第2章 1 实验：探究小车速度随时间变化的规律(课件PPT)-【精讲精练】2024-2025学年高中物理必修第一册（人教版2019）

第二章　匀变速直线运动的研究 1　实验：探究小车速度随时间变化的规律 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 预习案 必备知识·问题导学 01 探究案 关键能力·互动探究 02 提升案 随堂演练·基础落实 03 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 01 预习案 必备知识·问题导学 栏目导航 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 刻度尺 低压交流电源 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 02 探究案 关键能力·互动探究 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 03 提升案 随堂演练·基础落实 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 谢谢观看 栏目导航 第二章　匀变速直线运动的研究 1 科学 探究 1．进一步练习使用打点计时器。 2．能从纸带上获取实验数据计算各点的瞬时速度。 3．学会用图像法处理实验数据，并能根据v­t图像描述小车运动速度随时间的变化规律。 一、实验器材 电磁打点计时器(或电火花计时器)、复写纸、导线、小车、纸带、细绳、槽码、__________、________________、带有定滑轮的长木板。 二、进行实验 利用打点计时器、纸带、复写纸、交变电源、小车、细绳、一端附有定滑轮的长木板、刻度尺、钩码、导线等器材测量匀变速直线运动的加速度。 (1)实验的原理和方法是什么？ 答：把纸带跟运动的物体连接在一起，并穿过打点计时器。当小车带动纸带运动的时候，打点计时器就会在纸带上打下一系列的点。这样纸带上的点不但记录了物体的运动时间，而且相应地表示运动物体在不同时刻的位置。研究这些点的情况，就可以测量物体运动的加速度。 (2)本实验要解决的关键问题是什么？ 答：让小车做匀变速直线运动。 (3)试写出实验步骤。 答：略。 三、数据分析 1．求各计数点的瞬时速度 (1)各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替，即v1＝eq \f(Δx1＋Δx2,2T)，v2＝eq \f(Δx2＋Δx3,2T)，… T为相邻两个计数点间的时间间隔，若交流电源频率为50 Hz，每5个点取一个计数点(中间隔4个点)，则T＝0.1 s。 (2)设计表格并记录相关数据，根据表格数据，分析速度随时间的变化。 位置编号 0 1 2 3 4 5 6 时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 v1/(m·s－1) v2/(m·s－1) v3/(m·s－1) 2．作出小车运动的v­t图像 (1)以速度v为纵轴，t为横轴。 (2)定标度：坐标轴的标度选取要合理，应使图像大致布满坐标纸。 (3)描点：在坐标纸上描出各个坐标点的位置。 (4)连线：用一条平滑的曲线或直线“拟合”这些点。 3．实验时能否先释放小车再接通电源？ 答：不能。应先接通电源再释放小车。 四、注意事项 1．按装置时应注意什么？ 答：让细绳、纸带与木板平行，且细绳、纸带、限位孔要在一条直线上。 2．开始释放小车时，应注意什么？ 答：让小车靠近打点计时器。 一、对实验原理和实验操作的考查 在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，某同学按以下实验步骤操作，其中错误或遗漏的步骤有(遗漏步骤可编上序号F，G，…) A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处放开纸带，再接通电源 B．将打点计时器固定在平板上，并接好电路 C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的槽码 D．取下纸带 E．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔 (1)所列步骤中有错误的是_________________________________。 (2)遗漏的步骤： _________________________________。 (3)将以上步骤完善后写出合理的步骤顺序： __________________。 [解析]　(1)步骤A中应先通电，再放开纸带，顺序不能颠倒；D中取下纸带前应先断开电源。 (2)遗漏的步骤F.换上新纸带，重复实验两次。 (3)步骤完善后，合理的实验步骤顺序为BCEADF。 [答案]　(1)A中应先通电，再放开纸带;D中取下纸带前应先断开电源 (2)F.换上新纸带，重复实验两次 (3)BCEADF 二、实验数据处理 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点(A点为第一个点)，相邻计数点间的时间间隔T＝0.1 s。 (1)根据__________________________________计算各点的瞬时速度，则vD＝________m/s，vC＝________m/s，vB＝________m/s。 (2)在如图所示坐标系中画出小车的v­t图线，并根据图线求出a＝________。 (3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度的物理意义：_________________________________________________________。 [解析]　(1)若时间较短，平均速度可以代替中间时刻的瞬时速度。 D点的瞬时速度vD＝eq \f(xCE,2T)＝eq \f(78.00 cm,0.2 s)＝390 cm/s＝3.90 m/s C点的瞬时速度vC＝eq \f(xBD,2T)＝eq \f(52.80 cm,0.2 s)＝264 cm/s＝2.64 m/s B点的瞬时速度vB＝eq \f(xAC,2T)＝eq \f(27.60 cm,0.2 s)＝138 cm/s＝1.38 m/s。 (2)由(1)中数据画出小车的v­t图像如下图所示，由图线的斜率可求得小车的加速度a＝eq \f(Δv,Δt)＝12.6 m/s2。 (3)将图线延长后，与纵轴的交点的速度表示零时刻小车经过A点的速度大小。 [答案]　(1)利用某段时间内的平均速度表示中间时刻的瞬时速度　3.90　2.64　1.38 (2)见解析图　12.6 m/s2 (3)表示零时刻小车经过A点的速度大小 数据处理的注意事项 (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点为中间时刻的前、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。　 1．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，找一个适当的点作为计时起点 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，找一个适当的点作为计时起点，故B错误，C正确；选取计数点，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。 答案　C 2．(多选)(2023·南昌高一检测)在用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，下列关于作出v­t图像的说法中，正确的是(　　) A．只要确定了v­t图像中的两点，就可以得出小车运动的v­t图像，因此，实验只需要测出两组数据 B．作出v­t图像时，所取的点越多，图线就越准确 C．作出的v­t图线应该通过所有的点，图线曲折也可以 D．对于偏离直线较远的点，说明误差太大，应舍去 解析　作v­t图像时，选取的点越多，作出的图线越准确，但由于实验存在误差，同一次实验得到的各点不可能全部在同一直线上，因此，应使落不到直线上的点均匀分布在直线的两侧，以减小实验造成的误差。 答案　BD 3．在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，下列做法不能减小实验误差的是(　　) 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，在用直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A不选；在实验中，如果小车运动的加速度过小，打出的点很密，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，因此选B；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，因此C不选；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，从而导致实验误差的增大，因此在实验前对所用长木板进行挑选、检查是必要的，所以D不选。 答案　B 4．用速度传感器“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，测得小车经过各时刻的瞬时速度如下： 时刻/s 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 瞬时速度/(cm·s－1) 44.0 62.0 81.0 100.0 118.0 138.0 为了求出加速度，最合理的方法是(　　) A．根据任意两个计数点的速度，用公式a＝eq \f(Δv,Δt)算出加速度 B．根据实验数据作出v­t图像，量出其倾角θ，用公式a＝tan θ算出加速度 C．根据实验数据画出v­t图像，由较远两点所对应的速度及时间，用公式a＝eq \f(Δv,Δt)算出加速度 D．依次算出通过连续两个计数点间的加速度，算出平均值即为小车的加速度 解析　方法A虽能求出其加速度，由于只利用了其中的两组数据，偶然误差较大，故A错误；作图法是求物体加速度的一个行之有效的方法，具有减小偶然误差的效果，但方法B也是不用的，因两坐标轴的分度大小往往是不相等的，也就是说同一组数据，可以画出许多倾角不同的图线，再加上测量角度时测量误差较大，故不能被采用，故B错误；根据实验数据画出v­t图像，由图线上较远两点所对应的速度及时间，用公式a＝eq \f(Δv,Δt)算出加速度，选较远的两点可以减小误差，故C正确；方法D也具有与方法A相同的缺点，如a1＝eq \f(v2－v1,T)，a2＝eq \f(v3－v2,T)，…，a5＝eq \f(v6－v5,T)，求平均值时，a＝eq \f(v6－v1,5T)，只用了v6和v1两组数据，偶然误差较大，故D错误。 答案　C $$