高中物理人教版必修1课件：2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律

积盾市安家阳光实验学校第1节 ：探究小车速度随时间变化的规律

1．某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。前，将该计时器固在小车旁，如图（a）所示。时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器时间间隔地滴下小水滴，图（b）记录了桌面上连续的6个水滴的位置。（已知滴水计时器每30

s内共滴下46个小水滴）

（1）由图（b）可知，小车在桌面上是____________（填“从右向左”或“从左向右”）运动的。

（2）该小组同学根据图（b）的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图（b）中A点位置时的速度大小为___________m/s，加速度大小为____________m/s2。（结果均保留两位有效数字）

【答案】（1）从右向左 （2）0.19 0.037

【点睛】注意相滴间的时间间隔的计算，46滴水有45个间隔；速度加速度的计算，注意单位、有效数字的要求。

2．某同学研究在固斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。

步骤如下：

①如图（a），将光电门固在斜面下端附近；将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；

②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间∆t；

③用∆s表示挡光片沿运动方向的长度，如图（b）所示，v表示滑块在挡光片遮住光线的∆t时间内的平均速度大小，求出v；

④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②、③；

⑤多次重复步骤④；

⑥利用中得到的数据作出v–∆t图，如图（c）所示。

完成下列填空：

（1）用a表示滑块下滑的加速度大小，用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则v 与vA、a和∆t的关系式为v=_____________。

1.实验：探究小车速度随时间变化的规律

目标体系构建

明确目标·梳理脉络

【学习目标】

1．巩固打点计时器的使用、纸带数据处理和测量瞬时速度的方法。

2．体验如何从实验研究中获取数据，学会利用图像处理实验数据。

3．能根据“v－t”图像描述小车的运动规律。

【思维脉络】

课前预习反馈

教材梳理·落实新知

知识点 1 实验思路

1．实验目的

研究小车速度随时间变化的规律，测量小车在不同时刻的瞬时速度。

2．实验器材

__打点计时器__、一端附有定滑轮的长铝板、__小车__、纸带、细绳、槽码、__刻度尺__、导线、交流电源。

3．实验思路

如图所示，把一端带有__滑轮__的长铝板平放在实验桌上，铝板上放一个可以左右移动的__小车__，小车一端连接穿过打点计时器的__纸带__，另一端连接绕过滑轮系有__槽码__的细绳。小车在槽码的牵引下运动，通过研究纸带上的信息，就可以知道小车运动的速度是怎样随时间变化的。

知识点 2 进行实验

1．按照图固定好实验器材，并连接好电路。

2．把小车停在__靠近__打点计时器的位置。

3．启动计时器，然后__放开__小车，让它拖着纸带运动。打点计时器在__纸带__上打下一行小点。

4．__关闭__电源，取下纸带。

5．增减所挂的槽码(或在小车上放置重物)，更换纸带，再做两次实验。

知识点 3 数据分析处理

1．瞬时速度的计算：各计数点的瞬时速度可用以该点为中间时刻的一段时间内的__平均速度__来代替：vn＝xn＋xn＋12T。

2．根据v－t图像判断运动性质：

用描点法可作出小车的v－t图像，根据图像的形状可判断小车的运动性质。

3．加速度的计算：利用v－t图像的__斜率__求出小车的加速度。

预习自测

『判一判』

(1)长铝板一定要水平放置，不能一端高一端低。( × )

(2)纸带上可以每隔任意相同数量的点选取一个计数点。( √ )

(3)使用刻度尺测量长度时，要进行估读。( √ )

一．实验：探究小车速度随时间变化的规律

[要点导学]

1．探究目的：利用打点计时器或电火花计时器探究小车在重物牵引下的运动特点，根据纸带记录的点研究小车速度的变化规律。

2．探究过程：

（1）“探究小车速度随时间变化规律”的实验原理如图2-1-1所示，请写出实验所需的器材：_____________________________________________________________________。

（2）根据原理图，安装好实验装置，将小车停在靠近打点计时器处，接通_______后,再释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一列小点，换上新的纸带,重复实验三次。

（3）从三条纸带中选择一条点迹清晰且所有点都在同一直线上的纸带，舍掉开头一些比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点标上O，为了测量方便和减小误差，在选好的开始点后面每打五次点取一个点，这个点叫做计数点，并标明1、2、3„„（如图2-1-2所示），两个相邻计数点的时间间隔就是T=5×0.02s=0.1s。距离分别是x1、x2、x3„„

（4）增减所挂的钩码数，重复实验步骤(2)～(3)，再做两次实验.

3．数据处理

（1）利用纸带计数点间距离x1、x2、x3„„和相对应的时间，根据第一章用打点计时器测量瞬时速度的方法,得出各计数点的瞬时速度，v1 =(x1+x2)/ 2T、v2

=(x2+x3)/ 2Tt„„其中Ｔ＝0.1s；求出各计数点的瞬时速度后，由加速度的定义：a =Δv/Δt计算出小车做直线运动的加速度a。

（2）将得到的瞬时速度值分别填入下表：

小车在几个时刻的瞬时速度

位置编号 0 1 2 3 4 5

时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

v1/(m•s-1)

v2/(m•s-1)

v3/(m•s-1)

（3）作出速度—时间图象 运用“拟合”描点法画v-t图象：在科学上,为了描述实验中测量量之间的关系,先将其在坐标系中描点,然后用一条曲线(包括直线)“拟合”这些点,使画出的曲线两侧的点数大致相同,这种描点方法叫拟合描点法。

第二章 匀变速直线运动的研究

2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律

【教学目标】 .

一、知识目标

1. 根据相关实验器材，设计实验并熟练操作。

2. 会运用已学知识处理纸带，求各点瞬时速度。

3. 会用表格法处理数据，并合理猜想。

二、能力目标

1. 初步学习根据实验要求，设计实验，完成某种规律的探究方法。

2. 对打出的纸带，会用近似的方法得出各点瞬时速度。

三、德育目标

1. 通过对小车运动的设计，培养学生积极主动思考问题的习惯，并锻炼其思考的全面性、准确性与逻辑性。

2. 通过对纸带的处理，实验数据的图像展现，培养学生实事求是的科学态度，能使学生灵活地运用科学方法来研究问题，解决问题，提高创新意识。

3. 在对实验数据的猜测过程中，提高学生合作能力。

【教学重点】

对实验的设计 数据的处理。

【教学难点】

1. 各点瞬时速度的计算。

2. 对实验数据的处理、规律的探究。

【课时安排】

2课时

【教学过程】

一、导入新课

物体的运动通常是比较复杂的。放眼所见，物体的运动规律各不相同。在生活中，人们跳远助跑、水中嬉戏……在自然界了，雨滴下落，猎豹捕食，蚂蚁搬家……这些运动中多有速度的变化。

物体的速度变化存在规律吗？怎样探索复杂运动蕴含的规律？怎样探索复杂运动蕴含的规律呢？

要探究一个物体速度随时间变化的规律，必须知道物体在不同时刻的速度。直接测量瞬时速度是比较困难的，我们可以借助打点计时器先记录物体在不同时刻的位置，在通过对纸带的分析，计算得到各个时刻的瞬时速度。

二、新课教学

（一）进行实验

【实验】

问题一：打点计时器结构如何？

问题二：用打点计时器测小车的速度所需哪些实验器材、实验步骤？

步骤：

1. 附有滑轮的长度板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。

2. 用一条细绳栓住小车使细绳跨过滑轮，下边挂上适量的钩码，让纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的上面。