2.1 實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律 課件-高一上學(xué)期物理人教版（2019）必修第一冊

第二章勻變速直線運動的研究1實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律物理定律不能單靠“思維”來獲得，還應(yīng)致力于觀察和實驗?！绽士藢嶒炈悸反螯c計時器可以測量什么物理量？位移、時間通過打點計時器打出的紙帶可以間接求什么物理量？可以求兩點間的平均速度某一點的瞬時速度實驗必備?自主學(xué)習(xí)一、實驗?zāi)康?.練習(xí)使用___________,通過打出的紙帶計算瞬時速度。2.通過實驗獲取數(shù)據(jù),利用圖像處理實驗數(shù)據(jù)。3.通過數(shù)據(jù)分析得出小車速度隨時間變化的規(guī)律。二、實驗器材打點計時器(帶導(dǎo)線)、

流電源、_______、紙帶、一端附有定滑輪的長木板、小車、細繩、槽碼、復(fù)寫紙、坐標(biāo)紙等。打點計時器刻度尺交三、實驗原理與設(shè)計1.利用紙帶計算瞬時速度:以紙帶上某點為中間時刻取一小段位移,用這段位移的_________表示這點的瞬時速度。2.用v-t圖像表示小車的運動情況:以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系,用描點法畫出小車的v-t圖像,圖線的傾斜程度表示加速度的大小,如果v-t圖像是一條傾斜的直線,說明小車的速度是均勻變化的。平均速度

實驗過程?探究學(xué)習(xí)【實驗步驟】

1.安裝實驗器材:把附有滑輪的長木板

放在實驗臺上,并使滑輪伸出桌面,把打點計時器固定在長鋁板

滑輪的一端,連接好電路,如圖所示。平?jīng)]有思考：長木板必須水平放在實驗桌上嗎？可以平放也可以傾斜放置2.實驗準(zhǔn)備:把紙帶的一端固定在小車上，另一端穿過過電火花計時器的限位孔。把一條細繩的一端拴在小車上,使細繩跨過滑輪,下面掛上合適的槽碼。3.打紙帶:使小車停在

處,先

,后

,讓小車拖著紙帶運動,打點計時器就在紙帶上打下一列小點,再按同樣的方法(不改變槽碼個數(shù))打出兩條紙帶。從這三條紙帶中選用一條最清晰的,記錄為紙帶Ⅰ。4.增減槽碼再打紙帶:增加一個槽碼,按上述方法打出紙帶Ⅱ。在打紙帶Ⅰ時的基礎(chǔ)上減少一個槽碼,仍按上述方法打出紙帶Ⅲ。打點計時器接通電源釋放小車

【數(shù)據(jù)收集與分析】

1.表格法:(1)選紙帶、標(biāo)計數(shù)點:從幾條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶,舍掉開始一些比較密集的點,在后面便于測量的地方找一個點,作為計數(shù)始點,以后依次每五個點取一個計數(shù)點,并標(biāo)明0、1、2、3、4…如圖所示。每五個點取一個計數(shù)點,則相鄰兩計數(shù)點的時間T=

s.每隔四個點取一個計數(shù)點,則相鄰兩計數(shù)點的時間T=

s.相鄰兩計數(shù)點之間有四個點未畫出,則相鄰兩計數(shù)點的時間T=

s.0.10.10.1選取計數(shù)點,可增加測量距離,減小測量過程所產(chǎn)生的誤差(2)測距離、填表格:用

測出每個計數(shù)點與起始點間的距離依次測出01、02、03、04…的距離x1、x2、x3、x4…,填入表中?？潭瘸遆10123X2X10123X2如何測量位移可減少誤差？測量各相鄰計數(shù)點間的距離,應(yīng)該用最小刻度為毫米的刻度尺的零刻度對準(zhǔn)起點,讀出各計數(shù)點對應(yīng)的刻度值,然后逐一相減,得到各相鄰計數(shù)點間距離的數(shù)值。

(3)求瞬時速度:1、2、3、4…各點的瞬時速度分別為:v1=、v2=、v3=、v4=…。將計算得出的各點的速度填入表中。(4)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù),分析速度隨時間變化的規(guī)律。位置0123456時間t/s00.10.20.30.40.50.6v/（m·s-1）／0.450.600.740.891.031.19實驗測得一組數(shù)據(jù)如下你能否從表格中的數(shù)據(jù)看出小車速度隨時間變化的定量關(guān)系？如果不能，怎么辦？0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.50.61.21.00.80.60.40.2t/sv/(m·s-1)位置0123456時間t/s00.10.20.30.40.50.6v/（m·s-1）／0.450.600.740.891.031.19實驗測得一組數(shù)據(jù)如下，請畫出對應(yīng)的v-t圖像。2、用刻度尺畫細直線并延長到和坐標(biāo)軸有交點。1.建立v-t圖像，選擇合適的標(biāo)度，標(biāo)出縱橫坐標(biāo)所表示的物理量及單位進行描點。應(yīng)使圖像大致布滿坐標(biāo)紙。畫出的圖線在兩坐標(biāo)軸的角平分線附近。3、讓盡可能多的點在直線上，不在直線上的點應(yīng)大致分布在直線兩側(cè)，實驗必然存在偏大或偏小的誤差。畫圖時讓這些不在直線上的點盡可能等量地分布在直線兩側(cè)，這是為了使偏大或偏小的誤差盡可能地抵消，所以圖象也是減小誤差的一種手段若某些點明顯偏離直線，可能是操作失誤造成的，作圖時可以不考慮這個點。但這個點仍應(yīng)保留在紙上。不要擦去。因為我們應(yīng)該尊重實驗事實。離直線較遠的點應(yīng)大膽舍去。0

0.1

0.2

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0.50.61.21.00.80.60.40.2t/sv/(m·s-1)位置0123456時間t/s00.10.20.30.40.50.6v/（m·s-1）／0.450.600.740.891.031.19實驗測得一組數(shù)據(jù)如下，請畫出對應(yīng)的v-t圖像。描出的點并非全分布在一條直線上，我們?yōu)槭裁从靡粭l直線擬合這些點？實驗中產(chǎn)生誤差是不可避免的，所以得到的點不可能嚴(yán)格地處在一條直線上，會有偏差。我們可以這樣認為，如果沒有誤差，這些點都分布在一條直線的概率非常大。所以我們選擇用直線擬合這些點。2.圖像法:(1)在坐標(biāo)紙上建立直角坐標(biāo)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(biāo)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)據(jù)所畫v-t圖像求出小車運動的加速度a=。3.實驗結(jié)論:小車速度隨時間均勻變化?！舅伎肌び懻摗吭谧鴺?biāo)紙上畫v-t圖像時,坐標(biāo)軸單位長度應(yīng)如何選取?哪一種方法更好？如何利用vIt圖求加速度①取任意兩組數(shù)據(jù)求出Δv和Δt，然后代入求解。②在v—t圖象上取一段時間Δt（盡量取大一些），找出Δt對應(yīng)的Δv，代入求解。（畫圖時讓不在直線上的點盡可能等量地分布在直線兩側(cè)，就是為了使偏大或偏小的誤差盡可能地抵消，所以圖象也是減小誤差的一種手段，也就是說應(yīng)該用圖象上的點，而不是用實驗所得到的數(shù)據(jù)）△va=——△t△va=——△t0.10.20.30.40.50.6t/so0.100.200.300.40v/(m/s)×××××與縱軸的交點是什么意思？如何求加速度？△t=0.4s△V=？0.2m/s問題討論：1、用電火花計時器測定物體的速度，當(dāng)使用的交流電源頻率低于50Hz時，如果仍按50Hz來計算，則測得的速度與真實值相比將

（偏大/偏小/不變）偏大2、①小車所掛槽碼個數(shù)不同，即小車受到的拉力不同②小車質(zhì)量改變，從而導(dǎo)致小車的加速度不同問題討論：3、如圖所示為實驗“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”釋放小車時的情景。（1）請寫出該實驗操作存在的問題：

（2）要完成該實驗，還需要的器材有

。①細線與木板不平行②小車未靠近打點計時器毫米刻度尺220V交流電源

誤差分為偶然誤差與系統(tǒng)誤差。偶然誤差是由偶然因素造成的。特點是多次重復(fù)測量時，偏大或偏小的機會比較接近。用取平均值的方法來減小偶然誤差。系統(tǒng)誤差是由儀器本身缺陷、實驗方法不完善造成的。特點是多次重復(fù)測量的結(jié)果總是大于或小于被測量的真實值，呈現(xiàn)單一傾向。需通過改進儀器、完善實驗方法來減小系統(tǒng)誤差?！罢`差”提示：【誤差分析】

1.系統(tǒng)誤差:鋁板的粗糙程度不同會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差,實驗中應(yīng)盡量選用粗糙程度均勻的鋁板。2.偶然誤差:(1)根據(jù)紙帶測量位移時會產(chǎn)生偶然誤差,實驗中應(yīng)一次性測量各計數(shù)點到起始點的距離。(2)作v-t圖像時單位選擇不合適或作圖不準(zhǔn)確會帶來偶然誤差,實驗中應(yīng)選取合適的坐標(biāo)單位。注意事項1.電火花計時器的紙帶限位孔要與長木板中心軸位置對齊，使紙帶、小車、細繩和定滑輪在一條直線上。調(diào)節(jié)滑輪高度,使細繩應(yīng)與木板平行2.開始釋放小車時，應(yīng)使小車靠近打點計時器3.先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再釋放小車，當(dāng)小車停止運動時及時斷開電源4.實驗時要注意保護小車及滑輪，要避免它們被碰壞或跌壞。所以，當(dāng)小車到達滑輪前及時用手按住它，防止小車從板上掉下來5.小車另一端所掛的槽碼個數(shù)要適當(dāng)，避免加速度過大而使紙帶上打的點太少，或加速度太小使各段位移無法區(qū)別，從而使誤差增大6.建立坐標(biāo)系時，要注意合適的標(biāo)度。作圖線時，用平滑曲線擬合，要“順勢”“平滑”，對于難以落在曲線上的點應(yīng)使它們大致均勻地分布在曲線兩側(cè)。.

兩先兩后：實驗中應(yīng)先接通電源，后讓小車運動，實驗完畢應(yīng)先斷開電源后取下紙帶。二、進行實驗（視頻）做一做：用計算機繪制v-t圖像小窗口播放

〖2023.1〗16Ⅰ（1）（1）

在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，實驗裝置如圖1所示。圖1

浙江高考真題練教材原型實驗①

需要的實驗操作有______（多選）；ACDA.

調(diào)節(jié)滑輪使細線與軌道平行

B.

傾斜軌道以補償阻力C.

小車靠近打點計時器靜止釋放

D.

先接通電源再釋放小車〖2024.6〗16—Ⅰ（2）實驗獲得一條紙帶，截取點跡清晰的一段并測得數(shù)據(jù)如圖所示已知打點的頻率為50Hz，則打點“13”時，重錘下落的速度大小為

m/s（保留三位有效數(shù)字）。第16—Ⅰ題圖

浙江高考真題練3.34

&1&

圖2

浙江高考真題練

〖2023.1〗16Ⅰ（1）

實驗研析?創(chuàng)新學(xué)習(xí)

實驗原理和實驗操作【典例1】在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中,(1)實驗室提供了以下器材:電火花計時器、一端附有滑輪的長鋁板、小車、紙帶、細繩、槽碼、刻度尺、交流電源、停表、彈簧測力計。其中在本實驗中不需要的器材是

。

彈簧測力計、停表(2)按照實驗進行的先后順序,將下述步驟的代號填在橫線上__________。

A.把穿過打點計時器的紙帶固定在小車后面B.把打點計時器固定在鋁板沒有滑輪的一端,并連好電路C.換上新的紙帶,再重做兩次實驗D.把長鋁板平放在實驗桌上,并使滑輪伸出桌面E.使小車停在靠近打點計時器處,接通電源,放開小車,讓小車運動F.把一條細繩拴在小車上,細繩跨過定滑輪,下邊吊著合適的槽碼G.斷開電源,取出紙帶DBAFEGC實驗數(shù)據(jù)處理【典例2】某同學(xué)用打點計時器測量做加速直線運動的物體的加速度,電源頻率f=50Hz,在紙帶上打出的點中,選出零點,每隔4個點取1個計數(shù)點。因保存不當(dāng),紙帶被污染,如圖所示,A、B、C、D是依次排列的4個計數(shù)點,僅能讀出其中3個計數(shù)點到零點的距離:sA=16.6mm,sB=126.5mm,sD=624.5mm。若無法再做實驗,可由以上信息推知:(1)相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔為______s。

(2)打C點時物體的速度大小為_____m/s(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

0.12.5vC=≈2.5m/s?！镜淅?】某同學(xué)在“探究小車運動速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，用打點計時器記錄被小車拖動的紙帶的運動情況，在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個計數(shù)點，其相鄰點間的距離如圖甲所示，每兩個相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔為0.1s.甲

(1)若從紙帶上打A點的時刻開始計時，將B、C、D、E、F各個時刻的瞬時速度標(biāo)在如圖乙所示的坐標(biāo)紙上，并畫出小車的瞬時速度隨時間變化的關(guān)系圖線．(2)計算加速度的大小是多少？根據(jù)計算得出的速度及其對應(yīng)的時刻，得到如圖丙所示的5個圓點，用描點法作出的小車瞬時速度隨時間變化的關(guān)系圖線如圖

丙所示．(2)計算加速度的大小是多少？練習(xí)與應(yīng)用1.為研究實驗小車沿斜面向下運動的規(guī)律，把打點計時器紙帶的一端固定在小車上，小車拖動紙帶運動時，紙帶上打出的點如圖所示。（1）某同學(xué)用以下方法繪制小車的圖像。先把紙帶每隔0.1s剪斷，得到若干短紙條。再把這些紙條并排貼在一張紙上，使這些紙條下端對齊，作為時間坐標(biāo)軸，標(biāo)出時間。最后將紙條上端中心連起來，于是得到題型。請你按以上辦法(用一張薄紙壓在圖上，復(fù)制得到紙帶)繪制這個圖像。（2）這樣做有道理嗎?說說你的看法。

演示：先把紙帶每隔0.1s剪斷，得到若干短紙條。v(cm/s)t(s)0

把這些紙條并排貼在一張紙上，使這些紙條下端對齊，作為時間坐標(biāo)軸，標(biāo)出時間。最后將紙條上端中心連起來，于是得到圖像?？梢?；因為剪下的紙條長度表示0.1s時間內(nèi)位移大小Δx

，這些紙帶構(gòu)成上述所示的直方圖。小車運動速度近似認為v=Δx/0.1s，由于v

∝Δx，所以紙帶長度反映了小車運動速度的大小。

課堂檢測·素養(yǎng)達標(biāo)1.在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中,下列說法正確的是 (

)A.小車在鉤碼的牽引下運動時只需打一條紙帶,然后進行數(shù)據(jù)處理B.為使測量更為嚴(yán)謹(jǐn),應(yīng)把打下的第一個點作為第一個測量點C.為了便于測量,應(yīng)舍掉開頭一些過于密集的點,找一個適當(dāng)?shù)狞c當(dāng)作計時起點D.兩相鄰計數(shù)點間的時間間隔必須是0.1s【解析】小車在槽碼的牽引下運動時,需要多次測量,打出多條紙帶,進行數(shù)據(jù)處理,有利于減小誤差,故A錯誤;紙帶上開始時打的點比較密集,點距過小,測量誤差較大,故應(yīng)舍去,找一個適當(dāng)?shù)狞c當(dāng)作計時起點,故B錯誤,C正確;選取計數(shù)點,可增加測量距離,減小測量過程所產(chǎn)生的誤差,兩相鄰計數(shù)點間的時間間隔不一定取0.1s,故D錯誤。C2.在用打點計時器“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中,下述測量各相鄰兩計數(shù)點間距離的方法正確的是 (

)A.當(dāng)某兩個計數(shù)點間的距離較大時,可以用短尺進行分段測量B.當(dāng)某兩個計數(shù)點間的距離較小時,可以用短尺一次把它測完C.測量各相鄰計數(shù)點間的距離,應(yīng)該用最小刻度為毫米的刻度尺的零刻度對準(zhǔn)起點,讀出各計數(shù)點對應(yīng)的刻度值,然后逐一相減,得到各相鄰計數(shù)點間距離的數(shù)值D.逐次測出各相鄰計數(shù)點間的距離,這樣便于記錄【解析】選C。無論兩個計數(shù)點間的距離是大還是小,采用C項中的方法都可減少誤差,C正確。C3.在實驗中,利用紙帶上的數(shù)據(jù)得出各計數(shù)點的瞬時速度后,以速度v為縱軸,以時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系,某次實驗中某同學(xué)描出的點如圖所示。在直角坐標(biāo)系上一共描出了10個點。下列思考有道理的是(

)①這10個點無論如何也不在一條直線上,因此小車運動的v-t圖線不可能為一條直線,而應(yīng)為一條光滑的曲線②這10個點中有8個點雖然不在一條直線上,但它們在一條直線附近,只有F和B兩點離這條直線太遠③在10個點當(dāng)中只有4個點能畫在一條直線上(A、D、G、I),有6個點不在該直線上,這條直線肯定不能表示小車運動的規(guī)律④與直線偏差較小的點(C、E、H、J)可能是實驗誤差造成的,而與直線偏離較大的點(B、F)則可能是實驗中出現(xiàn)錯誤造成的A.①③

B.②④C.①② D.③④【解析】因為有誤差,這些點才不可能在一條直線上,若理想化,這些點將都在一條直線上,①③錯誤,②④正確,故B正確。B3.在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中,某同學(xué)得到一條用電火花計時器打下的紙帶如圖甲所示,并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7個計數(shù)點,每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點圖中沒有畫出