2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律 课件-2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

新教材高中物理·必修一 探天地之美，析万物之理 2.1实验1:探究小车速度随时间变化的规律 新课导入 初中已经学过，可以用频闪照相的方法同时记录物体运动的时刻和位置。 电磁打点计时器 基本原理：当接通电源后，线圈产生磁场，放在线圈中的振片被磁化，由于线圈通的是交变电流，电流方向不断变化，振片就会因反复地受到向上、向下的吸引而不停地振动，于是振针通过复写纸在运动的纸带上打出一行点迹。 工作电压：约8V交流电源 工作频率：50Hz（每秒打50个点） 打点周期：0.02s（每0.02秒打一个点） 阻力来源：纸带与限位孔、复写纸；纸带与振针之间的摩擦力。 电火花打点计时器 基本原理：当接通电源，按下脉冲输出开关时，打点计时器发出的脉冲电流经过放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上就打出一行点迹。 工作电压：220V的交流电源 工作频率：50Hz（每秒打50个点） 打点周期：0.02s（每0.02秒打一个点） 阻力来源：纸带与限位孔、墨粉纸盘之间摩擦力。 两种打点计时器的比较 项目 电磁打点计时器 电火花打点计时器 打点原理 电磁作用下振针上下周期性振动打点 脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴放电打点 使用电源 约为8 V、50Hz交变电源 220 V、50Hz交变电源 打点周期 0.02 s 0.02 s 阻力 来源 纸带与限位孔、复写纸的摩擦，纸带与振针的摩擦 纸带与限位孔、墨粉纸盘的摩擦，比前者小 说明：电火花打点计时器比电磁打点计时器更准确 纸带运动方向 从点迹粗略判断物体运动性质 点迹分布均匀→相等的时间内位移相等→匀速直线运动 A B 点迹越来越稀疏→相等的时间内位移增大→加速直线运动 C D 点迹先疏后密→相等的时间内位移先增大后减小→先加速后减速 计时点和计数点 0 1 2 3 0 1 2 3 （每五个点取一个计数点） (每隔四个点取一个计数点） （相邻两个计数点间有4个点未画出） 计时点：纸带上打出的每个点称为计时点，相邻两个计时点之间的时间间隔为0.02s。 计数点：研究时选取的用字母或数字标记的点称为计数点。 相邻两个计数点之间的时间间隔为0.02x5=0.1s 从纸带上计算平均速度 打点计时器(电源频率为50 Hz)纸带记录如图，从A点开始每5个点取一个计数点，求AE段与BD段的平均速度。 D F D F D F 从纸带上计算瞬时速度 瞬时速度：物体在某一时刻（或某一位置）的速度。 极限法:用一小段时间内的平均速度近似代替这段时间内某点的瞬时速度。所取的时间间隔越小，计算出的瞬时速度就越精确。 总结：纸带上求平均速度和瞬时速度 如图选取计数点，若相邻两个计数点之间的时间间隔为T。 (1)O到G这段位移内的平均速度大小为 。 (2)B到F这段位移内的平均速度大小为 。 (3)A、B、C、D…各点的瞬时速度分别为： vA＝ 、vB＝ 、vC＝ 、vD＝ … 算一算 在用打点计时器(电源频率为50 Hz)研究物体做初速度为零且速度逐渐增大的直线运动的某次实验中，纸带的记录如图所示，图中前几个点模糊，因此从A点开始每5个点取一个计数点，试根据纸带求解以下问题： (1)纸带的哪一端与物体相连？(2)相邻两个计数点间的时间间隔是多少？(3)BD段对应的平均速度是多大？(4)打C点时瞬时速度是多大？ 左端 0.1s 1.861m/s 1.861m/s 注意事项 (1)如果纸带上数出n个点，那么它们的间隔数是(n－1)个，它们的时间间隔为(n－1)×0.02 s.(2)使用打点计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再拉动纸带．(3)手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集.(4)使用电火花计时器时，应注意把纸带正确穿好，墨粉纸盘位于纸带上方，使用电磁打点计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面．(5)打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立即关闭电源． s12 1 2 x12=7.32cm 注意事项 s12 1 2 3 x13=11.10cm (6)测量及读数规范：对纸带进行测量时，应选择点迹清晰的部分，测量时不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量完毕(可先统一测量出各个测量点到起始点O之间的距离)．读数应估读到毫米的下一位． 注意事项 实验1：探究小车速度随时间变化的规律 实验视频 实验1：探究小车速度随时间变化的规律 实验原理 1.利用纸带计算瞬时速度:以纸带上某点为中间时刻取一小段位移,用这段位移的平均速度表示该点的瞬时速度。 2.用v-t图像表示小车的运动情况:以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系,用描点法画出小车的v-t图像,图线的斜率表示加速度的大小,如果v-t图像是一条倾斜的直线,说明小车的速度是均匀变化的。 实验1：探究小车速度随时间变化的规律 实验器材 打点计时器、交流电源、纸带、一端附有定滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、坐标纸。 实验步骤 实验1：探究小车速度随时间变化的规律 1.把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面,打点计时器固定在长木板没有滑轮的一端,连接好电路。 2.把一条细绳拴在小车上,使细绳跨过滑轮,下面挂上适当的槽码,把纸带穿过打点计时器,并把纸带的一端连在小车的后面。 实验步骤 实验1：探究小车速度随时间变化的规律 3.把小车停在靠近打点计时器的位置,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,随后立即关闭电源。 4.换上新纸带,重复操作两次。 数据处理 实验1：探究小车速度随时间变化的规律 1.挑选纸带并测量 在打出的纸带中选择一条点迹最清晰的。为了便于测量,舍掉开头一些过于密集的点迹,找一个适当的点当作计时起点(0点),每5个点(相隔0.1 s)取一个计数点进行测量,如图所示。(相邻两点间还有4个点未画出,电源频率为50 Hz) 数据处理 实验1：探究小车速度随时间变化的规律 2.瞬时速度的计算和记录 (1)计算方法:时间间隔很短时,可用某段时间内的平均速度表示这段时间内某一时刻的瞬时速度，即： 例如，图中计数点4的速度： （其中T=0.1s） (2)设计表格并记录相关数据 数据处理 实验1：探究小车速度随时间变化的规律 3.作出小车运动的v-t图像 (1)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。 (2)描点:在坐标纸上描出各个坐标点的位置。 (3)连线:用一条平滑的曲线或直线“拟合”这些点。 数据处理 实验1：探究小车速度随时间变化的规律 注意：画直线的时候，要尽可能使所有点落在同一直线上或均匀分布在直线两侧，误差较大的点要舍弃。 O v t 误差较大 实验结论 实验1：探究小车速度随时间变化的规律 如果画出的v-t图像是一条倾斜的直线,说明小车做速度均匀变化的直线运动。图像和纵轴的交点（纵截距）表示开始计时时小车的速度——初速度。 初速度 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,等打点稳定后,再释放小车。 3.打点完毕,立即关闭电源。 4.选取一条点迹清晰的纸带,舍掉开头点迹密集部分,选取适当的计数点(注意计数点与计时点的区别),弄清楚所选的时间间隔T等于多少。 5.要逐次测量各段距离,应尽可能地一次测量完毕。 6.在坐标纸上画v-t图像时,注意坐标轴单位长度的选取,应使图像大致布满坐标纸。 注意事项 实验1：探究小车速度随时间变化的规律 （P31）【例题1】 在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,某同学操作中有以下实验步骤,其中有错误或遗漏的步骤。(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,断开电源 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:  　 。  AD F:换上新纸带,重复实验三次 BECADF （P32）【例题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0、1、2、3、4、5、6共7个测量点。其中相邻点间的距离如图甲所示,每两个相邻的测量点之间的时间间隔为0.1 s,则: 甲 (1)根据纸带上各个测量点间的距离,某同学已将1、2、3、5点对应的瞬时速度进行计算并填入表中,请你将4点对应的瞬时速度填入表中。(要求保留三位有效数字) 瞬时速度 v1 v2 v3 v4 v5 数值/(m·s-1) 0.165 0.214 0.263   0.363 0.495 (2)在图乙所示直角坐标系中画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。 (3)由图像求小车的加速度a。(保留三位有效数字) （P33）1.(多选)(实验操作)关于用打点计时器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.打点计时器应固定在长木板上,且靠近滑轮一端 B.开始实验时小车应靠近打点计时器一端 C.应先接通电源,待打点稳定后再释放小车 D.牵引小车的钩码个数越多越好 BC （P33）2.(多选)(数据处理)在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,下列关于作v-t图像的说法正确的是(　　) A.只要确定了v-t图像中的两点,就可以得到小车运动的v-t图像,因此,实验只需要测出两组数据 B.作v-t图像时,所取的点越多,图像就越准确 C.作出的v-t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 BD （P33）3.(误差分析)在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,下列说法正确的是(　　) A.长木板一定要水平放置 B.为了减小误差,在纸带上选计数点时必须每隔四个点取一个计数点 C.使用刻度尺测量计数点间的距离时,要估读到分度值的下一位 D.用v-t图线处理数据时,所描图线必须经过每一个点 C （P33）4.(数据处理)在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,打点计时器使用的交变电流的频率为50 Hz,记录小车运动的纸带如图所示,在纸带上选取0、1、2、3、4、5共六个计数点,相邻的两个计数点之间还有四个点没有画出。纸带旁并排放着毫米刻度尺,零点跟计数点“0”对齐。由图可以读出1、3、5三个计数点跟“0”点的距离x1、x3、x5,请将测量值填入下表中。 距离 x1 x3 x5 测量值/cm       则小车通过计数点2的瞬时速度为　　 m/s;小车通过计数点4的瞬时速度为　 m/s;小车的加速度是　 m/s2。 0.21 0.33 0.60 1.20 5.40 12.00 $$