2.1 实验:探究小车速度随时间变化的规律--2023-2024学年高一物理人教版(2019)必修一 (共26张PPT)

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2.1 实验:探究小车速度随时间变化的规律--2023-2024学年高一物理人教版(2019)必修一 (共26张PPT)

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(共26张PPT)
第二章 匀变速直线运动的研究
实验:探究小车速度随时间变化的规律
在生活中,人们跳远助跑、水中嬉戏、驾车行驶、短道速滑.
在自然界里,物体下落、鸽子飞翔、猎豹捕食、蜗牛爬行、蚂蚁搬家……
这些运动中都有速度的变化.
物体的速度变化存在规律吗?
怎样探索速度随时间变化的规律呢?
观察与思考
一、实验思路
1.实验目的:
2.实验方案:
让小车在木板上在重物的牵引下运动
槽码牵引小车在长木板上运动
探究小车速度随时间变化的规律.
需要测量小车运动不同时刻的速度
测量位移和时间
刻度尺测量位移
由纸带直接读出时间
小车拖动纸带运动,打点计时器打出点迹
二、实验器材
打点计时器(带导线)、交变电源、纸带、一端带有定滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、复写纸、坐标纸。
三、进行实验
1.在长木板上固定打点计时器,并使滑轮伸出桌面,连接电路。让小车停在靠近打点计时器的位置,安装好纸带,连接细绳和槽码。
2.先启动计时器,后放开小车,打点完成后立即关闭电源,观察纸带的点迹是否清晰。
3.增减所挂的槽码(或在小车上放置重物),更换纸带,再做两次实验。 4.实验获得的纸带
四、数据分析
1.求解并记录各计数点的瞬时速度
取某计数点相邻两计数点,算出此段的平均速度,该点的瞬时速度近似等于此段的平均速度(注意估读、单位以及有效数字)。
v1= ,v2= ,…
T为相邻两个计数点间的时间间隔,若交变电源频率为50 Hz,每5个点取一个计数点(中间隔4个点),则T=0.1 s。
2.作出v-t图像
①在坐标纸上建立坐标系,描出数据点
②用一条平滑曲线(包括直线)“拟合”这些点,让这条线通过尽可能多的点,不在线上的点均匀分布在线两侧,偏差比较大的点忽略不计。
实验结论:小车运动的v-t图像是一条倾斜的直线,即小车运动的加速度不变。
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
t/s
v/(m·s-1)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
t/s
v/(m·s-1)
(1)以作出的图像为例,你能求出小车运动的加速度吗?
=1.48 m/s
(2)那么能不能直接量出直线倾角,然后求其正切值来计算加速度?
不能,一般情况下两坐标轴标度选取不一致
0.5 s
五、注意事项
(1)要使纸带、小车、拉线和定滑轮共线,安装打点计时器时应注意什么?
使打点计时器的限位孔沿长木板的纵轴中心线方向。
(2)为了保证小车的运动距离,开始释放小车的时候,应将小车放在什么位置?
小车应该靠近打点计时器。
(3)为了使打点计时器工作更稳定并提高纸带的利用率,应如何操作?
先接通电源,后释放小车。打点完毕,马上关闭电源。
(4)为什么要增减所挂槽码(或在小车上放置重物)重复操作两次?
探究规律,减小实验偶然性
1.操作实验的过程的注意事项
2.数据处理的注意事项
(1)选取一条点迹清晰的纸带,舍掉开头点迹密集部分,选取适当的计数点(注意计数点与计时点的区别),弄清楚所选的时间间隔T等于多少。
(2)不要分段测量各段距离,应尽可能地一次测量完毕(可统一量出各计数点到计时起点的距离)。
(3)在坐标纸上作v-t图像时,注意坐标轴单位长度的选取,应使图像大致布满坐标纸。
1.某同学用如图所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验。
(1)图中仪器A叫作________计时器(选填“电火花”或“电磁打点”),使用220 V______(选填“交变”或“直流”)电源,放开小车前,小车应停在______(选填“靠近”或“远离”)仪器A的位置。
电火花
交变
靠近
题图中仪器A叫作电火花计时器,使用220 V交变电源;实验过程中,放开小车前,小车要靠近打点计时器。
(2)下列是该实验中的一部分基本步骤;
A.放开小车,让小车带着纸带运动
B.安装纸带
C.把计时器固定好
D.启动电源,进行打点
以上步骤的正确顺序是_______(填步骤前的选项字母)。
CBDA
实验步骤的正确顺序为:先把计时器固定好,安装纸带;再启动电源,进行打点;然后放开小车,让小车带着纸带运动。
2.某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况,在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点。其相邻两点间的距离如图所示,在每两个相邻的计数点之间还有4个点未画出,打点计时器的工作频率为50 Hz。
(1)试根据纸带上各个计数点间的距离,计算出打下B、F两个点时小车的瞬时速度,并将这两个速度值填入表格中。(结果均保留3位有效数字)
速度 vB vC vD vE vF
数值/(m·s-1) 0.479 0.560 0.640
0.400
0.721
由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出,所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1 s,则
(2)将B、C、E、F各时刻的瞬时速度标在直角坐标系中(D时刻的已标出),并作出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。
答案 见解析图
小车的瞬时速度随时间变化的关系图线如图所示。
(3)由所作速度—时间图像求出小车加速度为________________________
__________ m/s2。(结果保留2位有效数字)
0.80(0.78、0.79、0.81、
0.82均可)
(4)写出图线与纵轴的交点的物理意义:___________________________
________________。
打点计时器打计数点A时刻小车
对应的瞬时速度
图线与纵轴的交点表示打点计时器打计数点A时刻小车对应的瞬时速度。
3.(来自教材)为研究小车沿斜面向下运动的规律,把纸带的一端固定在小车上,小车拖动纸带运动时,纸带上打出的点如图所示。
(1)某同学用以下方法绘制小车的v-t图像。先把纸带每隔0.1 s剪断,得到若干短纸条。再把这些纸条由短到长并排贴在一张纸上,使这些纸条下端对齐,作为横轴,标出时间(表示时间轴)。最后将纸条上端中心连起来,于是得到v-t图像。请你按以上办法(用一张薄纸压在图上,复制得到纸带)绘制这个图像。
答案 见解析
如图所示
(2)这样做有道理吗?说说你的看法。
有道理。因为剪下的纸条长度表示0.1 s时间内位移大小Δx,这些纸带构成上述所示的直方图。小车运动速度大小近似认为v= ,由于v∝Δx,所以纸带长度反映了小车运动速度的大小。
答案 见解析
探究小车速度随时间变化的规律
一、实验思路
二、实验器材
三、进行实验
四、数据分析
五、注意事项
槽码牵引小车在长木板上运动,分析纸带,计算小车不同时刻瞬时速度
图像法:作出小车运动的v-t图像
打点计时器(带导线)、交变电源、纸带、一端带有定滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、复写纸、坐标纸
实验步骤1、2、3、4
操作步骤注意事项
数据分析注意事项

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