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(共28张PPT)
人教版(2019)必修第一册物理高中
2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律
导入新课
不论是滑雪还是滑冰，运动员的速度一般都是在不断变化的，那么运动员的速度、位移随时间的变化有什么样的规律呢？
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
交流讨论
利用实验室提供的实验器材完成实验时，如图所示，在重物牵引下沿水平桌面运动的小车。
1.其速度随时间是如何变化的？
速度增加
2.这样的加速运动有何特点？
3.你是否能利用上一章所学的打点计时器设计一个实验，测量一下上述物体的运动速度并找出他们的运动规律？
创设情境 提出问题
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
1.实验目的：
（1）进一步练习打点计时器的使用、纸带数据的处理和瞬时速度的测量方法。
（2）用打点计时器研究小车在重物牵引下的运动，探究小车速度随时间变化的规律。
（3）能运用v-t图像探究小车速度随时间变化的规律。
梳理深化
创设情境 提出问题
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
2.实验原理：
（1）利用打点计时器打出的纸带，用 计算出小车各时刻的瞬时速度。
（2）根据表格数据，利用描点法作出小车的v-t图象，利用图象找出小车的速度随时间变化的规律
（3）利用v-t图像计算小车的加速度
创设情境 提出问题
梳理深化
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
1.请列出实验器材并说明它们在实验中的作用？如何安装仪器？
2.主要的实验步骤有哪些？
交流讨论
制订方案 设计实验
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
2.实验步骤：
（1）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。
（2）把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好电路。
（3）把纸带穿过打点计时器，并将纸带的一端固定在小车的后面。把一
条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，放手
后看小车是否能在木板上做平稳的加速运动。
（4）先接通电源，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，打完一条后立
即关闭电源。取下纸带，换上新纸带，重复实验三次。
1.实验器材：小车，细绳，钩码，一端附有定滑轮的长木板，电磁打点
计时器，低压交流电源，导线若干，纸带，刻度尺。
梳理深化
制订方案 设计实验
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
1.实验操作过程中有哪些注意事项？
交流讨论
分组实验 采集数据
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
1．注意事项：
（1）调节滑轮的高度，使得细绳要与长木板板面平行
（2）适当选取钩码个数，避免小车的速度过大或过小。
（3）小车应由紧靠打点计时器处开始释放，便于打出更多的点。
（4）先接通电源，打点计时器稳定后再释放小车。
（5）在小车撞击长木板末端前应及时用手挡住小车、接着挂钩，避免
发生撞击。
梳理深化
分组实验 采集数据
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
2.在测量和数据处理中可能产生哪些误差？如何减小或者避免这些误差？
3.实际测量中，通常每隔四个计时点选一个点作为计数点进行测量，请说明这样做的原因。
交流讨论
分组实验 采集数据
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
　　我们用重物牵引小车的运动代替高铁出站的过程进行研究，那么要研究小车的速度随时间变化的规律，我们该如何设计这个实验？又要测量哪些物理量？选用什么器材？
实验原理
　　要探究小车速度随时间变化的规律，就要测量小车在不同时刻的瞬时速度，这就要用到打点计时器。
知识讲解——实验思路
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
　　回顾用打点计时器测量瞬时速度，需要哪些实验器材？本实验又需要哪些实验器材？
实验仪器
　　打点计时器（带导线）、交变电源、纸带、一端带有定滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、复写纸、坐标纸。
知识讲解——实验思路
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
　　除了利用打点计时器来设计这个实验外，我们还可以利用什么来测量小车的瞬时速度？
拓展学习
　　还可以利用“位移传感器”、“光电门”等技术手段更加精准的去测量小车的瞬时速度。
知识讲解——实验思路
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
实验步骤
（1）要把打点计时器固定在长木板上，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面。
（2）把小车停在靠近打点计时器的位置。（为什么？）
（3）启动计时器，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，纸带打完后立即关 闭电源。
（4）换上新纸带，增减所挂槽码（或在小车上放置重物）重复操作两次。（为什么？）
知识讲解——进行实验
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
【误差分析】
（1）根据纸带测量的位移有误差。
（2）根据位移计算的瞬时速度有误差。
（3）木板的粗糙程度并非完全相同。
分组实验 采集数据
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
1.固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置。
2.滑轮不能过高,细绳应与木板平行。
3.小车应由紧靠打点计时器处开始释放，在撞击长木板末端前应
让小车停止运动，防止小车从板上掉下来。
4.先接通电源，后让纸带运动。
5.每次打点结束后立即关闭电源。
6.将所测得的数据记录下来。
【注意事项】
分组实验 采集数据
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
提示：将实验所得数据在电脑的Excel文件中输入表格，利用其“图表向导”拟合v-t图象。
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，用直线拟合，让尽可能多的点分布在直线上，不在直线上的点应对称地分布在直线两侧。如图所示。
数据处理 归纳结论
1 .如何直观地反应小车瞬时速度？
思考
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
小车的速度随时间均匀增加，或者说既然小车的v-t图像是一条倾斜的直线，那么v随t变化的函数关系式为v=kt+b，显然v与t 成线性关系。
数据处理 归纳结论
2 .请根据小车的速度与时间图像分析小车速度随时间的
变化规律？
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
巩固提升
例1、在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，如图所示为记录小车运动情况的一条纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔T＝0.1 s。
规律应用 改进反思
(1)计算D、C、B各点的瞬时速度，vD＝______ m/s，vC＝ ______ m/s，vB＝ ______ m/s。
(2)在如图所示坐标系中作出小车的v-ｔ图象，并根据图象求出a＝ ______。
(3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度是______，此速度的物理意义是？
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
(1)若时间较小，平均速度可以代替某点的瞬时速度。
D点的瞬时速度 =390 cm/s=3.9 m/s
C点的瞬时速度 =264 cm/s=2.64 m/s
B点的瞬时速度 =138 cm/s=1.38 m/s
(2)由(1)中数据作出小车的v-t图象如图所示，由图线的斜率可
求得它的平均加速度
(3)将图线延长后，与纵轴的交点的速度约是v=0.12 m/s，它表示小车经过A点时的速度。
规律应用 改进反思
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
(1)试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下B、F两个点时小车的瞬时速度，并将这两个速度值填入表格中。(结果均保留3位有效数字)
速度 vB vC vD vE vF
数值/(m·s－1) 0.479 0.560 0.640
0.400
0.721
由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔T＝0.1 s，则
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
(2)将B、C、E、F各时刻的瞬时速度标在直角坐标系中(D时刻的已标出)，并作出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。
答案　见解析图
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
小车的瞬时速度随时间变化的关系图线如图所示。
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
(3)由所作速度—时间图像求出小车加速度为________________________
__________ m/s2。(结果保留2位有效数字)
0.80(0.78、0.79、0.81、
0.82均可)
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
(4)写出图线与纵轴的交点的物理意义：___________________________
________________。
打点计时器打计数点A时刻小车
对应的瞬时速度
图线与纵轴的交点表示打点计时器打计数点A时刻小车对应的瞬时速度。
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
3.(来自教材)为研究小车沿斜面向下运动的规律，把纸带的一端固定在小车上，小车拖动纸带运动时，纸带上打出的点如图所示。
(1)某同学用以下方法绘制小车的v－t图像。先把纸带每隔0.1 s剪断，得到若干短纸条。再把这些纸条由短到长并排贴在一张纸上，使这些纸条下端对齐，作为横轴，标出时间(表示时间轴)。最后将纸条上端中心连起来，于是得到v－t图像。请你按以上办法(用一张薄纸压在图上，复制得到纸带)绘制这个图像。
答案　见解析
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
如图所示
不登高山，不知天之高也；不临深溪，不知地之厚也
(2)这样做有道理吗？说说你的看法。
有道理。因为剪下的纸条长度表示0.1 s时间内位移大小Δx，这些纸带构成上述所示的直方图。小车运动速度大小近似认为v＝ ，由于v∝Δx，所以纸带长度反映了小车运动速度的大小。
答案　见解析

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