高中物理 探究小车速度随时间变化的规律课件 新人教版必修1

本章综述本章在掌握了描述运动学的几个物理量的基础上，用实验探究的方法研究最简单的变速直线运动——匀变速直线运动的规律．本章的基础性地位体现在方法和能力培养方面．用图象来分析物理问题是高中物理的重要数学方法之一，本章第一次让学生根据实验数据来拟合曲线，第一次根据图线的斜率来分析物理问题，第一次用“面积”来处理图象纵坐标对横坐标的积累效果，这些都是今后用图象分析物理问题所必须的．本章公式涉及五个物理量：v0、a、t、v、x.对匀变速直线运动来说，v0和a是常量，t、v、x是三个变量．本章所讨论的v－t、x－t、v－x关系，就是匀变速直线运动变量之间的三组函数关系，渗透有关的基本方法；第5节“自由落体运动”，作为一个典型的实例，对匀变速直线运动进行一次个案研究，也是匀变速直线运动规律的具体应用；最后一节“伽利略对自由落体运动的研究”．通过展示伽利略关于自由落体运动的研究历史素材，揭示科学方法和弘扬科学精神．本章教科书中关于伽利略建立在实验基础上的科学研究方法，更是学生进一步学习物理学不可缺少的基本素质．本章知识可分为两个单元，第一单元(1～3节)研究匀变速直线运动的规律；第二单元(4～5节)分析一个匀变速直线运动的实例——自由落体运动及其研究方法．主要内容、课标要求、重点、难点及关键主要内容课标要求重点难点关键实验：探究小车速度随时间变化的规律；匀变速直线运动速度与时间的关系；匀变速直线运动位移与时间的关系；自由落体运动①经历匀变速直线运动研究过程；②进一步理解位移、速度和加速度；③掌握匀变速直线运动的规律；④体会实验在发现自然规律中的作用；⑤知道自由落体运动的概念；⑥掌握自由落体运动的规律；⑦了解伽利略研究自由落体运动的方法；⑧用匀变速直线运动规律解决问题．②③⑥⑧①②⑧③通过本章内容的学习，要掌握研究匀变速直线运动的一般方法——公式法和图象法，学会正确分析物体的运动过程，灵活运用匀变速直线运动的有关规律解决问题．学习本章知识注意：1．学习中要把握好对基本概念、基本规律的理解．本章规律多，公式和推论多，学习中切实注意不要去死记硬背这些规律和公式，重要的是领会概念的实质，把握公式的来龙去脉，要通过一些具体的实例，通过实际物理现象的分析、物理过程的认识，构建正确的物理情景，逐步形成良好的思维习惯．2．重视探究实验，掌握处理实验数据的方法．3．重视物理过程的分析，特别是多解问题的分析，要选择合适的规律，找准过程的连接点．注意运用数学工具(如图象、函数)分析物理过程及临界状态量，例如解决追及与相遇问题．4．注意匀变速直线运动规律与现实生活、生产实际密切相结合的问题．知识与技能1．进一步熟悉打点计时器的使用及纸带分析方法．2．了解匀变速直线运动中速度随时间变化的规律．过程与方法通过对实验过程的探究，了解物理学的研究方法，认识物理实验和数学工具在物理学发展过程中的作用．情感、态度与价值观1．培养严谨、求实的实验态度．2．通过实验探究培养学习物理和研究物理问题的兴趣，学会探寻物理规律的方法．3．学会合作完成实验，交流实验体会．物体的运动是最普遍的现象．放眼所见，人们跳远助跑、驱车追赶、高山速降……在自然界，月亮盈亏，雄鹰翱翔、猎豹捕食，海豚嬉戏……这些运动中都有速度的变化．那么，物体的运动速度存在什么变化规律呢？怎样探索复杂运动蕴含的规律呢？1．实验目的探究小车运动的速度随时间变化的规律．2．实验器材打点计时器、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、学生电源．3．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，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．(如图所示)(2)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，看小车能否在木板上平稳地加速滑行．然后把纸带穿过打点计时器，并把纸带的另一端固定在小车的后面． (3)把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一行小点．换上新纸带，重复实验三次．(4)处理数据．为了计算方便和减小误差，通常用连续打五个点的时间作为时间单位，即t＝0.1s.正确使用毫米刻度尺测量每相邻的两计数点间的距离，并填入自己设计的表格中．(提供下面表格以供参考)计数点位置编号n0123456时间t/s00.10.20.30.40.50.6相邻两计数点间的距离x/m对应计数点的速度v/(m·s－1)(5)利用某一段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点1,2,3,4,5的瞬时速度，填入上面表格中．(6)增减所挂的钩码数，再做两次实验．4．注意事项(1)开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器．(2)先接通电源，计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源．(3)要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前时及时用手按住它．(4)牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小而使各段位移的差别不大，从而使误差增大，加速度的大小以能在50cm长的纸带上清楚地取得六、七个计数点为宜．(5)要区别计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸带上以每打5个点取一个计数点，即时间间隔为T＝0.02×5s＝0.1s.(6)描点时最好用坐标纸．在纵、横轴上选取合适的单位，用细铅笔认真描点．1．表格法(1)从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个点，作为计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标明0、1、2、3、4…，测量各计数点到0点的距离x，并记录填入表中.位置编号012345时间t/sx/mv/(m·s－1)(2)分别计算出与所求点相邻的两计数点之间的距离Δx1、Δx2、Δx3….(3)利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点1、2、3、4、5的瞬时速度，填入上面的表格中．(4)根据表格的数据，分析速度随时间怎么变化．2．图象法(1)在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点．(2)画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如图所示．(3)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律．实验误差主要分为系统误差和偶然误差两种．实验装置、实验原理带来的误差叫系统误差，可以通过选择合适的装置、改进和完善实验的原理来减小系统误差；由于人为或不稳定的环境因素造成的误差叫偶然误差，可以通过多次测量来减小偶然误差．本实验中，容易带来偶然误差的环节比较多，例如纸带上的长度测量、作图时的描点和连线、时间间隔段的选取等．其中，长度的测量是本实验的主要误差来源，一方面如果逐段测量会带来偶然误差的多次积累，造成较大的误差；另一方面，刻度尺读数时需要估读，不同的人估读会有读数差别．例1在探究小车速度随时间变化的规律的实验中，按照实验进行的先后顺序，将下述步骤的代号填在横线上__________．A．把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面B．把打点计时器固定在木板上没有滑轮的一端，并连好电路C．换上新的纸带，再重做两次D．把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面E．使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动F．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码G．断开电源，取出纸带答案：DBFAEGC解析：正确的实验步骤是：把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面；把打点计时器固定在木板的没有滑轮的一端，并连好电路；把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，另一端吊合适的钩码；把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面；使小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，再放开小车，让小车运动；打完一条纸带，断开电源，取下纸带；换上新纸带，再重做两次．即顺序为：DBFAEGC.规律总结：选择器材及进行实验应特别注意下列问题：(1)明确打点计时器对电源的要求——交流电源．(2)保证所打第一个点速度为零的方法——先通电，后放开小车．(3)要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前要及时用手按住它．变式训练1关于探究小车速度随时间变化的规律的实验，下列说法正确的是 ()A．电磁打点计时器使用的可以是直流电源，也可以是交流电源B．实验时应使纸带从复写纸的下方穿过C．实验时要先接通电源后再放开纸带D．开始打点前，小车应离打点计时器远一些答案：BC解析：电磁打点计时器使用的是低压交流电源；开始打点前应将小车停在靠近打点计时器的位置；实验时应把纸带放在复写纸下方，先接通电源，待打点稳定后再放开纸带．例2在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如下图给出了从0点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6都为计数点．测得：x1＝1.40cm，x2＝1.90cm，x3＝2.38cm，x4＝2.88cm，x5＝3.39cm，x6＝3.87cm.那么：(1)在计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为：v1＝__________cm/s，v2＝__________cm/s，v3＝__________cm/s，v4＝__________cm/s，v5＝__________cm/s.(2)在平面直角坐标系中作出速度—时间图象．(3)分析小车运动速度随时间变化的规律．答案：(1)16.5021.4026.3031.3536.30(2)见解析(3)v随t均匀增加(2)利用描点法作出v－t图象，如下图所示(3)小车运动的v－t图象是一条倾斜的直线，说明速度随时间均匀增加，它们成“线性关系”．变式训练2某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共七个计数点，其相邻点间的距离如图所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.10s.(1)试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下B、C、D、E、F五个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下式(要求保留三位有效数字)．vB＝__________m/s，vC＝__________m/s，vD＝__________m/s，vE＝__________m/s，vF＝__________m/s，(2)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在下图所示的坐标纸上，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线．(3)根据第(2)问中画出的v－t图线，求出小车运动的加速度为__________m/s2.(保留两位有效数字)答案：(1)0.4000.4790.5600.6400.721(2)见解析(3)0.80(±0.02)(2)利用描点法，先描出不同时刻各点的速度，再画出速度—时间图线，并让尽可能多的点位于这条直线上，如图所示．例3下图是某同学用打点计时器研究物体运动规律时得到的一段纸带．根据图中的数据，计算物体在AB段、BC段、CD段和DE段的平均速度大小，判断物体运动的性质．答案：见解析由以上计算数据可以判断出：在误差允许的范围内，物体先加速运动，后匀速运动．规律总结：判断物体运动情况的方法是：(1)直接由纸带上打的点的疏密程度粗略判断．(2)先算出各段的平均速度，再由平均速度的大小判断．(3)利用所画出的v－t图线，直观地判断．变式训练3一物体从某点由静止出发，沿x轴做直线运动，为了研究物体的运动规律，某同学记录了它在各个时刻的速度如下表：时间t/s01234567瞬时速度v/(m·s－1)3210－1－2－2－2(1)判断该物体的总体运动性质是__________．(2)该物体3～5s内的加速度大小是________m/s2.答案：先减速后反向加速，最后反向匀速运动1例4在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验的下列方法中，有利于减小实验误差的是 ()A．选取计数点，把每5个点的时间间隔作为一个时间单位B．使小车运动的加速度尽量小些C．舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰、点间间隔适当的那一部分点进行测量、计算D．选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验答案：ACD解析：选取计数点可以使用于测量和计算的相邻点间的间隔增大，在用刻度尺测量这些点间的间隔时，在一次测量绝对误差基本相同的情况下，相对误差较小．因此，选项A是正确的．在此实验中，如果小车的加速度过小，打出的点就会很密，长度测量的相对误差就较大，测量的准确度就会降低．所以，使小车的加速度略大些好．如果每5个点取一个计数点，那么以能在纸带上50cm长度内清楚地取出七八个计数点为宜．因此，选项B是错误的．为了减少长度测量的相对误差，舍去纸带上过于密集、甚至分辨不清的点是必要的．应该利用点迹清晰、点间间隔适当的那一部分点进行测量、计算．因此，选项C是正确的．但应注意，纸带上不仅开头的点很密集，末端的点往往也很密集，这是在用手阻止小车运动时造成的．手接触小车后，小车已不再按照原有的规律运动，点的分布规律也随之发生了变化，这部分点也应舍去．如果实验中所选用的长木板各部分的平整程度、光滑程度不同，小车将做非匀变速直线运动，在不同段上运动的加速度不同，这已不再是教材上所要求的实验内容，计算出来的加速度值的误差会很大．所以，在实验中对所用长木板进行检查、挑选是必要的，选项D正确．所以说法正确的是A、C、D.规律总结：误差主要分为系统误差和偶然误差两种，装置原理上的近似带来的误差为系统误差，可以通过选择合适的装置来减小系统误差，读数等因素带来的偶然误差，应通过准确读数来降低，测量值越大，相对误差越小．变式训练4在“探究小车的速度随时间变化的规律”的实验中，为了减小测量小车运动加速度的相对误差，下列措施中哪些是有益的？ ()A．使小车运动的加速度尽量小一些B．适当增加挂在细绳下的钩码的个数C．在同样条件下，打出多条纸带，选其中一条最理想的进行测量和计算D．舍去纸带上较密集的点，然后选取计数点，进行计算答案：BCD解析：牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大使纸带上的点太少，或者加速度太小，而使纸带上的点太多，都会使误差增大，故A不对B对；从多条纸带中选出点迹清晰的点，并舍去一些开始比较密集的点，便于测量和计算．故CD都对．一、实验1．用__________研究小车在重物牵引下的运动，探究小车速度随__________的变化规律．2．把一端附有__________的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出__________，把__________固定在长木板上远离__________的一端，连接好电路．3．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过__________，下边挂上__________的钩码，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行，然后把纸带穿过__________，并把纸带的另一端固定在__________．4．把小车停在打点计时器处，先接通__________，后释放__________，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列小点，换上__________，重复实验三次．二、数据处理5．选择纸带，方法是从三条纸带中选择一条__________，舍掉__________一些________