高中物理15实验探究小车速度随时间变化的规律课件教科版必修.ppt

1.5 实验:探究小车速度随时间变化的规律,1. 打点计时器应采用低压交流电源，当电源的频率是50 Hz时，每隔0.02 s打下一个点.,2. 若纸带上打出的点迹如图所示，任意一点B的瞬时速度，就等于包含该点在内的一小段时间内的平均速度，且时间越短这段时间内的平均速度就越接近B的瞬时速度.即vB ， 且 比 更接近vB(后面的知识将告诉我们，如果物体的运动满足一定的条件，则就有vB= ).,3. 在v-t图象中,图线的斜率表示加速度a= .,1. 实验目的 探究小车速度随 变化的规律. 2. 实验原理 利用 打出的纸带上记录的数据，以确定小车速度随时间变化的规律. 3. 实验器材 打点计时器、低压 电源、纸带、带滑轮的长木板、小车、 、细线、复写纸片、 . 自我校对 1. 时间 2. 打点计时器 3. 交流钩码纸带,1. 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，对于减小实验误差来说，下列方法中有益的是( ) A. 选取计数点，把每打5个点的时间间隔作为一个时间段 B. 使小车运动的加速度尽量小些 C. 舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰、点间间隔适当的那一部分进行测量、计算 D. 选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板进行实验 【解析】选取计数点时，可把每打5个点的时间间隔作为一个时间段，利用点迹清晰、点间间隔适当的那一部分进行测量和计算可减小误差，故A、C正确;选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板进行实验，可以减小因加速度不均匀带来的误差，故D正确. 【答案】 ACD,2. 关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作，下列说法中错误的是( ) A. 长木板平放在实验桌上 B. 在释放小车前，小车应紧靠在打点计时器上 C. 应先接通电源，待打点计时器开始打点后再释放小车 D. 要在小车到达定滑轮前使小车停止运动 【解析】实验过程中，长木板应平放在实验桌上，故A正确;在释放小车前，小车应靠近打点计时器处，不能紧靠在打点计时器上，故B错误；应先接通电源，后释放小车，故C正确;不要让小车碰到滑轮，故D正确。 【答案】 B 3. 在下列给出的器材中，选出“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中所需的器材并填在横线上（填序号）. 打点计时器 天平 低压交流电源 低压直流电源 细线和纸带 钩码和小车 秒表一端有滑轮的长木板刻度尺 选出的器材是 .,【答案】 ,使用打点计时器时,下列问题对实验的影响是什么? (1) 错接在直流电源上,影响是 ; (2) 电源频率不稳,影响是 ; (3) 振针压得太紧,影响是 ; (4) 电源电压不稳,影响是 ; (5) 振针过长,影响是 . (1) 不会打点;(2) 打点间隔无规律,不总是每隔0.02 s打一个点,但纸带上看不出,而实际上打点间隔已不是0.02 s内物体运动的位移;(3) 针与纸带接触时间过长,使“点”变成为“线”;(4) 不影响打点的时间间隔,影响打点的清晰程度;(5)对纸带的影响和振针压得太紧相似,是间断的直线.,实验步骤 1.把附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.把一条细线拴在小车上，使细线跨过滑轮，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，接通电源后放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一行小点，随后立即关闭电源.换上新纸带，重复实验三次.,4.从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开始比较密集的点迹，在后边便于测量的地方找一个点做计时起点.为了测量方便和减少误差，通常不用每打一次点的时间作为时间的单位，而用每打五次点的时间作为时间的单位，即T=0.02 s5=0.1 s.在选好的计时起点下面标明A，在第6点下面标明B，在第11点下面标明C，点A、B、C叫做计数点，两个相邻计数点间的距离分别是x1、x2、x3 5.利用第一章方法得出各计数点的瞬时速度填入下表：,6.以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系，根据表中的数据，在直角坐标系中描点. 7.通过观察思考，找出这些点的分布规律. 注意事项 1. 开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器. 2. 先接通电源使计时器工作后再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源. 3. 要防止钩码落地和小车与滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时用手按住. 4. 牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小而使各段位移差别不大，从而使误差增大.加速度的大小以能在60 cm长的纸带上清楚地取得六七个计数点为宜. 5. 要区别计时器打出的点和人为选取的计数点.一般在纸带上每5个点取一个计数点，间隔为0.1 s.,6. 作v-t图象时,应让图线连接尽可能多的点,不能连接的点应大致分布在图线的两侧. 例1了解实验仪器的结构、工作原理和工作条件是保证实验成功的前提，通过对实验仪器的观察，掌握新仪器的使用方法，也是一种重要的实验能力.使用电火花计时器来分析物体运动情况的实验中： (1)在如下实验步骤中，正确合理的排列顺序为 . A.把电火花计时器固定在桌子上 B.安好纸带 C.松开纸带让物体带着纸带运动 D.接通220 V交流电源 E.按下脉冲输出开关，进行打点 (2)在安放纸带时，要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在 ，还要检查 是否夹在两条纸带之间.,【解析】(1)合理的顺序应为ABDEC.(2)墨粉纸盘应套在纸盘轴上，目的是使它可以转动，均匀地被利用.使墨粉纸盘夹在两条纸带之间，目的是使墨粉纸盘可以更好地转动. 【点评】使用电火花计时器实验的操作步骤和打点计时器是相似的，但电火花打点计时器具有打点清晰、实验误差小的优点. 例2实验中算出小车经过各计数点的瞬时速度如下表.,为了计算加速度，合理的方法是( ) 根据任意两点的速度用公式a= 算出加速度 B. 根据实验数据画出速度时间图象，量出其倾角，用公式求出加速度 C. 根据实验数据画出速度时间图象，由图象上相距较 远的两点所对应的速度、时间用公式a= 算出加速度 D. 依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度 【点拨】一个方案既成的实验，系统误差不可避免，但 可以通过合理操作、有效处理数据减小偶然误差.,【解析】方法A偶然误差较大.方法D实际也是仅由始末两个速度决定，偶然误差也较大.只有利用实验数据画出对应的速度时间图象，才可充分利用各次测量数据，减小偶然误差.由于在物理图象上，两坐标轴的分度大小往往是不相等的，不同的坐标分度会得到不同的倾角，当然a=tan 的值也不一样，所以B错误,C正确. 【答案】C 【点评】其实本实验处理数据时除了作速度时间图象能充分利用实验所有数据、减小偶然误差外，还有一种方法也能做到这一点，就是在D选项上稍加修改：依次算出通过连续两计数点间的加速度，但取点不能重复.比如第一次取1、2两点，第二次就取3、4两点，第三次取5、6两点，依次类推.但总的来说图象法较好，而且比较直观，用图象法还可以很容易找出偏离函数图象太远的误差较大的点.,利用打点计时器研究小车的运动规律时，得到一条纸带如图所示.从0点开始，按打点的时间顺序，每隔4个点取一个计数点(或每5个点取一个计数点)，依次取计数点0、1、2、3、4、5、6用刻度尺测出相邻计数点的间距： x1=1.20 cm,x2=1.70 cm， x3=2.18 cm,x4=2.68 cm， x5=3.19 cm,x6=3.68 cm. (1)求打点计时器打计数点1、2、3、4、5时小车的速度； (2)作出v-t图象，求出小车的加速度.,【点拨】（1）在要求不太精确的情况下，一小段位移内的平均速度可认为是该段位移内的一点的瞬时速度. (2)由v-t图象的斜率可求加速度. 【解析】确定相邻计数点的时间间 隔t=0.1 s,利用 vn= ,求出各计数点的速 度.利用这些数据作出v-t图象，可以 看出它是一条斜线，由此可知小车 做匀变速直线运动，斜线的斜率即 小车做匀变速直线运动的加速度. (1) v1=14.50 cm/s,v2=19.40 cm/s,v3=24.30 cm/s,v4=29.35 cm/s, v5=34.35 cm/s. (2) 图象如图所示，在图象上取P、Q两点， vP=9.50 cm/s,vQ=39.30 cm/s,tQ=0.6 s.则,如图所示，在做“探究小车的速度随时间变化的规律”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，并在其上取了A、B、C、D、E、F六个计数点(每相邻两个计数点间还有4个打点计时器打下的点，图中没有画出)，打点计时器接的是50 Hz的低压交流电源.他将一把毫米刻度尺放在纸带上，其零刻度和计数点A对齐.,a= cm/s2=49.67 cm/s2.,(1) 按照有效数字的读数规则读出相邻计数点AB、BC、CD、DE、EF间的距离x1、x2、x3、x4、x5，它们依次为 cm、 cm、 cm、 cm、 cm. (2) 由以上数据计算打点计时器在打B、C、D、E各点时，物体的瞬时速度vB、vC、vD、vE依次是 m/s、 m/s、 m/s、 m/s. (3) 根据以上结果，计算该小车的加速度a= . (4) 根据(2)中得到的数据，试在下 边所给的坐标系中，用作v-t图象 的方法，从图象中求物体的加速 度a.(要求标明坐标及其单位，单 位大小要取得合适，使作图和读 数方便，并尽量充分利用坐标纸),(5) 根据图象求纸带上的A、F点所对应的物体的瞬时速度vA= m/s,vF= m/s. 【解析】 (1) 由图可读出:x1=1.00 cm,x2=1.40 cm, x3=1.84 cm,x4=2.26 cm,x5=2.67 cm. (2) 由vt2=v可得: vB= =0.120 m/s,vC= =0.162 m/s, vD= =0.205 m/s,vE= =0.247 m/s. (3) a= =0.42 m/s2. (4) (5) vA=0.079 m/s,vF=0.290 m/s.,在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，对于纸带上某点的瞬时速度的测定，只是从理论上分析，不考虑实际操作过程，错误地认为时间取得越短结果越精确，导致理论与实际脱节. 【例】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，关于纸带上某点的瞬时速度的计算，下列说法中正确的是() A. 取该点在内的一小段时间内的平均速度，这段时间越短越好 B. 取以该点为起点的一小段时间内的平均速度，这段时间越短越好 C. 取以该点为终点的一小段时间内的平均速度，这段时间越短越好,D. 取该点在内的一小段时间内的平均速度，这段时间应适当短些，但不是越短越好 【错解】