2[1].1 實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律 課件(人教版物理必修1)

1、 本章在速度、加速度等概念的基礎(chǔ)上，具體研究一種最簡單的變速直線運(yùn)動(dòng)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律這種研究不是從抽象的概念出發(fā)，而是進(jìn)一步用實(shí)驗(yàn)的方法，探索勻速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和特點(diǎn)，并結(jié)合公式、圖象對勻變速直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究通過使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)探索運(yùn)動(dòng)規(guī)律，要觀察、記錄小車速度隨時(shí)間的變化情況，并用語言、公式、圖象進(jìn)行描述 從這個(gè)實(shí)例出發(fā)，教材引導(dǎo)研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體的速度與時(shí)間的關(guān)系和位移與時(shí)間的關(guān)系這種研究方法優(yōu)點(diǎn)是注重獲取知識的過程，培養(yǎng)科學(xué)思維的習(xí)慣和研究方法另外利用圖象法總結(jié)物理規(guī)律也是物理上研究問題的方法之一，本章在研究速度與時(shí)間的關(guān)系、位移與時(shí)間的關(guān)系時(shí)都利用了圖象法在學(xué)

2、習(xí)本章時(shí)也請深刻加以體會(huì)本章最后研究了一種簡單的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，即自由落體運(yùn)動(dòng)在學(xué)習(xí)時(shí)要深刻領(lǐng)會(huì)伽利略的科學(xué)思維方法，了解其研究方法對近代科學(xué)的影響 勻變速直線運(yùn)動(dòng)作為一種最簡單的變速運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律便于理解和掌握但本章公式和推論較多，在學(xué)習(xí)時(shí)要分清公式的應(yīng)用條件和前提，不可亂套公式，在物理過程比較復(fù)雜時(shí)可以分解過程，突破并建立相關(guān)聯(lián)系，必要時(shí)可借助圖象進(jìn)行分析比較 學(xué)習(xí)中要把握好對基本概念、基本規(guī)律的理解本章規(guī)律多，公式和推論多，學(xué)習(xí)中切實(shí)注意不要去死記硬背這些規(guī)律和公式，更重要的是領(lǐng)會(huì)概念的實(shí)質(zhì)，把握公式的來龍去脈，要通過一些具體的實(shí)例，通過實(shí)際物理現(xiàn)象的分析、物理情景的構(gòu)建、物理過程的認(rèn)

3、識，來形成物理概念和規(guī)律，這樣，有生動(dòng)的實(shí)例作基礎(chǔ)，學(xué)到的知識不再是枯燥生硬的結(jié)論，形成概念規(guī)律的過程，就是真正理解知識的過程，這樣的學(xué)習(xí)就不僅僅是知識的堆砌，而是能力的增長、素質(zhì)的提高 重視物理過程的分析，特別是多解過程問題的分析，要選擇合適的規(guī)律，找準(zhǔn)過程的連接點(diǎn)運(yùn)用好數(shù)學(xué)工具，如圖象、函數(shù)在復(fù)雜運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用解決追及與相遇問題要注意運(yùn)用數(shù)學(xué)工具分析物理過程及臨界狀態(tài)量 由本章開始，有較多的公式運(yùn)算，要根據(jù)情況應(yīng)用代數(shù)的方法求解未知量，開始養(yǎng)成習(xí)慣，對以后的學(xué)習(xí)很有好處，計(jì)算的題目不可過繁，并應(yīng)著重分析其物理意義，防止只將公式變來換去而忽略了物理意義 1實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨 時(shí)間變化的規(guī)律

4、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究小車在重物牽引下的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步熟練打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的操作和使用 2探究小車速度隨時(shí)間的變化規(guī)律，學(xué)會(huì)用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 二、實(shí)驗(yàn)原理 利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上記錄的數(shù)據(jù)，先計(jì)算各時(shí)刻物體的速度，再尋求速度和時(shí)間的關(guān)系 1計(jì)算打各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度，應(yīng)在計(jì)數(shù)點(diǎn)附近取一個(gè)很短的時(shí)間t，用t內(nèi)的當(dāng)作打該計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度 2用描點(diǎn)法畫出小車的vt圖象，圖線的斜率表示加速度的 ，如vt圖象是一條傾斜的直線，說明物體做 直線運(yùn)動(dòng)平均速度平均速度大小大小勻加速勻加速 三、實(shí)驗(yàn)器材 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、導(dǎo)線、 、復(fù)寫紙、一端帶滑輪的長木板、 、細(xì)線、鉤碼、 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1把一

5、端帶有滑輪的放在實(shí)驗(yàn)桌上，把一條細(xì)線一端拴在上，跨過 ，另一端掛個(gè)數(shù)適當(dāng)?shù)?，讓小車在鉤碼牽引下運(yùn)動(dòng) 2打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在 的另一端，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的 ，連接在小車后面低壓交流電源低壓交流電源電鍵電鍵小車小車刻度尺刻度尺長木板長木板小車小車滑輪滑輪鉤碼鉤碼木板木板限位孔限位孔 3連接好電路，將小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置，先，然后釋放小車 4打完一次紙帶后立即，換上紙帶，重復(fù)操作三次 5從打出的紙帶中選擇一條點(diǎn)跡最清晰的紙帶，舍掉開頭一些過于密集的點(diǎn)，在后邊便于測量的地方找一個(gè)點(diǎn)作計(jì)數(shù)點(diǎn)為了計(jì)算方便和減小誤差，通常每打5個(gè)點(diǎn)即相隔0.1 s選擇一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)接通電源接通電源斷開電源斷開電源 一、

6、注意事項(xiàng) 1開始釋放小車時(shí)，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 2在小車后面平整地安裝好紙帶，使小車運(yùn)動(dòng)時(shí)保持紙帶與木板平行，減小摩擦力的影響 3先接通電源，等打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放小車 4要防止鉤碼落地和小車跟滑輪相碰，當(dāng)小車到達(dá)滑輪前及時(shí)用手按住 5取下紙帶前先斷開電源 6牽引小車的鉤碼個(gè)數(shù)要適當(dāng)，以免加速度過大而使紙帶上的點(diǎn)太小，或者加速度太小而使各段位移無多大差別，從而使誤差增大 7要區(qū)別打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)和人為選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)，弄清楚時(shí)間間隔 二、數(shù)據(jù)處理 (一)方法： 1表格法：在打出點(diǎn)跡清晰的紙帶后，從多條紙帶中選取一條點(diǎn)跡清晰且點(diǎn)跡排成直線的紙帶進(jìn)行處理舍掉開頭一段過于密集的點(diǎn)，找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)作計(jì)時(shí)

7、起點(diǎn)，從而減小因點(diǎn)跡過于密集而在測量位移時(shí)帶來較大的相對誤差 為減少測量誤差和便于計(jì)算，從計(jì)時(shí)起點(diǎn)開始，每隔4個(gè)“計(jì)時(shí)點(diǎn)”選取一個(gè)“計(jì)數(shù)點(diǎn)”，則相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T即為0.1 s(電源頻率為50 Hz)量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)左右兩計(jì)時(shí)點(diǎn)(注意計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)時(shí)點(diǎn)的區(qū)別)間的距離，計(jì)算平均速度，用此平均速度代替相關(guān)計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，填入設(shè)計(jì)的表格內(nèi) 2圖象法：以速度為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系對坐標(biāo)軸進(jìn)行適當(dāng)分度，從而使測量結(jié)果差不多布滿坐標(biāo)系根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點(diǎn)，仔細(xì)觀察這些點(diǎn)的分布情況，我們發(fā)現(xiàn) 這些點(diǎn)都大致落在一條直線上我們可以大膽地猜測，如果沒有實(shí)驗(yàn)誤差，這些點(diǎn)應(yīng)該落在一條直線上因此，我們可

8、以用一條直線去“擬合”這些點(diǎn)，將這些點(diǎn)連成一條直線連線時(shí)應(yīng)使盡量多的點(diǎn)落在直線上，不在直線上的點(diǎn)要盡量對稱分布在直線兩側(cè)，誤差較大的點(diǎn)舍去這就畫出了小車運(yùn)動(dòng)的vt圖象最后分析vt圖象，得出小車的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律 (二)如何由實(shí)驗(yàn)得出的vt圖象進(jìn)一步得出小車的運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律？ 1通過直接分析圖象的特點(diǎn)得到小車運(yùn)動(dòng)的vt圖象是一條傾斜的直線，那么當(dāng)時(shí)間增加(或減小)相同的值t時(shí)，速度也增加(減小)相同的值v，由此得出結(jié)論：小車的速度隨時(shí)間均勻地變化 2通過函數(shù)關(guān)系式進(jìn)一步得到既然小車的vt圖象是一條傾斜的直線，那么v隨t變化的函數(shù)關(guān)系式為vktb，顯然v與t成線性關(guān)系，小車的速度隨時(shí)

9、間均勻變化 (三)如何依據(jù)紙帶信息，判斷小車的運(yùn)動(dòng)是否是勻變速直線運(yùn)動(dòng)？ 如圖211表示實(shí)驗(yàn)打出的紙帶，O、A、B、C、D、E、F為每隔時(shí)間t選定的一系列計(jì)數(shù)點(diǎn)我們可以認(rèn)為OA、AB、EF段的平均速度就等于這些段所對應(yīng)時(shí)間的中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，即 三、誤差分析 1木板的粗糙程度不同，摩擦不均勻 2根據(jù)紙帶測量的位移有誤差，從而計(jì)算的瞬時(shí)速度有誤差 題型一實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)和誤差分析 【例1】在實(shí)驗(yàn)中，對于減小實(shí)驗(yàn)誤差來說，下列方法有益的是() A把每打五個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔作為一個(gè)時(shí)間單位來選取計(jì)數(shù)點(diǎn) B使小車運(yùn)動(dòng)的加速度盡量小些 C舍去紙帶上密集的點(diǎn)，只利用點(diǎn)跡清晰、點(diǎn)間間隔適當(dāng)?shù)哪且徊糠诌M(jìn)行測量、

10、計(jì)算 D選用各處平整程度、光滑程度相同的長木板做實(shí)驗(yàn) 【解析】選取計(jì)數(shù)點(diǎn)可以使用于測量和計(jì)算的相鄰點(diǎn)間的間隔增大，在用直尺測量這些點(diǎn)間的間隔時(shí)，在一次測量絕對誤差基本相同的情況下，相對誤差較小，因此A選項(xiàng)正確在此實(shí)驗(yàn)中，如果小車運(yùn)動(dòng)的加速度過小，打出的點(diǎn)子很密，長度測量的相對誤差較大，測量準(zhǔn)確度會(huì)降低因此使小車的加速度略大一些較好，如果每五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，那么以能在紙帶上50 cm長度內(nèi)清楚地取出78個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜C項(xiàng)保證了選點(diǎn)的正常D項(xiàng)是物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的前提 【答案】ACD 規(guī)律總結(jié)：要減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)從誤差產(chǎn)生的來源進(jìn)行分析，從而采取措施，本實(shí)驗(yàn)主要應(yīng)從如何打好紙帶和如何較準(zhǔn)確地測量

11、距離、實(shí)驗(yàn)器材的選取等幾個(gè)方面來考慮 應(yīng)用11關(guān)于探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是 () A電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的可以是直流電源，也可以是交流電源 B實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)使紙帶從復(fù)寫紙的下方穿過 C實(shí)驗(yàn)時(shí)要先接通電源后放開紙帶 D開始打點(diǎn)前，小車應(yīng)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器遠(yuǎn)一些 解析：電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用的是低壓交流電源；開始前將小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置；實(shí)驗(yàn)前應(yīng)把紙帶放在復(fù)寫紙下方，先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再放開紙帶 答案：BC 題型二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法 【例2】圖212是小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所得的一條紙帶(A、B、C、D、E、F每相鄰的兩點(diǎn)間都有四個(gè)點(diǎn)未畫出)，測得各段長度為OA6

12、.05 cm、OB13.18 cm、OC21.40 cm、OD30.70 cm、OE41.10 cm、OF52.58 cm，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，求出B、C、D、E等各點(diǎn)的速度，畫出速度圖象(取A點(diǎn)為計(jì)時(shí)開始)，并求出小車的加速度(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源的頻率為50 Hz) 在畫圖象時(shí)，為了拉開坐標(biāo)值之間的距離，坐標(biāo)原點(diǎn)有時(shí)可以不從0開始本題的速度圖象為了拉開速度值之間的距離，縱坐標(biāo)就是從0.6 m/s開始的所畫速度圖象如圖213所示 由速度圖象上任意兩點(diǎn)所對應(yīng)的速度，算出加速度為a 1.09 m/s2.【答案答案】見解析見解析 規(guī)律總結(jié)：求各計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度，應(yīng)在計(jì)數(shù)點(diǎn)附近取一個(gè)很短的時(shí)間t，用t內(nèi)的平均速度v 當(dāng)作打該計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度t的選取要關(guān)于計(jì)數(shù)點(diǎn)對稱 應(yīng)用21某同學(xué)利用電火花計(jì)時(shí)器探究由靜止開始豎直下落的物體的運(yùn)動(dòng)他把重錘固定在紙帶下端，讓紙帶穿過電火花計(jì)時(shí)器，然后把紙帶的上端用鐵夾子固定在鐵架臺上先調(diào)整電火花計(jì)時(shí)器的放電頻率為50 Hz，再接通電源，使它工作起來，然后釋放紙帶重錘帶動(dòng)紙帶豎直下落，紙帶上被電火花打出一系列的點(diǎn)跡，如圖214所示其中A、B、C、D、E是連續(xù)打出的