高中物理人教版 (2019)必修 第一冊1 實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律教課課件ppt

這是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一冊1 實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律教課課件ppt，共33頁。PPT課件主要包含了目錄索引，探究點(diǎn)一數(shù)據(jù)分析等內(nèi)容，歡迎下載使用。
基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識全過關(guān)
重難探究·能力素養(yǎng)全提升
學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)
一、實(shí)驗(yàn)原理 用短時(shí)間內(nèi)的平均速度代替1.瞬時(shí)速度的求法:計(jì)算打各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度,應(yīng)在計(jì)數(shù)點(diǎn)附近取一段很短的時(shí)間Δt,用Δt內(nèi)的　　　　　　作為打該計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度。 v-t圖像法?2.小車速度隨時(shí)間變化的探究方法:用描點(diǎn)法畫出小車的v-t圖像,圖線的斜率大小表示　　　　　的大小,如果v-t圖像是一條傾斜的直線,說明物體的速度是　　　　變化的。?二、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、復(fù)寫紙、　　　　、導(dǎo)線、一端帶有滑輪的長木板、　　　　、細(xì)繩、鉤碼、　　　　　、坐標(biāo)紙。?
三、實(shí)驗(yàn)步驟1.按圖所示,把一端帶有滑輪的長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上,并使滑輪伸出桌面。把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板上沒有滑輪的一端,連接好電路。
2.把一條細(xì)繩系在小車上,使細(xì)繩跨過定滑輪,下邊掛上合適的鉤碼。把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,并把紙帶的一端固定在小車的后面。3.把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處,先　　　　　　,后　　　　　　　　,讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列小點(diǎn),隨后立即關(guān)閉電源,取下紙帶。?4.增減所掛的鉤碼(或在小車上放置重物),更換紙帶,再做兩次實(shí)驗(yàn)。
易錯(cuò)辨析(1)在探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)固定在有滑輪的一端。(　　)(2)在探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器直接放在長木板上,不需固定。(　　)(3)在探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,先讓小車運(yùn)動(dòng),再閉合打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源的開關(guān)。(　　)
打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)固定在遠(yuǎn)離滑輪的一端。
打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)固定在木板上,防止打點(diǎn)計(jì)時(shí)器移動(dòng)。
實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)先閉合打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源的開關(guān),再釋放小車。
(4)在探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,釋放小車的位置應(yīng)遠(yuǎn)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。(　　)(5)在探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,打點(diǎn)完畢后立即關(guān)閉電源。(　　)
為了能使紙帶打上更多的點(diǎn),釋放小車的位置應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。
1.數(shù)據(jù)測量(1)在三條紙帶中選擇一條點(diǎn)跡最清晰的紙帶。(2)為了便于測量,一般舍掉紙帶開頭一些過于密集的點(diǎn)跡,找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)(0點(diǎn))。(3)每5個(gè)點(diǎn)(相隔0.1 s)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測量,如圖所示。(相鄰兩點(diǎn)中間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出)(4)采集數(shù)據(jù)的方法:不要直接測量兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,而是量出各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)時(shí)起點(diǎn)的距離d1、d2、d3、…然后算出相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離x1=d1,x2=d2-d1,x3=d3-d2,x4=d4-d3,…
2.數(shù)據(jù)分析(1)表格法:①瞬時(shí)速度的求解方法:時(shí)間間隔很短時(shí),可用某段時(shí)間的平均速度表示這段時(shí)間內(nèi)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度,即②設(shè)計(jì)表格并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)
③求得各計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、…的瞬時(shí)速度,填入上面表格中標(biāo)有“v1”的一行。④計(jì)算增減鉤碼后兩次實(shí)驗(yàn)中各點(diǎn)的速度,分別填入上面表格中標(biāo)有“v2”和“v3”的兩行內(nèi)。⑤根據(jù)表格的數(shù)據(jù),分析速度隨時(shí)間怎么變化。
(2)圖像法:①在坐標(biāo)紙上建立直角坐標(biāo)系,橫軸表示時(shí)間,縱軸表示速度,并根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn),作出v-t圖像。如果有些點(diǎn)難以落在曲線上,應(yīng)該使它們大致均勻地分布在曲線兩側(cè),如圖所示。②觀察所得到的圖線,如果圖線是一條傾斜直線,表示速度均勻變化。③根據(jù)所畫v-t圖像求出小車運(yùn)動(dòng)的加速度a= 。
【例1】 某同學(xué)在探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄了被小車拖動(dòng)的紙帶的運(yùn)動(dòng)情況,在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),其相鄰點(diǎn)間的距離如圖所示,每兩個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50 Hz。
(1)試根據(jù)紙帶上各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,計(jì)算出打下B、C、D、E、F五個(gè)點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度,并將各個(gè)速度值填入下表,要求保留小數(shù)點(diǎn)后3位。
(2)以A點(diǎn)對應(yīng)時(shí)刻為0時(shí)刻點(diǎn),將B、C、D、E、F各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度標(biāo)在直角坐標(biāo)系中,并畫出小車的瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線。
(3)由所畫速度—時(shí)間圖像求出小車加速度為　　　　　 m/s2。(結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后2位)?
(4)根據(jù)速度—時(shí)間圖像判斷,在打A計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí),小車的速度vA=　　　　　 m/s。(結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后2位)?
解析 (1)極短時(shí)間內(nèi)的平均速度等于該時(shí)刻的瞬時(shí)速度,兩個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為T=5×0.02 s=0.1 s,則B點(diǎn)速度 =0.400 m/s,F點(diǎn)的速度 =0.721 m/s。(2)根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系內(nèi)描出對應(yīng)點(diǎn),然后作出圖像如圖所示。
(3)由所畫圖像可知,加速度(4)圖線的縱截距表示A點(diǎn)的速度vA=0.32 m/s。
方法技巧　(1)處理紙帶時(shí),一定要分清計(jì)時(shí)點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn),搞清計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T。(2)利用極限思想將平均值過渡到瞬時(shí)值是物理學(xué)中常用的方法。紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于以此為中心的前、后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度。(3)標(biāo)度的選擇要結(jié)合數(shù)據(jù)及其分布特點(diǎn)制定,以使圖像在坐標(biāo)系中合理分布,大小適中。(4)作圖像一定用平滑的直線連接,并延長到與坐標(biāo)軸有交點(diǎn)。
對點(diǎn)演練1.在探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中打出的紙帶如圖所示,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50 Hz,每兩個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出。A點(diǎn)對準(zhǔn)刻度尺的0刻度線,從刻度尺上分別讀出B、C、D、E點(diǎn)到A點(diǎn)的距離備用,其中A、D兩點(diǎn)間的距離xAD=　　　　 cm,用讀出的數(shù)據(jù)求打出C點(diǎn)時(shí)紙帶的速度大小為vC=　　　　 m/s(保留3位有效數(shù)字)。?
解析 刻度尺的分度值為1 mm,D點(diǎn)讀數(shù)為5.85 cm,A、D兩點(diǎn)間距為xAD=5.85 cm;相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為t=5T=5×0.02 s=0.1 s,C點(diǎn)的速度等于BD段的平均速度,打出C點(diǎn)時(shí)紙帶的速度大小為
探究點(diǎn)二　實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)和誤差分析
1.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)開始釋放小車時(shí),應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。(2)應(yīng)該是先接通電源,再釋放小車。(3)實(shí)驗(yàn)完畢斷開電源,取下紙帶。(4)如打出的點(diǎn)較輕或是短線時(shí),應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫紙的高度。(5)選擇理想的紙帶,“理想”是指紙帶上的點(diǎn)跡清晰,舍棄點(diǎn)密集的部分,適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)(注意計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)時(shí)點(diǎn)的區(qū)別),弄清楚所選時(shí)間間隔T等于多少秒。(6)每打好一條紙帶,將定位軸上的復(fù)寫紙換個(gè)位置,以保證打點(diǎn)清晰。(7)不要分段測量各段位移,應(yīng)盡可能地一次測量完畢(可先統(tǒng)一量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)數(shù)起點(diǎn)0之間的距離)。
【例2】 在探究小車速度隨時(shí)間變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中:(1)電火花計(jì)時(shí)器正常工作時(shí),其打點(diǎn)的周期取決于　　　　;?A.交變電壓的高低B.交變電流的頻率C.墨粉紙盤的大小D.紙帶的長度(2)下列操作正確的有　　　　;?A.在釋放小車前,小車要靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)放在長木板有滑輪的一端C.應(yīng)先釋放小車,后接通電源D.電火花計(jì)時(shí)器應(yīng)使用低壓交變電源
解析 (1)電火花計(jì)時(shí)器正常工作時(shí)的打點(diǎn)周期等于交變電流頻率的倒數(shù),由交變電流的頻率決定,故B正確,A、C、D錯(cuò)誤。(2)在釋放小車前,小車要靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,故A正確;打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)放在長木板沒有滑輪的一端,故B錯(cuò)誤;應(yīng)先接通電源,后釋放小車,故C錯(cuò)誤;電火花計(jì)時(shí)器應(yīng)使用220 V的交變電源,故D錯(cuò)誤。
對點(diǎn)演練2.(2023山東日照高一月考)如圖所示,這是用手拉動(dòng)紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到的點(diǎn)跡,已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源的周期為T,要計(jì)算打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打E點(diǎn)時(shí)紙帶的瞬時(shí)速度,下列做法誤差最小的是(　　)
解析 平均速度 ,當(dāng)Δt無限趨近于零時(shí),平均速度就近似等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度,所以時(shí)間越短、位移越小,平均速度越接近瞬時(shí)速度,誤差越小,A錯(cuò)誤,B正確;若取D、E或E、F兩點(diǎn)間的距離,Δt無限趨近于零時(shí),平均速度不是E點(diǎn)的瞬時(shí)速度,而是兩段中點(diǎn)的瞬時(shí)速度,所以誤差較大,C、D錯(cuò)誤。
1.(實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng))在探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律實(shí)驗(yàn)中,下列說法正確的是(　　)A.小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)時(shí)只需打一條紙帶,然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理B.為使測量更為嚴(yán)謹(jǐn),應(yīng)把打下的第一個(gè)點(diǎn)作為第一個(gè)測量點(diǎn)C.為了便于測量,應(yīng)舍掉開頭一些過于密集的點(diǎn),找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)D.兩相鄰測量點(diǎn)間的時(shí)間間隔必須是0.1 s
解析 小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)時(shí),采用多次測量,打出多條紙帶,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,有利于減小誤差,故A錯(cuò)誤;紙帶上開始時(shí)密集的點(diǎn),點(diǎn)距過小,測量誤差較大,故應(yīng)舍去,找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn),故B錯(cuò)誤,C正確;選取測量點(diǎn),可增加測量距離,減小測量過程所產(chǎn)生的誤差,兩相鄰測量點(diǎn)間的時(shí)間間隔不一定取0.1 s,故D錯(cuò)誤。
2.(誤差分析)(2023江蘇蘇州高一月考)在探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,下列方法不利于減小實(shí)驗(yàn)誤差的是(　　)A.在紙帶上,每五個(gè)點(diǎn)選取一個(gè)點(diǎn)作為計(jì)數(shù)點(diǎn)B.使小車運(yùn)動(dòng)的加速度盡量大些C.舍去紙帶上密集的點(diǎn),只利用點(diǎn)跡清晰、點(diǎn)間間隔適當(dāng)?shù)囊徊糠诌M(jìn)行測量、計(jì)算D.選用各處平整程度和光滑程度不相同的長木板做實(shí)驗(yàn)
解析 選取計(jì)數(shù)點(diǎn)可以使用于測量和計(jì)算的相鄰點(diǎn)間的間隔增大,在用刻度尺測量這些點(diǎn)間的間隔時(shí),相對誤差較小,A不符合題意;在實(shí)驗(yàn)中,如果小車運(yùn)動(dòng)的加速度過小,打出的點(diǎn)會很密,長度測量的相對誤差較大,測量準(zhǔn)確度會降低,因此小車的加速度略大一些較好,B不符合題意;為了減小長度測量的相對誤差,舍去紙帶上過于密集甚至分辨不清的點(diǎn)是必要的,C不符合題意;如果實(shí)驗(yàn)中所用長木板各部分的平整程度和光滑程度不同,小車的速度變化會不均勻,從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差增大,D符合題意。
3.(實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)和數(shù)據(jù)處理)某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究物體的速度與時(shí)間的關(guān)系:
(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接　　　　　　　　　(選填“低壓直流”“低壓交變”或“220 V交變”)電源。?(2)實(shí)驗(yàn)時(shí),使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,先　　　　　　　再　　　　　　　。(均選填“接通電源”或“放開小車”)?(3)若所接電源的頻率是50 Hz,則每隔　　　　 s打一個(gè)點(diǎn)。?(4)圖乙是繪出的小車速度—時(shí)間關(guān)系圖像,根據(jù)圖像求出小車的加速度為a=　　　　 m/s2。(保留三位有效數(shù)字)?