2.1實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律課件2023-2024學(xué)年高中物理新人教版必修第一冊師說

1．實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識共研·突破關(guān)鍵能力精煉·落實學(xué)科素養(yǎng)核心素養(yǎng)定位科學(xué)探究(1)進一步練習(xí)使用打點計時器．(2)會利用紙帶求瞬時速度．(3)會利用v-t圖像處理實驗數(shù)據(jù)，并由圖像計算小車的加速度和判斷小車的運動情況．導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識一、實驗思路如圖所示，把一端帶有________的長木板平放在實驗桌上，木板上放一個可以左右移動的________，小車一端連接穿過打點計時器的________，另一端連接繞過滑輪系有________的細繩．小車在槽碼的牽引下運動，通過研究紙帶上的信息，就可以知道小車運動的速度是怎樣隨時間變化的．滑輪小車紙帶槽碼二、進行實驗1．把附有滑輪的________放在實驗臺上，并使滑輪伸出桌面，把____________固定在長木板沒有滑輪的一端，連接好電路，如圖所示．長木板打點計時器在紙帶上打更多的點2．把小車停在靠近打點計時器的位置．先________________，后________

目的：在紙帶上打出更多可利用的點．

(選填“啟動打點計時器”或“放開小車”)，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一行小點．隨后，立即關(guān)閉電源．

防止損壞打點計時器．

3．增減所掛的________(或在小車上放置重物)，更換紙帶再做兩次實驗．啟動打點計時器放開小車槽碼三、數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)分析1．采集數(shù)據(jù)

密集點易造成較大誤差．

從幾條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉紙帶開頭一些過于密集的點，找一個適當(dāng)?shù)狞c作為________起點．可選擇相隔0.1s(或更短)的若干計數(shù)點進行測量．如圖所示，先測量出各個計數(shù)點到計時起點的距離x1、x2、x3、x4、x5…，再計算出相鄰的兩個計數(shù)點間的距離：Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4，….計時2．求各計數(shù)點的瞬時速度(1)各計數(shù)點對應(yīng)的瞬時速度用平均速度來代替，即v1＝________，v2＝________，…T為相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔，若交流電源頻率為50Hz，每隔四個點取一個計數(shù)點(相鄰兩個計數(shù)點之間還有四個點)．則T＝0.1s.(2)設(shè)計表格并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)位置編號0123456…時刻t/s00.10.20.30.40.50.6

v/(m·s－1)

3．?dāng)?shù)據(jù)分析(1)在坐標紙上建立直角坐標系，橫軸表示時間，縱軸表示速度，并根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在坐標系中描點．(2)畫一條直線，讓這條直線通過盡可能多的點，不在直線上的點均勻分布在直線的兩側(cè)，偏差比較大的點忽略不計，如右圖所示．(3)觀察所得到的直線，分析物體的速度隨時間的變化規(guī)律．(4)根據(jù)所畫v-t圖像求出小車運動的加速度a＝________．

1

勻變速直線運動物體運動的速度增大或減小時，加速度不變化，即“速度均勻增加”或“速度均勻減小”．這是一種最簡單的變速運動——勻變速直線運動．1

實驗步驟速記實驗步驟可簡化為：放置→固定→連接→先啟后放再關(guān)→重復(fù)實驗→數(shù)據(jù)分析．

2

實驗注意事項(1)實驗前：①固定長木板時定滑輪要伸出桌面，打點計時器要固定于沒有定滑輪的一端；②應(yīng)讓小車停在靠近打點計時器的位置，這樣可以最大限度地利用紙帶；③細繩應(yīng)與長木板平行，保證小車的加速度不變．(2)實驗時：必須先啟動打點計時器，再釋放小車．(3)實驗后：必須先斷開電源，再取下紙帶．(4)牽引小車的槽碼個數(shù)要適當(dāng)，以免加速度過大而使紙帶上的點太少，或者加速度太小而使各段位移差別不大，導(dǎo)致誤差增大．(5)在坐標紙上畫v-t圖像時，注意坐標軸單位長度的選取，應(yīng)使圖像盡量分布在坐標平面中央．,

2

減小長度測量的誤差紙帶上開頭有一些過于密集的點跡，因此通常會舍去這些點；如果逐一測量計數(shù)點之間的距離xn，就會引起較大的誤差，因此使用“0刻度一次對齊法”以減小長度測量時的誤差．共研·突破關(guān)鍵能力目標一實驗操作及數(shù)據(jù)處理【導(dǎo)思】實驗裝置如圖為實驗開始前的裝置，圖中錯誤或不妥之處有哪些？提示：(1)電源應(yīng)改用約8V的交變電源(電池提供直流電，直流電不能使電磁打點計時器打點)；(2)牽引小車的細線沒有與木板平行(小車運動的加速度不是恒定值)；(3)小車離打點計時器太遠(紙帶上打的點太少)．【典例】例1[2023·浙江北斗聯(lián)盟高一上聯(lián)考]同學(xué)們利用如圖1所示裝置做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗．請你完成下列有關(guān)問題：(1)關(guān)于該實驗，下列儀器中需要使用的是________；A．彈簧測力計B．砝碼C．秒表

D．刻度尺(2)本實驗中關(guān)于軌道末端滑輪高度的調(diào)節(jié)正確的是________；DB解析：(1)儀器中需要使用刻度尺測量紙帶上打點間的距離，故選D.(2)調(diào)節(jié)軌道末端滑輪高度時應(yīng)盡量使細線與軌道平行，故選B．(3)小明同學(xué)選取一條點跡清晰的紙帶進行研究，在紙帶上選出了七個計數(shù)點，如圖2所示，根據(jù)紙帶提供的信息，紙帶上A點對應(yīng)刻度尺的讀數(shù)是________cm，計數(shù)點A對應(yīng)的小車的瞬時速度是________m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)，另測得計數(shù)點E對應(yīng)的小車速度是1.03m/s，則小車運動的加速度為________m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)．2.400.6252.5

例2做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗．(1)用一條紙帶穿過計時器，該同學(xué)發(fā)現(xiàn)有圖甲中的兩種穿法，感到有點猶豫．你認為________(選填“A”或“B”)的穿法效果更好．B解析：紙帶應(yīng)穿過打點計時器的限位孔，壓在復(fù)寫紙下面，據(jù)圖甲可知B穿法正確．(2)完成實驗后，小明用刻度尺測量紙帶距離時如圖乙，B點的讀數(shù)是________cm，已知打點計時器每0.02s打一個點，則B點對應(yīng)的速度vB＝________m/s(vB結(jié)果保留三位有效數(shù)字)．

3.001.35(3)某實驗小組中的四位同學(xué)利用同一條紙帶的數(shù)據(jù)作v-t圖像，分別作出了如圖所示的四幅v-t圖像，其中最規(guī)范的是________．A解析：描繪圖像時取坐標單位的時候不能隨意，要使得大部分點落在整個坐標區(qū)域中，描完點后，先大致地判斷這些點是不是在一條直線上，然后畫一條直線，讓這些點均勻地散落在這條直線的兩側(cè)，故A正確，B、C、D錯誤．目標二實驗創(chuàng)新【導(dǎo)思】想一想：除槽碼牽引小車(拉著紙帶)運動外，還有哪些方法可以獲得運動物體在不同時刻的位置關(guān)系？提示：(1)讓重物牽引紙帶豎直下落，如圖甲所示．(2)在重力作用下，讓小車牽引紙帶沿斜面下滑，如圖乙所示．(3)讓小球沿斜面滾下，用頻閃照相法記錄小球的運動，如圖丙所示．【典例】例3一小球在桌面上從靜止開始做加速直線運動，現(xiàn)用高速攝影機在同一底片上多次曝光，記錄下小球每次曝光的位置，并將小球的位置編號．如圖甲所示，1位置恰為小球剛開始運動的瞬間，作為零時刻．?dāng)z影機連續(xù)兩次曝光的時間間隔均相同．(1)小球從1位置到6位置的運動過程中經(jīng)過各位置的速度如表所示，將表中的數(shù)據(jù)補充完整．計數(shù)點序號12345速度vn/(m·s－1)v1＝0v2＝0．060v3＝______v4＝0．180v5＝______0.1200.240

(2)在圖乙所示的坐標紙上作出小球的速度—時間圖像(保留描點痕跡)．(3)由v-t圖像可知小球運動的規(guī)律：速度隨時間________．均勻增加解析：(2)其v-t圖像如圖所示：(3)小球運動的v-t圖像是一條斜向上的直線，表示小球的速度隨時間均勻增加．例4某同學(xué)在玩具賽車的賽車場看賽車比賽時，用相機連拍功能對經(jīng)過的某玩具賽車進行了連拍，然后他把連拍后的照片對應(yīng)賽道位置排列好，排列好的位置關(guān)系如圖所示．已知該照相機的連拍頻率是每秒10片，照片與實物的比例為1∶10.為了判斷該賽車的運動情況，該同學(xué)對整理好的照片進行了研究．請根據(jù)圖中數(shù)據(jù)回答下列問題：(1)該照相機連拍時，其拍攝周期為T＝________s．(2)圖中從左向右玩具賽車在第二個位置的速度v2＝________m/s，賽車在第五個位置的速度v5＝________m/s.(3)該玩具賽車在連拍時間內(nèi)的平均加速度a＝________m/s2.0.12.63.22

精煉·落實學(xué)科素養(yǎng)1.某同學(xué)用打點計時器做研究變速運動的實驗．他按下圖所示安裝實驗器材，準備接通電路做實驗．(1)在他所組裝的器材中，有三處錯誤，請你指出：①_____________________________________________________；②_____________________________________________________；③_____________________________________________________.電壓不應(yīng)選2V，應(yīng)選8V不應(yīng)接直流輸出，應(yīng)接交流輸出小車不應(yīng)靠近滑輪，應(yīng)靠近打點計時器

復(fù)寫紙0.02(n－1)BAEDCF2．在“探究小車速度隨時間變化規(guī)律”的實驗中，打點計時器使用的交變電源的頻率為50Hz，記錄小車運動的紙帶如圖所示，在紙帶上選擇6個計數(shù)點A、B、C、D、E、F，相鄰兩計數(shù)點之間還有四個點未畫出，各點到A點的距離依次是2.0cm、5.0cm、9.0cm、14.0cm、20.0cm.(1)根據(jù)學(xué)過的知識可以求出小車在B點的速度為vB＝________m/s，C、E間的平均速度為v＝________m/s.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)以打A點時為計時起點，建立v-t坐標系圖，請在下圖中作出小車運動的速度與時間的關(guān)系圖線．(3)根據(jù)圖線可得小車運動的加速度為________m/s2.(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)0.250.451

3．如圖甲所示，用打點計時器記錄小車的運動情況．小車