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试讲课ppt课件

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一、实验原理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内的平均速度作为打该计数点时小车的瞬时速度。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加速度的大小,如果v-t图像是一条倾斜的直线,说明物体的速度是均匀变化的。 二、实验器材打点计时器、学生电源、复写纸、纸带、导线、一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、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.把一条细绳拴在小车上,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。
正误辨析1.打点计时器应固定在有滑轮的一端。(　　)2.打点计时器直接放在长木板上,不需固定。(　　)3.实验时,先让小车运动,再打开电源开关。(　　)4.释放小车的位置应远离打点计时器。(　　)
答案:×　解析:打点计时器应固定在远离滑轮的一端。
答案:×　解析:打点计时器应固定在木板上,防止打点计时器移动。
答案:×　解析:实验时,应先开电源开关,再释放小车。
答案:×　解析: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。
数据分析情景探究下面是一位同学用打点计时器打的一条纸带,他从点迹清楚处开始选取相邻的A、B、C、D、E、F六个点,用刻度尺测量各点间的距离,如图所示。利用测量的数据求B、C、D、E各点的速度大小?怎样分析速度变化情况?
知识点拨1.挑选纸带并测量选择点迹清晰的纸带。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)
2.数据分析(1)表格法:①测量各计数点1、2、3、……到计时起点0的距离x。②分别计算出与所求点相邻的两计数点之间的距离Δx1、Δx2、Δx3、……。
③利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点1、2、3、4、5、6的瞬时速度,填入上面的表格中标有“v1”的一行。④计算增减钩码后两次实验的速度,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。②画一条直线,让这条直线通过尽可能多的点,不在线上的点均匀分布在直线的两侧,偏差比较大的点忽略不计,如图所示。③观察所得到的直线,分析物体的速度随时间的变化规律。④根据所画v-t图像求出小车运动的加速度a= 。
实例引导例1在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,利用打点计时器打出了如图所示的一条纸带,其中1、2、3、4、5、6、7均为计数点,且相邻的两个计数点之间都还有4个点没有画出来,已知电源的频率为50 Hz(打点周期T=0.02 s)。现测得x1=1.40 cm,x2=1.90 cm,x3=2.40 cm,x4=2.90 cm,x5=3.40 cm,x6=3.90 cm。(1)在打点计时器打出点2、3、4、5时,小车的速度分别为v2=　　　　 cm/s,v3=　　　　 cm/s,v4=　　　　 cm/s,v5=　　　　 cm/s。 
(2)在如图所示的坐标纸上作出速度—时间图像。(3)根据作出的速度—时间图像,求出小车的加速度为　　　　 m/s2(结果保留小数点后两位数字)。 
答案:(1)16.50　21.50　26.50　31.50　(2)见解析图(3)0.50(0.47~0.53)
易错提醒(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。
变式训练1在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,打点计时器使用的交流电的频率为50 Hz,记录小车运动的纸带如图所示,在纸带上选择0、1、2、3、4、5的6个计数点,相邻两计数点之间还有四个点未画出,纸带旁并排放着带有最小分度为毫米的刻度尺,零点跟“0”计数点对齐,由图可以读出三个计数点1、3、5跟0点的距离填入下列表格中。
计算小车通过计数点“2”的瞬时速度表达式为　　　　　,具体数值为v2=　　　　　　 m/s,小车的加速度是a=　　　　　 m/s2。 
实验注意事项和误差分析情景探究在探究小车速度随时间变化的规律实验中,某同学释放小车之前的装置如图所示,请指出该装置图中存在的两处明显错误。
要点提示(1)细线与木板不平行;(2)小车离电磁打点计时器太远;(3)打点计时器接的是直流电源(选任意两项作答即可)。
知识点拨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)。
2.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图像时单位选择不合适或人为作图不准。
实例引导例2(多选)在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,我们使用了打点计时器。关于实验注意事项及打出的纸带经测量的实验数据的处理,下列叙述正确的有 (　　)A.一定要使用电磁打点计时器,因为电火花计时器需220 V交变电流,不安全B.要从打出的几条纸带中选择点迹清晰且各点排成一条直线的纸带进行测量,测量时还要舍掉开头一些过于密集的点迹,必要时应该选取计数点进行测量C.要选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验D.可以采用作v-t图像的方法来处理数据,是哪种运动便一目了然
答案:BCD　解析:只要操作正规,不存在安全问题,而且使用电火花计时器阻力小,A错误;所打点要清晰而且在一条直线上,为了减小实验误差,可以每隔几个点作为一个计数点,B正确;选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验可减小误差,C正确;图像法处理数据更直观,给人一目了然的感觉,D正确。
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
答案:C　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.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　　　　　　　　　(填“低压直流”“低压交流”或“220 V交流”)电源。 (2)实验时,使小车靠近打点计时器,先　　　　　　　再　　　　　　　　　。(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　　　　秒打一个点。 
(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)