人教版（2019）高中物理必修一 2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律 课件(共29张PPT)
文档属性
| 名称 | 人教版（2019）高中物理必修一 2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律 课件(共29张PPT) |
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| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 20.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-01-09 00:00:00 | ||
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文档简介
(共29张PPT)
1 实验：探究小车速度随时间变化的规律
寻求一种运动的特点和规律，一般要从某个具体事例 开始。这一节我们研究小车在重物牵引下的运动，看看小车的速度是怎样随时间变化的。
一、实验思路：
如图所示，把一端带有滑轮的长铝板平放在实验桌上，铝板上放一个可以左右移动的小车，小车一端连接穿过打点计时器的纸带，另一端连接绕过滑轮系有槽码的细绳. 小车在槽码的牵引下运动，通过研究纸带上的信息，就可以知道小车运动的速度是怎样随时间变化的．
小车在重物牵引下沿平板运动的实验装置
二、进行实验
把小车停在靠近打点计时器的位置。启动计时器，然后放开小车，让它拖着纸带运动。于是，打点计时器在纸 带上打下一行小点。随后，立即关闭电源。 增减所挂的槽码（或在小车上放置重物），更换纸带， 再做两次实验。
1．巩固对打点计时器的使用及利用纸带求瞬时速度。
2．学会用实验探究小车速度随时间变化的规律，学会用v t图像处理实验数据。
3．探究小车在重物牵引下运动速度随时间变化的规律。
（一）实验目的
2．用描点法作出小车的v t图象，根据图象的形状判断小车的运动性质．若所得图象为一条倾斜直线，则表明小车做匀变速直线运动．利用v t图象求出小车的加速度．
（四）实验步骤
1．如图所示，把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，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．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上钩码，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，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列小点．
4．换上新的纸带，重复实验两次．
5．增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验．
1．如图所示，把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，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．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上钩码，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，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列小点．
4．换上新的纸带，重复实验两次．
5．增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验．
三、数据记录处理与分析
(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、…，如图所示．
1．测量并记录数据：
①纯天然的两个相邻计时点的时间 t=0.02s
②两个计数点之间的时间比较复杂
(2) 采集数据的方法:分别计算出相邻的两计数点之间的位移x1、x2、x3、…。如图所示，一般不是直接测量相邻两个计数点间的距离，而是先测量出各个计数点到计时零点的距离x1、x2、x3、x4、x5，再计算出相邻的两个计数点的距离.Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4.
例如：
Δx1＝xAB=24.00mm，
Δx2＝xAC－xAB=52.00-24.00=28.00mm
Δx3＝xAD－xAC =84.00-52.00=32.00mm
Δx4＝xAE－xAD =120.00- 84.00=36.00mm
2．根据表格中的数据，分析速度随时间变化的规律——图象法
3、利用实验数据求加速度的方法
六、注意事项
1．开始释放小车时，应使小车靠进打点计时器．
2．先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再释放小车．
3．打点完毕，立即断开电源．
4．选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少．
5．要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰，当小车到达滑轮前及时用手按住．
6．要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点，一般在纸带上每隔4个点取一个计数点，即时间间隔为t＝ 0.1 s.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
7．在坐标纸上画v t图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象尽量分布在较大的坐标平面内.如果坐标系中的数据点大致落在一条直线上，作图线时应使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应均匀分布在直线两侧；如果图线是曲线，要用平滑的曲线连接各点。
8、如果作出的v t图像是一条直线，则直线的斜率表示加速度a的大小．
五、误差分析
1．木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀．
2．根据纸带测量的位移有误差，从而计算出的瞬时速度有误差．
3．作v t图象时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差．
介绍：粘贴法处理纸带
1、方法：鉴于纸带的宽度相同，可以选择一条点迹清晰的纸带，选出计数点，然后将纸带从计数点处剪下，连续减下，连续减下4-5段，然后将所得小纸带底边（断口处）对齐并列贴在坐标系中。
2、运动性质的判定：若利用粘贴法处理纸带时，横轴代表纸带宽度，纵轴代表相同相邻时间间隔内物体发生的位移。纵坐标之差即代表相邻的相等时间间隔的位移差Δx，由于速度均匀变化的直线运动相邻的相等时间内速度增量是定值，则相邻的相等时间间隔的位移差Δx也是相等的。因此若Δx为定值，则物体做速度均匀变化的直线运动。
3、原理：如下图所示，可以看出粘贴法得到的图像等效于v-t图像
1．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法中错误的是( )
A．木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低
B．在释放小车前，小车应停在靠近打点计时器的位置
C．应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车
D．要在小车到达滑轮前使小车停止运动
解析：选A 木板不能侧向倾斜是对的，否则小车在运动中不能沿直线运动，很有可能侧向滑离木板；但如果一端高一端低，小车仍然做匀变速直线运动，这样对实验并没有影响，故A错误。
课堂练习
2、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长木板的没有滑轮的一端，并连好电路
C．换上新的纸带，再重复实验两次
D．把长木板平放在实验桌上，并将滑轮伸出桌面
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，另一端挂着合适的钩码
G．断开电源，取出纸带
解析：DBFAEGC
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，打点计时器固定在长木板的没有滑轮的一端，并连好电路，将一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，另一端挂上合适的钩码，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实验，即顺序为DBFAEGC。
3、小明同学按如图所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验。
(1)（多选）释放小车时，实验装置如图甲所示，指出该装置或操作中错误的是__。
A．电磁打点计时器接在直流电源上了
B．小车质量没有远大于槽码质量
C．小车离打点计时器过远
(2)如图乙为改正装置后打下的一条纸带的中间部分，A、B、C、D为其中连续打出的四个点(已知打点计时器打点时间间隔T＝0.02 s)。由于操作不慎，C点模糊了，小明仍用此纸带来研究。从图上可以读得A点在刻度尺上位置的读数为_______cm，在打下C点时小车的速度最接近于________m/s(结果保留三位有效数字)。
4、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。其相邻点间的距离如图所示，每两个相邻的测量点之间的时间间隔为0.10 s，试完成下面问题。
(1)根据纸带上各个测量点间的距离，某同学已将1、2、3、5点对应的时刻的瞬时速度进行计算并填入表中，请你将4点对应的时刻的瞬时速度填入表中。(要求保留3位有效数字)
(2)在图中所示的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)由图象求出小车的加速度a＝________ m/s2。
5、在探究“小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器接在50 Hz的低压交流电源上，某同学在打出的纸带上每5个点取一个计数点，共取了A、B、C、D、E、F六个计数点，如图甲所示。从每一个计数点处将纸带剪开分成五段(分别为a、b、c、d、e段)，将这五段纸带由短到长紧靠，但不重叠地粘在xOy坐标系中，如图乙所示，由此可以得到一条表示v t关系的图线。
(1)请在图乙中用最简洁的方法作出能表示v t关系的图线(作答在图上)，其________(填“x”或“y”)轴相当于v轴。
(2)从第一个计数点开始计时，为求出0.15 s时刻的瞬时速度，需要测出________(填“a、b、c、d、e”中的一个)段纸带的长度。
(3)若测得a段纸带的长度为2.0 cm，e段纸带的长度为10.0 cm，则可求出加速度的大小为________m/s2。
1 实验：探究小车速度随时间变化的规律
寻求一种运动的特点和规律，一般要从某个具体事例 开始。这一节我们研究小车在重物牵引下的运动，看看小车的速度是怎样随时间变化的。
一、实验思路：
如图所示，把一端带有滑轮的长铝板平放在实验桌上，铝板上放一个可以左右移动的小车，小车一端连接穿过打点计时器的纸带，另一端连接绕过滑轮系有槽码的细绳. 小车在槽码的牵引下运动，通过研究纸带上的信息，就可以知道小车运动的速度是怎样随时间变化的．
小车在重物牵引下沿平板运动的实验装置
二、进行实验
把小车停在靠近打点计时器的位置。启动计时器，然后放开小车，让它拖着纸带运动。于是，打点计时器在纸 带上打下一行小点。随后，立即关闭电源。 增减所挂的槽码（或在小车上放置重物），更换纸带， 再做两次实验。
1．巩固对打点计时器的使用及利用纸带求瞬时速度。
2．学会用实验探究小车速度随时间变化的规律，学会用v t图像处理实验数据。
3．探究小车在重物牵引下运动速度随时间变化的规律。
（一）实验目的
2．用描点法作出小车的v t图象，根据图象的形状判断小车的运动性质．若所得图象为一条倾斜直线，则表明小车做匀变速直线运动．利用v t图象求出小车的加速度．
（四）实验步骤
1．如图所示，把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，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．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上钩码，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，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列小点．
4．换上新的纸带，重复实验两次．
5．增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验．
1．如图所示，把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，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．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上钩码，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，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列小点．
4．换上新的纸带，重复实验两次．
5．增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验．
三、数据记录处理与分析
(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、…，如图所示．
1．测量并记录数据：
①纯天然的两个相邻计时点的时间 t=0.02s
②两个计数点之间的时间比较复杂
(2) 采集数据的方法:分别计算出相邻的两计数点之间的位移x1、x2、x3、…。如图所示，一般不是直接测量相邻两个计数点间的距离，而是先测量出各个计数点到计时零点的距离x1、x2、x3、x4、x5，再计算出相邻的两个计数点的距离.Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4.
例如：
Δx1＝xAB=24.00mm，
Δx2＝xAC－xAB=52.00-24.00=28.00mm
Δx3＝xAD－xAC =84.00-52.00=32.00mm
Δx4＝xAE－xAD =120.00- 84.00=36.00mm
2．根据表格中的数据，分析速度随时间变化的规律——图象法
3、利用实验数据求加速度的方法
六、注意事项
1．开始释放小车时，应使小车靠进打点计时器．
2．先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再释放小车．
3．打点完毕，立即断开电源．
4．选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少．
5．要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰，当小车到达滑轮前及时用手按住．
6．要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点，一般在纸带上每隔4个点取一个计数点，即时间间隔为t＝ 0.1 s.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
7．在坐标纸上画v t图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象尽量分布在较大的坐标平面内.如果坐标系中的数据点大致落在一条直线上，作图线时应使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应均匀分布在直线两侧；如果图线是曲线，要用平滑的曲线连接各点。
8、如果作出的v t图像是一条直线，则直线的斜率表示加速度a的大小．
五、误差分析
1．木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀．
2．根据纸带测量的位移有误差，从而计算出的瞬时速度有误差．
3．作v t图象时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差．
介绍：粘贴法处理纸带
1、方法：鉴于纸带的宽度相同，可以选择一条点迹清晰的纸带，选出计数点，然后将纸带从计数点处剪下，连续减下，连续减下4-5段，然后将所得小纸带底边（断口处）对齐并列贴在坐标系中。
2、运动性质的判定：若利用粘贴法处理纸带时，横轴代表纸带宽度，纵轴代表相同相邻时间间隔内物体发生的位移。纵坐标之差即代表相邻的相等时间间隔的位移差Δx，由于速度均匀变化的直线运动相邻的相等时间内速度增量是定值，则相邻的相等时间间隔的位移差Δx也是相等的。因此若Δx为定值，则物体做速度均匀变化的直线运动。
3、原理：如下图所示，可以看出粘贴法得到的图像等效于v-t图像
1．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法中错误的是( )
A．木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低
B．在释放小车前，小车应停在靠近打点计时器的位置
C．应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车
D．要在小车到达滑轮前使小车停止运动
解析：选A 木板不能侧向倾斜是对的，否则小车在运动中不能沿直线运动，很有可能侧向滑离木板；但如果一端高一端低，小车仍然做匀变速直线运动，这样对实验并没有影响，故A错误。
课堂练习
2、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长木板的没有滑轮的一端，并连好电路
C．换上新的纸带，再重复实验两次
D．把长木板平放在实验桌上，并将滑轮伸出桌面
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，另一端挂着合适的钩码
G．断开电源，取出纸带
解析：DBFAEGC
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，打点计时器固定在长木板的没有滑轮的一端，并连好电路，将一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，另一端挂上合适的钩码，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实验，即顺序为DBFAEGC。
3、小明同学按如图所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验。
(1)（多选）释放小车时，实验装置如图甲所示，指出该装置或操作中错误的是__。
A．电磁打点计时器接在直流电源上了
B．小车质量没有远大于槽码质量
C．小车离打点计时器过远
(2)如图乙为改正装置后打下的一条纸带的中间部分，A、B、C、D为其中连续打出的四个点(已知打点计时器打点时间间隔T＝0.02 s)。由于操作不慎，C点模糊了，小明仍用此纸带来研究。从图上可以读得A点在刻度尺上位置的读数为_______cm，在打下C点时小车的速度最接近于________m/s(结果保留三位有效数字)。
4、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。其相邻点间的距离如图所示，每两个相邻的测量点之间的时间间隔为0.10 s，试完成下面问题。
(1)根据纸带上各个测量点间的距离，某同学已将1、2、3、5点对应的时刻的瞬时速度进行计算并填入表中，请你将4点对应的时刻的瞬时速度填入表中。(要求保留3位有效数字)
(2)在图中所示的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)由图象求出小车的加速度a＝________ m/s2。
5、在探究“小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器接在50 Hz的低压交流电源上，某同学在打出的纸带上每5个点取一个计数点，共取了A、B、C、D、E、F六个计数点，如图甲所示。从每一个计数点处将纸带剪开分成五段(分别为a、b、c、d、e段)，将这五段纸带由短到长紧靠，但不重叠地粘在xOy坐标系中，如图乙所示，由此可以得到一条表示v t关系的图线。
(1)请在图乙中用最简洁的方法作出能表示v t关系的图线(作答在图上)，其________(填“x”或“y”)轴相当于v轴。
(2)从第一个计数点开始计时，为求出0.15 s时刻的瞬时速度，需要测出________(填“a、b、c、d、e”中的一个)段纸带的长度。
(3)若测得a段纸带的长度为2.0 cm，e段纸带的长度为10.0 cm，则可求出加速度的大小为________m/s2。