高中物理 探究小車速度隨時間變化的規(guī)律課件 新人教版必修1

本章綜述本章在掌握了描述運動學的幾個物理量的基礎上，用實驗探究的方法研究最簡單的變速直線運動——勻變速直線運動的規(guī)律．本章的基礎性地位體現(xiàn)在方法和能力培養(yǎng)方面．用圖象來分析物理問題是高中物理的重要數(shù)學方法之一，本章第一次讓學生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)來擬合曲線，第一次根據(jù)圖線的斜率來分析物理問題，第一次用“面積”來處理圖象縱坐標對橫坐標的積累效果，這些都是今后用圖象分析物理問題所必須的．本章公式涉及五個物理量：v0、a、t、v、x.對勻變速直線運動來說，v0和a是常量，t、v、x是三個變量．本章所討論的v－t、x－t、v－x關系，就是勻變速直線運動變量之間的三組函數(shù)關系，滲透有關的基本方法；第5節(jié)“自由落體運動”，作為一個典型的實例，對勻變速直線運動進行一次個案研究，也是勻變速直線運動規(guī)律的具體應用；最后一節(jié)“伽利略對自由落體運動的研究”．通過展示伽利略關于自由落體運動的研究歷史素材，揭示科學方法和弘揚科學精神．本章教科書中關于伽利略建立在實驗基礎上的科學研究方法，更是學生進一步學習物理學不可缺少的基本素質(zhì)．本章知識可分為兩個單元，第一單元(1～3節(jié))研究勻變速直線運動的規(guī)律；第二單元(4～5節(jié))分析一個勻變速直線運動的實例——自由落體運動及其研究方法．主要內(nèi)容、課標要求、重點、難點及關鍵主要內(nèi)容課標要求重點難點關鍵實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律；勻變速直線運動速度與時間的關系；勻變速直線運動位移與時間的關系；自由落體運動①經(jīng)歷勻變速直線運動研究過程；②進一步理解位移、速度和加速度；③掌握勻變速直線運動的規(guī)律；④體會實驗在發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律中的作用；⑤知道自由落體運動的概念；⑥掌握自由落體運動的規(guī)律；⑦了解伽利略研究自由落體運動的方法；⑧用勻變速直線運動規(guī)律解決問題．②③⑥⑧①②⑧③通過本章內(nèi)容的學習，要掌握研究勻變速直線運動的一般方法——公式法和圖象法，學會正確分析物體的運動過程，靈活運用勻變速直線運動的有關規(guī)律解決問題．學習本章知識注意：1．學習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，學習中切實注意不要去死記硬背這些規(guī)律和公式，重要的是領會概念的實質(zhì)，把握公式的來龍去脈，要通過一些具體的實例，通過實際物理現(xiàn)象的分析、物理過程的認識，構建正確的物理情景，逐步形成良好的思維習慣．2．重視探究實驗，掌握處理實驗數(shù)據(jù)的方法．3．重視物理過程的分析，特別是多解問題的分析，要選擇合適的規(guī)律，找準過程的連接點．注意運用數(shù)學工具(如圖象、函數(shù))分析物理過程及臨界狀態(tài)量，例如解決追及與相遇問題．4．注意勻變速直線運動規(guī)律與現(xiàn)實生活、生產(chǎn)實際密切相結合的問題．知識與技能1．進一步熟悉打點計時器的使用及紙帶分析方法．2．了解勻變速直線運動中速度隨時間變化的規(guī)律．過程與方法通過對實驗過程的探究，了解物理學的研究方法，認識物理實驗和數(shù)學工具在物理學發(fā)展過程中的作用．情感、態(tài)度與價值觀1．培養(yǎng)嚴謹、求實的實驗態(tài)度．2．通過實驗探究培養(yǎng)學習物理和研究物理問題的興趣，學會探尋物理規(guī)律的方法．3．學會合作完成實驗，交流實驗體會．物體的運動是最普遍的現(xiàn)象．放眼所見，人們跳遠助跑、驅(qū)車追趕、高山速降……在自然界，月亮盈虧，雄鷹翱翔、獵豹捕食，海豚嬉戲……這些運動中都有速度的變化．那么，物體的運動速度存在什么變化規(guī)律呢？怎樣探索復雜運動蘊含的規(guī)律呢？1．實驗目的探究小車運動的速度隨時間變化的規(guī)律．2．實驗器材打點計時器、一端附有定滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、學生電源．3．實驗步驟(1)把一端附有滑輪的長木板平放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上遠離滑輪的一端，連接好電路．(如圖所示)(2)把一條細繩拴在小車上，使細繩跨過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，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計時器，并把紙帶的另一端固定在小車的后面． (3)把小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，后釋放小車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一行小點．換上新紙帶，重復實驗三次．(4)處理數(shù)據(jù)．為了計算方便和減小誤差，通常用連續(xù)打五個點的時間作為時間單位，即t＝0.1s.正確使用毫米刻度尺測量每相鄰的兩計數(shù)點間的距離，并填入自己設計的表格中．(提供下面表格以供參考)計數(shù)點位置編號n0123456時間t/s00.10.20.30.40.50.6相鄰兩計數(shù)點間的距離x/m對應計數(shù)點的速度v/(m·s－1)(5)利用某一段時間的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求得各計數(shù)點1,2,3,4,5的瞬時速度，填入上面表格中．(6)增減所掛的鉤碼數(shù)，再做兩次實驗．4．注意事項(1)開始釋放小車時，應使小車靠近打點計時器．(2)先接通電源，計時器工作后，再放開小車，當小車停止運動時及時斷開電源．(3)要防止鉤碼落地和小車跟滑輪相撞，當小車到達滑輪前時及時用手按住它．(4)牽引小車的鉤碼個數(shù)要適當，以免加速度過大而使紙帶上的點太少，或者加速度太小而使各段位移的差別不大，從而使誤差增大，加速度的大小以能在50cm長的紙帶上清楚地取得六、七個計數(shù)點為宜．(5)要區(qū)別計時器打出的點與人為選取的計數(shù)點，一般在紙帶上以每打5個點取一個計數(shù)點，即時間間隔為T＝0.02×5s＝0.1s.(6)描點時最好用坐標紙．在縱、橫軸上選取合適的單位，用細鉛筆認真描點．1．表格法(1)從幾條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開始一些比較密集的點，在后面便于測量的地方找一個點，作為計數(shù)始點，以后依次每五個點取一個計數(shù)點，并標明0、1、2、3、4…，測量各計數(shù)點到0點的距離x，并記錄填入表中.位置編號012345時間t/sx/mv/(m·s－1)(2)分別計算出與所求點相鄰的兩計數(shù)點之間的距離Δx1、Δx2、Δx3….(3)利用一段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求得各計數(shù)點1、2、3、4、5的瞬時速度，填入上面的表格中．(4)根據(jù)表格的數(shù)據(jù)，分析速度隨時間怎么變化．2．圖象法(1)在坐標紙上建立直角坐標系，橫軸表示時間，縱軸表示速度，并根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在坐標系中描點．(2)畫一條直線，讓這條直線通過盡可能多的點，不在線上的點均勻分布在直線的兩側，偏差比較大的點忽略不計，如圖所示．(3)觀察所得到的直線，分析物體的速度隨時間的變化規(guī)律．實驗誤差主要分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩種．實驗裝置、實驗原理帶來的誤差叫系統(tǒng)誤差，可以通過選擇合適的裝置、改進和完善實驗的原理來減小系統(tǒng)誤差；由于人為或不穩(wěn)定的環(huán)境因素造成的誤差叫偶然誤差，可以通過多次測量來減小偶然誤差．本實驗中，容易帶來偶然誤差的環(huán)節(jié)比較多，例如紙帶上的長度測量、作圖時的描點和連線、時間間隔段的選取等．其中，長度的測量是本實驗的主要誤差來源，一方面如果逐段測量會帶來偶然誤差的多次積累，造成較大的誤差；另一方面，刻度尺讀數(shù)時需要估讀，不同的人估讀會有讀數(shù)差別．例1在探究小車速度隨時間變化的規(guī)律的實驗中，按照實驗進行的先后順序，將下述步驟的代號填在橫線上__________．A．把穿過打點計時器的紙帶固定在小車后面B．把打點計時器固定在木板上沒有滑輪的一端，并連好電路C．換上新的紙帶，再重做兩次D．把長木板平放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面E．使小車停在靠近打點計時器處，接通電源，放開小車，讓小車運動F．把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪，下邊吊著合適的鉤碼G．斷開電源，取出紙帶答案：DBFAEGC解析：正確的實驗步驟是：把長木板平放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面；把打點計時器固定在木板的沒有滑輪的一端，并連好電路；把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪，另一端吊合適的鉤碼；把穿過打點計時器的紙帶固定在小車后面；使小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，再放開小車，讓小車運動；打完一條紙帶，斷開電源，取下紙帶；換上新紙帶，再重做兩次．即順序為：DBFAEGC.規(guī)律總結：選擇器材及進行實驗應特別注意下列問題：(1)明確打點計時器對電源的要求——交流電源．(2)保證所打第一個點速度為零的方法——先通電，后放開小車．(3)要防止鉤碼落地和小車跟滑輪相撞，當小車到達滑輪前要及時用手按住它．變式訓練1關于探究小車速度隨時間變化的規(guī)律的實驗，下列說法正確的是 ()A．電磁打點計時器使用的可以是直流電源，也可以是交流電源B．實驗時應使紙帶從復寫紙的下方穿過C．實驗時要先接通電源后再放開紙帶D．開始打點前，小車應離打點計時器遠一些答案：BC解析：電磁打點計時器使用的是低壓交流電源；開始打點前應將小車停在靠近打點計時器的位置；實驗時應把紙帶放在復寫紙下方，先接通電源，待打點穩(wěn)定后再放開紙帶．例2在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，如下圖給出了從0點開始，每5個點取一個計數(shù)點的紙帶，其中0、1、2、3、4、5、6都為計數(shù)點．測得：x1＝1.40cm，x2＝1.90cm，x3＝2.38cm，x4＝2.88cm，x5＝3.39cm，x6＝3.87cm.那么：(1)在計時器打出點1、2、3、4、5時，小車的速度分別為：v1＝__________cm/s，v2＝__________cm/s，v3＝__________cm/s，v4＝__________cm/s，v5＝__________cm/s.(2)在平面直角坐標系中作出速度—時間圖象．(3)分析小車運動速度隨時間變化的規(guī)律．答案：(1)16.5021.4026.3031.3536.30(2)見解析(3)v隨t均勻增加(2)利用描點法作出v－t圖象，如下圖所示(3)小車運動的v－t圖象是一條傾斜的直線，說明速度隨時間均勻增加，它們成“線性關系”．變式訓練2某同學在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，用打點計時器記錄了被小車拖動的紙帶的運動情況，在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共七個計數(shù)點，其相鄰點間的距離如圖所示，每兩個相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔為0.10s.(1)試根據(jù)紙帶上各個計數(shù)點間的距離，計算出打下B、C、D、E、F五個點時小車的瞬時速度，并將各個速度值填入下式(要求保留三位有效數(shù)字)．vB＝__________m/s，vC＝__________m/s，vD＝__________m/s，vE＝__________m/s，vF＝__________m/s，(2)將B、C、D、E、F各個時刻的瞬時速度標在下圖所示的坐標紙上，并畫出小車的瞬時速度隨時間變化的關系圖線．(3)根據(jù)第(2)問中畫出的v－t圖線，求出小車運動的加速度為__________m/s2.(保留兩位有效數(shù)字)答案：(1)0.4000.4790.5600.6400.721(2)見解析(3)0.80(±0.02)(2)利用描點法，先描出不同時刻各點的速度，再畫出速度—時間圖線，并讓盡可能多的點位于這條直線上，如圖所示．例3下圖是某同學用打點計時器研究物體運動規(guī)律時得到的一段紙帶．根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)，計算物體在AB段、BC段、CD段和DE段的平均速度大小，判斷物體運動的性質(zhì)．答案：見解析由以上計算數(shù)據(jù)可以判斷出：在誤差允許的范圍內(nèi)，物體先加速運動，后勻速運動．規(guī)律總結：判斷物體運動情況的方法是：(1)直接由紙帶上打的點的疏密程度粗略判斷．(2)先算出各段的平均速度，再由平均速度的大小判斷．(3)利用所畫出的v－t圖線，直觀地判斷．變式訓練3一物體從某點由靜止出發(fā)，沿x軸做直線運動，為了研究物體的運動規(guī)律，某同學記錄了它在各個時刻的速度如下表：時間t/s01234567瞬時速度v/(m·s－1)3210－1－2－2－2(1)判斷該物體的總體運動性質(zhì)是__________．(2)該物體3～5s內(nèi)的加速度大小是________m/s2.答案：先減速后反向加速，最后反向勻速運動1例4在做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗的下列方法中，有利于減小實驗誤差的是 ()A．選取計數(shù)點，把每5個點的時間間隔作為一個時間單位B．使小車運動的加速度盡量小些C．舍去紙帶上密集的點，只利用點跡清晰、點間間隔適當?shù)哪且徊糠贮c進行測量、計算D．選用各處平整程度、光滑程度相同的長木板做實驗答案：ACD解析：選取計數(shù)點可以使用于測量和計算的相鄰點間的間隔增大，在用刻度尺測量這些點間的間隔時，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，選項A是正確的．在此實驗中，如果小車的加速度過小，打出的點就會很密，長度測量的相對誤差就較大，測量的準確度就會降低．所以，使小車的加速度略大些好．如果每5個點取一個計數(shù)點，那么以能在紙帶上50cm長度內(nèi)清楚地取出七八個計數(shù)點為宜．因此，選項B是錯誤的．為了減少長度測量的相對誤差，舍去紙帶上過于密集、甚至分辨不清的點是必要的．應該利用點跡清晰、點間間隔適當?shù)哪且徊糠贮c進行測量、計算．因此，選項C是正確的．但應注意，紙帶上不僅開頭的點很密集，末端的點往往也很密集，這是在用手阻止小車運動時造成的．手接觸小車后，小車已不再按照原有的規(guī)律運動，點的分布規(guī)律也隨之發(fā)生了變化，這部分點也應舍去．如果實驗中所選用的長木板各部分的平整程度、光滑程度不同，小車將做非勻變速直線運動，在不同段上運動的加速度不同，這已不再是教材上所要求的實驗內(nèi)容，計算出來的加速度值的誤差會很大．所以，在實驗中對所用長木板進行檢查、挑選是必要的，選項D正確．所以說法正確的是A、C、D.規(guī)律總結：誤差主要分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩種，裝置原理上的近似帶來的誤差為系統(tǒng)誤差，可以通過選擇合適的裝置來減小系統(tǒng)誤差，讀數(shù)等因素帶來的偶然誤差，應通過準確讀數(shù)來降低，測量值越大，相對誤差越?。兪接柧?在“探究小車的速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，為了減小測量小車運動加速度的相對誤差，下列措施中哪些是有益的？ ()A．使小車運動的加速度盡量小一些B．適當增加掛在細繩下的鉤碼的個數(shù)C．在同樣條件下，打出多條紙帶，選其中一條最理想的進行測量和計算D．舍去紙帶上較密集的點，然后選取計數(shù)點，進行計算答案：BCD解析：牽引小車的鉤碼個數(shù)要適當，以免加速度過大使紙帶上的點太少，或者加速度太小，而使紙帶上的點太多，都會使誤差增大，故A不對B對；從多條紙帶中選出點跡清晰的點，并舍去一些開始比較密集的點，便于測量和計算．故CD都對．一、實驗1．用__________研究小車在重物牽引下的運動，探究小車速度隨__________的變化規(guī)律．2．把一端附有__________的長木板平放在實驗桌上，并使滑輪伸出__________，把__________固定在長木板上遠離__________的一端，連接好電路．3．把一條細繩拴在小車上，使細繩跨過__________，下邊掛上__________的鉤碼，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__________，并把紙帶的另一端固定在__________．4．把小車停在打點計時器處，先接通__________，后釋放__________，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列小點，換上__________，重復實驗三次．二、數(shù)據(jù)處理5．選擇紙帶，方法是從三條紙帶中選擇一條__________，舍掉__________一些________