时间值相对应。也可以在同一行中依次输入时间和速度依次输入时间和速度,下一行中再次输入第二组时下一行中再次输入第二组时间和速度间和速度,直至全部输入完毕。直至全部输入完毕。小练习小练习 (4)(4)用鼠标选中这些数据。再用鼠标左键单用鼠标选中这些数据。再用鼠标左键单击击“图表向导图表向导”按钮按钮,出现出现“图表类型图表类型”窗口窗口,选选“散点图散点图”,选选“确定确定”按钮按钮,弹出弹出“图表标图表标题输入框题输入框”。(5)(5)输入相应的字符后选输入相应的字符后选“下一步下一步”按钮按钮,直直到到“完成完成”。出现由点组成的图表。出现由点组成的图表。(6)(6)用鼠标右键单击绘图区中任何一个数据用鼠标右键单击绘图区中任何一个数据点点,出现下拉式菜单出现下拉式菜单,选选“添加趋势线添加趋势线”,弹出添弹出添加趋势线窗口加趋势线窗口,选择选择“线性线性”趋势趋势;(7)(7)打开该窗口的打开该窗口的“选项选项”卡卡,对其中对其中“显示显示公式公式”左侧的小方格用鼠标左键单击出现左侧的小方格用鼠标左键单击出现“”号后号后,按按“确定确定”。(8)(8)图表框中出现一条直线图表框中出现一条直线,这就是经过计算这就是经过计算机做最佳机做最佳“拟合拟合”后的后的v-tv-t图象图象,并显示出一个表并显示出一个表明该图象的函数式。明该图象的函数式。1.1.学会用实验的方法探究小车的加速度学会用实验的方法探究小车的加速度与时间的关系。明确实验的过程及实验中与时间的关系。明确实验的过程及实验中的注意事项。的注意事项。2.2.运用表格法和图像法处理实验的数据运用表格法和图像法处理实验的数据,并运用数据会求小车的加速度。并运用数据会求小车的加速度。3.3.了解如何用了解如何用ExcelExcel来绘制小车速度随来绘制小车速度随时间变化的运动规律的图像。时间变化的运动规律的图像。课课 堂堂 小小 结结cmABCDE7.527.660.3105.6 1.1.在探究小车速度随时间变化规律的实验中在探究小车速度随时间变化规律的实验中,得到一条记录小车运动情况的纸带得到一条记录小车运动情况的纸带,如图所示。如图所示。图中图中A A、B B、C C、D D、E E为相邻的计数点为相邻的计数点,相邻计数相邻计数点的时间间隔为点的时间间隔为T T0.1s0.1s。根据纸带上的数据根据纸带上的数据,计算计算B B、C C、D D各点的数各点的数据据,填入表中。填入表中。在坐标纸上作出小车的在坐标纸上作出小车的v vt t图像。图像。课课 堂堂 练练 习习 解析：解析：由纸带表明的数据可以计算任意相邻位置由纸带表明的数据可以计算任意相邻位置之间的位移之间的位移,然后求纸带上各点的速度和加速度。然后求纸带上各点的速度和加速度。(1)由纸带的标注可以求出由纸带的标注可以求出 位置编号位置编号A AB BC CD DE E时间时间t/st/s0 00.10.10.20.20.30.30.40.4瞬时速度瞬时速度v/(mv/(ms s1 1)1.381.382.642643.903.90 匀变速直线运动物体在一段时间内的平匀变速直线运动物体在一段时间内的平均速度等于该时刻的瞬时速度均速度等于该时刻的瞬时速度,所以所以:(2)在图像上取合适的单位严格描点在图像上取合适的单位严格描点,这些这些点大致分布在一直线上点大致分布在一直线上,不能位于直线上的点不能位于直线上的点要尽量对称分布于直线两侧要尽量对称分布于直线两侧,得到小车的得到小车的vt图像。图像。0.200.10.30.412340.5tv 2.汽车沿平直公路行驶汽车沿平直公路行驶,小明坐在驾驶员旁小明坐在驾驶员旁边注视速度计边注视速度计,并记下间隔相等的各时刻的速度并记下间隔相等的各时刻的速度值值,如下表所示：如下表所示：t/s0510 15 20 25 30 35 40 45 50v/(kmh-1)20 30 40 50 50 50 50 35 2050 从表中数据得到汽车在各段时间内的特从表中数据得到汽车在各段时间内的特点：在点：在015s内内,汽车的速度在变化汽车的速度在变化,时间经过时间经过每每5s速度增大速度增大 10 km/h;在在1530s内汽车速内汽车速度不变度不变,速度大小为速度大小为 50 km/h;在在3545s内汽内汽车速度在变化车速度在变化,每每5s速度减小速度减小 15 km/h。请根据表格中的数据请根据表格中的数据,画出对应的画出对应的v vt t图图 像。像。如果认为在如果认为在015s内速度变化是均匀的内速度变化是均匀的,你能在图像中找出汽车在你能在图像中找出汽车在7.5s7.5s时的速度值时的速度值 吗？吗？答：能答：能,35km/h,35km/h4010302040 5010203050500t/sv/(kmv/(kmh h-1-1)1.解：解：(1)15,16,18,19,21,23,24;(2)图略图略 (3)可以认为是一条直线可以认为是一条直线2.解：解：A做匀速直线运动做匀速直线运动,速度是速度是15m/s;B做初速做初速 度为零度为零,速度均为增加的加速直线运动速度均为增加的加速直线运动,8s时速度时速度为为14m/s;c做初速度为做初速度为4m/s,速度均匀减小的减速速度均匀减小的减速直线运动。直线运动。6s时速度为时速度为0。问题与练习问题与练习3.(1)图略图略 (2)剪下的纸条长度表示剪下的纸条长度表示0.1s时间内位移的时间内位移的大小大小,可近似认为速度可近似认为速度 ,即纸条长度可以即纸条长度可以认为表示速度。认为表示速度。4.略略电磁打点计时器是一种使用交流电源电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源的频率为的计时仪器，当电源的频率为50 Hz时，振时，振针每隔针每隔_s打一个点现在用打点计打一个点现在用打点计时器测定物体的速度，当电源频率低于时器测定物体的速度，当电源频率低于50 Hz时，如果仍按时，如果仍按50 Hz的时间间隔打一个的时间间隔打一个点计算，则测出的速度数值将比物体的真点计算，则测出的速度数值将比物体的真实数值实数值_课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一类型一类型一打点计时器的原理及使用打点计时器的原理及使用例例例例1 10.02大大【答案答案】0.02大大【方法总结方法总结】利用打点计时器测速度时，利用打点计时器测速度时，所用电源的频率一定要稳定，否则打点间隔发生所用电源的频率一定要稳定，否则打点间隔发生变化，测量将会出现误差变化，测量将会出现误差(2010年杭州高一检测年杭州高一检测)在用打点计时器研究小车在用打点计时器研究小车在重物牵引下运动的实验中，某同学有如下操作步在重物牵引下运动的实验中，某同学有如下操作步骤，其中错误的步骤是骤，其中错误的步骤是_有遗漏内容的步骤是有遗漏内容的步骤是_A拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，松开纸拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，松开纸带后再接通电源带后再接通电源B将打点计时器固定在平板上，并接好将打点计时器固定在平板上，并接好电路电路类型二类型二类型二类型二对实验操作及步骤的考查对实验操作及步骤的考查例例例例2 2C把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮下面悬挂适把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮下面悬挂适当的钩码当的钩码D取下纸带取下纸带E放手，使小车在平板上运动放手，使小车在平板上运动F将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔将以上步骤完善后合理的序号排列为将以上步骤完善后合理的序号排列为_ABD【解析解析】合理的步骤如下：合理的步骤如下：B将打点计时器固定在平板上没有滑轮的将打点计时器固定在平板上没有滑轮的一端，并接好电路一端，并接好电路F将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔时器的限位孔C把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮下面悬挂适当的钩码轮下面悬挂适当的钩码A拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，接通电源处，接通电源E放手，使小车在平板上运动放手，使小车在平板上运动D断开电源，取下纸带断开电源，取下纸带【答案答案】ABDBFCAED【方法总结方法总结】学会打点计时器的使用是本学会打点计时器的使用是本节的一个重要内容，打点计时器的使用步骤是要节的一个重要内容，打点计时器的使用步骤是要严格遵守的，不能混乱严格遵守的，不能混乱如图如图145所示，是一条利用打点计时所示，是一条利用打点计时器打出的纸带，器打出的纸带，0、1、2、3、4、5、6是七个是七个计数点，每相邻两个计数点之间还有四个点计数点，每相邻两个计数点之间还有四个点未画出，各计数点到未画出，各计数点到0的距离如图所示的距离如图所示类型三类型三类型三类型三纸带的分析和计算纸带的分析和计算例例例例3 3图图1 14 45 5(1)求出求出1、2、3、4、5等计数点的瞬时速度等计数点的瞬时速度(2)画出速度画出速度时间图线时间图线【解析解析】(1)1点是点是0、2间的中间时刻，求出间的中间时刻，求出0、2间的平间的平均速度即可认为均速度即可认为是是1点的瞬时速度，同理点的瞬时速度，同理2、3、4、5点的瞬时点的瞬时速度也可求出速度也可求出.0和和6两个点的瞬时速度不便求出，然后画出速两个点的瞬时速度不便求出，然后画出速度度时间图象注意相邻计数点的时间间隔时间图象注意相邻计数点的时间间隔t0.1 s.(2)以以O点为坐标原点建点为坐标原点建立直角坐标系横坐标表示立直角坐标系横坐标表示时间；纵坐标表示速度根时间；纵坐标表示速度根据上面计算出的结果在直角据上面计算出的结果在直角坐标系中描点，然后连线得坐标系中描点，然后连线得到速度到速度时间图象如图时间图象如图146所示所示图图146【答案答案】见解析见解析【方法总结方法总结】注意计数点与计时点之间的区别注意计数点与计时点之间的区别计时点是打点计时器实际打出的点，而计数点则是测量计时点是打点计时器实际打出的点，而计数点则是测量时从所打的点中按一定的标准选出的点时从所打的点中按一定的标准选出的点2018.7.31