高中物理人教版 (2019)必修 第一册1 实验：探究小车速度随时间变化的规律教课课件ppt

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基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
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一、实验原理 用短时间内的平均速度代替1.瞬时速度的求法:计算打各计数点时小车的速度,应在计数点附近取一段很短的时间Δt,用Δt内的　　　　　　作为打该计数点时小车的瞬时速度。 v-t图像法 2.小车速度随时间变化的探究方法:用描点法画出小车的v-t图像,图线的斜率大小表示　　　　　的大小,如果v-t图像是一条倾斜的直线,说明物体的速度是　　　　变化的。 二、实验器材打点计时器、学生电源、复写纸、　　　　、导线、一端带有滑轮的长木板、　　　　、细绳、钩码、　　　　　、坐标纸。 
三、实验步骤1.按图所示,把一端带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.把一条细绳系在小车上,使细绳跨过定滑轮,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,先　　　　　　,后　　　　　　　　,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,随后立即关闭电源,取下纸带。 4.增减所挂的钩码(或在小车上放置重物),更换纸带,再做两次实验。
易错辨析(1)在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,打点计时器应固定在有滑轮的一端。(　　)(2)在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,打点计时器直接放在长木板上,不需固定。(　　)(3)在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,先让小车运动,再闭合打点计时器电源的开关。(　　)
打点计时器应固定在远离滑轮的一端。
打点计时器应固定在木板上,防止打点计时器移动。
实验时,应先闭合打点计时器电源的开关,再释放小车。
(4)在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,释放小车的位置应远离打点计时器。(　　)(5)在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,打点完毕后立即关闭电源。(　　)
为了能使纸带打上更多的点,释放小车的位置应靠近打点计时器。
1.数据测量(1)在三条纸带中选择一条点迹最清晰的纸带。(2)为了便于测量,一般舍掉纸带开头一些过于密集的点迹,找一个适当的点作计时起点(0点)。(3)每5个点(相隔0.1 s)取1个计数点进行测量,如图所示。(相邻两点中间还有4个点未画出)(4)采集数据的方法:不要直接测量两个计数点间的距离,而是量出各个计数点到计时起点的距离d1、d2、d3、…然后算出相邻的两个计数点的距离x1=d1,x2=d2-d1,x3=d3-d2,x4=d4-d3,…
2.数据分析(1)表格法:①瞬时速度的求解方法:时间间隔很短时,可用某段时间的平均速度表示这段时间内中间时刻的瞬时速度,即②设计表格并记录相关数据
③求得各计数点1、2、3、…的瞬时速度,填入上面表格中标有“v1”的一行。④计算增减钩码后两次实验中各点的速度,分别填入上面表格中标有“v2”和“v3”的两行内。⑤根据表格的数据,分析速度随时间怎么变化。
(2)图像法: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,作出v-t图像。如果有些点难以落在曲线上,应该使它们大致均匀地分布在曲线两侧,如图所示。②观察所得到的图线,如果图线是一条倾斜直线,表示速度均匀变化。③根据所画v-t图像求出小车运动的加速度a= 。
【例1】 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7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还有4个点未画出,打点计时器所用电源的频率为50 Hz。
(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表,要求保留小数点后3位。
(2)以A点对应时刻为0时刻点,将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在直角坐标系中,并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。
(3)由所画速度—时间图像求出小车加速度为　　　　　 m/s2。(结果保留小数点后2位) 
(4)根据速度—时间图像判断,在打A计数点时,小车的速度vA=　　　　　 m/s。(结果保留小数点后2位) 
解析 (1)极短时间内的平均速度等于该时刻的瞬时速度,两个相邻的计数点之间的时间间隔为T=5×0.02 s=0.1 s,则B点速度 =0.400 m/s,F点的速度 =0.721 m/s。(2)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点,然后作出图像如图所示。
(3)由所画图像可知,加速度(4)图线的纵截距表示A点的速度vA=0.32 m/s。
方法技巧　(1)处理纸带时,一定要分清计时点和计数点,搞清计数点之间的时间间隔T。(2)利用极限思想将平均值过渡到瞬时值是物理学中常用的方法。纸带上某点的瞬时速度等于以此为中心的前、后相邻两点间的平均速度。(3)标度的选择要结合数据及其分布特点制定,以使图像在坐标系中合理分布,大小适中。(4)作图像一定用平滑的直线连接,并延长到与坐标轴有交点。
对点演练1.在探究小车速度随时间变化的规律的实验中打出的纸带如图所示,打点计时器所用电源的频率为50 Hz,每两个相邻计数点之间还有4个点未画出。A点对准刻度尺的0刻度线,从刻度尺上分别读出B、C、D、E点到A点的距离备用,其中A、D两点间的距离xAD=　　　　 cm,用读出的数据求打出C点时纸带的速度大小为vC=　　　　 m/s(保留3位有效数字)。 
解析 刻度尺的分度值为1 mm,D点读数为5.85 cm,A、D两点间距为xAD=5.85 cm;相邻计数点间的时间间隔为t=5T=5×0.02 s=0.1 s,C点的速度等于BD段的平均速度,打出C点时纸带的速度大小为
探究点二　实验注意事项和误差分析
1.实验注意事项(1)开始释放小车时,应使小车靠近打点计时器。(2)应该是先接通电源,再释放小车。(3)实验完毕断开电源,取下纸带。(4)如打出的点较轻或是短线时,应调整振针距复写纸的高度。(5)选择理想的纸带,“理想”是指纸带上的点迹清晰,舍弃点密集的部分,适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别),弄清楚所选时间间隔T等于多少秒。(6)每打好一条纸带,将定位轴上的复写纸换个位置,以保证打点清晰。(7)不要分段测量各段位移,应尽可能地一次测量完毕(可先统一量出各计数点到计数起点0之间的距离)。
【例2】 在探究小车速度随时间变化规律的实验中:(1)电火花计时器正常工作时,其打点的周期取决于　　　　; A.交变电压的高低B.交变电流的频率C.墨粉纸盘的大小D.纸带的长度(2)下列操作正确的有　　　　; A.在释放小车前,小车要靠近打点计时器B.打点计时器应放在长木板有滑轮的一端C.应先释放小车,后接通电源D.电火花计时器应使用低压交变电源
解析 (1)电火花计时器正常工作时的打点周期等于交变电流频率的倒数,由交变电流的频率决定,故B正确,A、C、D错误。(2)在释放小车前,小车要靠近打点计时器,故A正确;打点计时器应放在长木板没有滑轮的一端,故B错误;应先接通电源,后释放小车,故C错误;电火花计时器应使用220 V的交变电源,故D错误。
对点演练2.(2023山东日照高一月考)如图所示,这是用手拉动纸带通过打点计时器得到的点迹,已知打点计时器所接电源的周期为T,要计算打点计时器打E点时纸带的瞬时速度,下列做法误差最小的是(　　)
解析 平均速度 ,当Δt无限趋近于零时,平均速度就近似等于中间时刻的瞬时速度,所以时间越短、位移越小,平均速度越接近瞬时速度,误差越小,A错误,B正确;若取D、E或E、F两点间的距离,Δt无限趋近于零时,平均速度不是E点的瞬时速度,而是两段中点的瞬时速度,所以误差较大,C、D错误。
1.(实验注意事项)在探究小车速度随时间变化的规律实验中,下列说法正确的是(　　)A.小车在钩码的牵引下运动时只需打一条纸带,然后进行数据处理B.为使测量更为严谨,应把打下的第一个点作为第一个测量点C.为了便于测量,应舍掉开头一些过于密集的点,找一个适当的点当作计时起点D.两相邻测量点间的时间间隔必须是0.1 s
解析 小车在钩码的牵引下运动时,采用多次测量,打出多条纸带,进行数据处理,有利于减小误差,故A错误;纸带上开始时密集的点,点距过小,测量误差较大,故应舍去,找一个适当的点当作计时起点,故B错误,C正确;选取测量点,可增加测量距离,减小测量过程所产生的误差,两相邻测量点间的时间间隔不一定取0.1 s,故D错误。
2.(误差分析)(2023江苏苏州高一月考)在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,下列方法不利于减小实验误差的是(　　)A.在纸带上,每五个点选取一个点作为计数点B.使小车运动的加速度尽量大些C.舍去纸带上密集的点,只利用点迹清晰、点间间隔适当的一部分进行测量、计算D.选用各处平整程度和光滑程度不相同的长木板做实验
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,相对误差较小,A不符合题意;在实验中,如果小车运动的加速度过小,打出的点会很密,长度测量的相对误差较大,测量准确度会降低,因此小车的加速度略大一些较好,B不符合题意;为了减小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,C不符合题意;如果实验中所用长木板各部分的平整程度和光滑程度不同,小车的速度变化会不均匀,从而导致实验误差增大,D符合题意。
3.(实验注意事项和数据处理)某同学用如图甲所示的实验装置探究物体的速度与时间的关系:
(1)电磁打点计时器接　　　　　　　　　(选填“低压直流”“低压交变”或“220 V交变”)电源。 (2)实验时,使小车靠近打点计时器,先　　　　　　　再　　　　　　　。(均选填“接通电源”或“放开小车”) (3)若所接电源的频率是50 Hz,则每隔　　　　 s打一个点。 (4)图乙是绘出的小车速度—时间关系图像,根据图像求出小车的加速度为a=　　　　 m/s2。(保留三位有效数字)