高中物理必修第一册人教版2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律 课件PPT

第二章匀变速直线运动第1课时实验:探究小车速度随时间变化的规律知识梳理1.打点计时器应采用低压交流电源，当电源的频率是50Hz时，每隔0.02s打下一个点. 2.若纸带上打出的点迹如图所示，任意一点B的瞬时速度，就等于包含该点在内的一小段时间内的平均速度，且时间越短这段时间内的平均速度就越接近B的瞬时速度.即vB≈，且比更接近vB(后面的知识将告诉我们，如果物体的运动满足一定的条件，则就有vB=).3.在v-t图象中,图线的斜率表示加速度a=. 1.实验目的探究小车速度随变化的规律.2.实验原理利用打出的纸带上记录的数据，以确定小车速度随时间变化的规律.3.实验器材打点计时器、低压电源、纸带、带滑轮的长木板、小车、、细线、复写纸片、.自我校对1.时间2.打点计时器3.交流钩码纸带 1.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，对于减小实验误差来说，下列方法中有益的是()A.选取计数点，把每打5个点的时间间隔作为一个时间段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进行实验【解析】选取计数点时，可把每打5个点的时间间隔作为一个时间段，利用点迹清晰、点间间隔适当的那一部分进行测量和计算可减小误差，故A、C正确;选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板进行实验，可以减小因加速度不均匀带来的误差，故D正确.【答案】ACD 2.关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作，下列说法中错误的是()A.长木板平放在实验桌上B.在释放小车前，小车应紧靠在打点计时器上C.应先接通电源，待打点计时器开始打点后再释放小车D.要在小车到达定滑轮前使小车停止运动【解析】实验过程中，长木板应平放在实验桌上，故A正确;在释放小车前，小车应靠近打点计时器处，不能紧靠在打点计时器上，故B错误；应先接通电源，后释放小车，故C正确;不要让小车碰到滑轮，故D正确。【答案】B3.在下列给出的器材中，选出“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中所需的器材并填在横线上（填序号）.①打点计时器②天平③低压交流电源④低压直流电源⑤细线和纸带⑥钩码和小车⑦秒表⑧一端有滑轮的长木板⑨刻度尺选出的器材是. 【答案】①③⑤⑥⑧⑨使用打点计时器时,下列问题对实验的影响是什么?(1)错接在直流电源上,影响是;(2)电源频率不稳,影响是;(3)振针压得太紧,影响是;(4)电源电压不稳,影响是;(5)振针过长,影响是.(1)不会打点;(2)打点间隔无规律,不总是每隔0.02s打一个点,但纸带上看不出,而实际上打点间隔已不是0.02s内物体运动的位移;(3)针与纸带接触时间过长,使“点”变成为“线”;(4)不影响打点的时间间隔,影响打点的清晰程度;(5)对纸带的影响和振针压得太紧相似,是间断的直线. 实验步骤1.把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没有滑轮的一端，连接好电路.2.把一条细线拴在小车上，使细线跨过滑轮，下边挂上合适的钩码.把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面.3.把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后放开小车，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，随后立即关闭电源.换上新纸带，重复实验三次. 4.从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开始比较密集的点迹，在后边便于测量的地方找一个点做计时起点.为了测量方便和减少误差，通常不用每打一次点的时间作为时间的单位，而用每打五次点的时间作为时间的单位，即T=0.02s×5=0.1s.在选好的计时起点下面标明A，在第6点下面标明B，在第11点下面标明C……，点A、B、C……叫做计数点，两个相邻计数点间的距离分别是x1、x2、x3……5.利用第一章方法得出各计数点的瞬时速度填入下表：位置ABCDEFGt(s)00.10.20.30.40.50.6v(m/s) 6.以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系，根据表中的数据，在直角坐标系中描点.7.通过观察思考，找出这些点的分布规律.注意事项1.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器.2.先接通电源使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与滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时用手按住.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差别不大，从而使误差增大.加速度的大小以能在60cm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和人为选取的计数点.一般在纸带上每5个点取一个计数点，间隔为0.1s. 6.作v-t图象时,应让图线连接尽可能多的点,不能连接的点应大致分布在图线的两侧.例1了解实验仪器的结构、工作原理和工作条件是保证实验成功的前提，通过对实验仪器的观察，掌握新仪器的使用方法，也是一种重要的实验能力.使用电火花计时器来分析物体运动情况的实验中：(1)在如下实验步骤中，正确合理的排列顺序为.A.把电火花计时器固定在桌子上B.安好纸带C.松开纸带让物体带着纸带运动D.接通220V交流电源E.按下脉冲输出开关，进行打点(2)在安放纸带时，要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在，还要检查是否夹在两条纸带之间. 【解析】(1)合理的顺序应为ABDEC.(2)墨粉纸盘应套在纸盘轴上，目的是使它可以转动，均匀地被利用.使墨粉纸盘夹在两条纸带之间，目的是使墨粉纸盘可以更好地转动.【点评】使用电火花计时器实验的操作步骤和打点计时器是相似的，但电火花打点计时器具有打点清晰、实验误差小的优点.例2实验中算出小车经过各计数点的瞬时速度如下表.计数点序号123456计数点对应的时刻（s）0.100.200.300.400.500.60通过计数点的速度（cm/s）44.062.081.0100.0110.0168.0 为了计算加速度，合理的方法是()根据任意两点的速度用公式a=算出加速度B.根据实验数据画出速度—时间图象，量出其倾角，用公式求出加速度C.根据实验数据画出速度—时间图象，由图象上相距较远的两点所对应的速度、时间用公式a=算出加速度D.依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度【点拨】一个方案既成的实验，系统误差不可避免，但可以通过合理操作、有效处理数据减小偶然误差. 【解析】方法A偶然误差较大.方法D实际也是仅由始末两个速度决定，偶然误差也较大.只有利用实验数据画出对应的速度—时间图象，才可充分利用各次测量数据，减小偶然误差.由于在物理图象上，两坐标轴的分度大小往往是不相等的，不同的坐标分度会得到不同的倾角，当然a=tanθ的值也不一样，所以B错误,C正确.【答案】C【点评】其实本实验处理数据时除了作速度—时间图象能充分利用实验所有数据、减小偶然误差外，还有一种方法也能做到这一点，就是在D选项上稍加修改：依次算出通过连续两计数点间的加速度，但取点不能重复.比如第一次取1、2两点，第二次就取3、4两点，第三次取5、6两点，依次类推…….但总的来说图象法较好，而且比较直观，用图象法还可以很容易找出偏离函数图象太远的误差较大的点. 利用打点计时器研究小车的运动规律时，得到一条纸带如图所示.从0点开始，按打点的时间顺序，每隔4个点取一个计数点(或每5个点取一个计数点)，依次取计数点0、1、2、3、4、5、6…用刻度尺测出相邻计数点的间距：x1=1.20cm,x2=1.70cm，x3=2.18cm,x4=2.68cm，x5=3.19cm,x6=3.68cm.(1)求打点计时器打计数点1、2、3、4、5时小车的速度；(2)作出v-t图象，求出小车的加速度. 【点拨】（1）在要求不太精确的情况下，一小段位移内的平均速度可认为是该段位移内的一点的瞬时速度.(2)由v-t图象的斜率可求加速度.【解析】确定相邻计数点的时间间隔Δt=0.1s,利用vn=,求出各计数点的速度.利用这些数据作出v-t图象，可以看出它是一条斜线，由此可知小车做匀变速直线运动，斜线的斜率即小车做匀变速直线运动的加速度.(1)v1=14.50cm/s,v2=19.40cm/s,v3=24.30cm/s,v4=29.35cm/s,v5=34.35cm/s.(2)图象如图所示，在图象上取P、Q两点，vP=9.50cm/s,vQ=39.30cm/s,tQ=0.6s.则 如图所示，在做“探究小车的速度随时间变化的规律”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，并在其上取了A、B、C、D、E、F六个计数点(每相邻两个计数点间还有4个打点计时器打下的点，图中没有画出)，打点计时器接的是50Hz的低压交流电源.他将一把毫米刻度尺放在纸带上，其零刻度和计数点A对齐.a=cm/s2=49.67cm/s2. (1)按照有效数字的读数规则读出相邻计数点AB、BC、CD、DE、EF间的距离x1、x2、x3、x4、x5，它们依次为cm、cm、cm、cm、cm.(2)由以上数据计算打点计时器在打B、C、D、E各点时，物体的瞬时速度vB、vC、vD、vE依次是m/s、m/s、m/s、m/s.(3)根据以上结果，计算该小车的加速度a=.(4)根据(2)中得到的数据，试在下边所给的坐标系中，用作v-t图象的方法，从图象中求物体的加速度a.(要求标明坐标及其单位，单位大小要取得合适，使作图和读数方便，并尽量充分利用坐标纸) (5)根据图象求纸带上的A、F点所对应的物体的瞬时速度vA=m/s,vF=m/s.【解析】(1)由图可读出:x1=1.00cm,x2=1.40cm,x3=1.84cm,x4=2.26cm,x5=2.67cm.(2)由vt2=v可得:vB==0.120m/s,vC==0.162m/s,vD==0.205m/s,vE==0.247m/s.(3)a==0.42m/s2.(4)(5)vA=0.079m/s,vF=0.290m/s. 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，对于纸带上某点的瞬时速度的测定，只是从理论上分析，不考虑实际操作过程，错误地认为时间取得越短结果越精确，导致理论与实际脱节.【例】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，关于纸带上某点的瞬时速度的计算，下列说法中正确的是()A.取该点在内的一小段时间内的平均速度，这段时间越短越好B.取以该点为起点的一小段时间内的平均速度，这段时间越短越好C.取以该点为终点的一小段时间内的平均速度，这段时间越短越好 D.取该点在内的一小段时间内的平均速度，这段时间应适当短些，但不是越短越好【错解】因为瞬时速度是物体在某一时刻或经过某一位置时的速度，所以所取的时间越短，就越接近该点的瞬时速度，故A正确.【剖析】该题错解的主要原因就是只从理论上分析，没有考虑到实际的测量.而该实验中测量的是位移，其位移越小则测量的相对误差就越大，所以考虑问题要全面，既要考虑到理论，又要考虑到实际操作.【正解】因为在该实验中，需要测量一段时间内的位移，所用时间通过打点计时器测得，而位移要用刻度尺测量.如果时间很短，则测量位移的相对误差就会很大，所以时间应选取适当，故D正确.