高中物理人教版 (2019)必修 第一册第二章 匀变速直线运动的研究1 实验:探究小车速度随时间变化的规律授课课件ppt
展开1.进一步练习使用打点计时器。2.会测量小车的瞬时速度。3.会用v-t图像处理实验数据,并计算小车的加速度(重点)。
1.实验方案:槽码牵引小车在长木板上运动。2.物理量的直接测量位移:用刻度尺测量;时间:由纸带获取。
打点计时器(带导线)、_________、纸带、一端带有定滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、_______、复写纸、坐标纸。
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_____打点计时器的位置,安装好纸带,连接细绳和槽码。2.先_______________,后_________,打点完成后_________,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。
1.求解并记录各计数点的瞬时速度(1)取该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=____ s。
(2)把各计数点的瞬时速度填入表中标有“vⅠ”的一行。同理,计算增减槽码后两次实验的速度分别填入表中标有“vⅡ”和“vⅢ”的两行内。
2.作出v-t图像(1)在坐标纸上建立坐标系,描出数据点,如图所示;(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。 v-t图像的数据点几乎分布在一条直线上。
小车运动的v-t图像是一条倾斜的直线,说明速度随时间均匀增加,它们成“线性关系”,即小车运动的加速度_____。
1.开始放开小车时,应使小车靠近打点计时器。2.先启动打点计时器,等打点稳定后,再放开小车。3.打点完毕,立即_________。4.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。5.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)。6.在坐标纸上画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。
在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,(1)下列给出的器材中,A、E、F、H已选出,还需要________。A.电磁打点计时器 B.天平C.低压交变电源 D.低压直流电源E.细绳和纸带 F.槽码和小车G.秒表 H.一端有滑轮的长木板I.刻度尺
在本实验中,不需要测量小车和槽码的质量,因此不需要天平;电磁打点计时器使用的是低压交变电源,因此不需要直流电源,同时电磁打点计时器记录了小车的运动时间,因此不需要秒表;测量点迹间的距离需要刻度尺,所以还需要的器材是:C、I。
(2)某同学按照以下步骤进行操作:A.换上纸带重复做三次,选择一条较为理想的纸带;B.将电磁打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端,接上电源;C.把小车停在靠近电磁打点计时器的地方,先放开小车,再启动电磁打 点计时器;D.断开电源,取下纸带;E.把一条细绳拴在小车前端,绳跨过滑轮挂上槽码,把纸带固定在小车后端并让纸带穿过电磁打点计时器。以上步骤有错误的是____(填步骤前的字母),应更正为_________________________________;步骤合理的顺序是________(填步骤前的字母)。
以上步骤有错误的是C,应先启动电磁打点计时器,再放开小车。根据组装器材、进行实验、数据处理的顺序知,操作步骤顺序为:BECDA。
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,交变电源频率为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下表。(结果均保留3位有效数字)
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,
(2)将B、C、E、F各个时刻的瞬时速度标在直角坐标系中(D时刻的已标出),并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。
小车的瞬时速度随时间变化的关系图线如图所示。
(3)由所画速度—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(0.72~0.82)
(4)写出图线与纵轴的交点的物理意义:___________________________________。
打计数点A时刻小车对应的瞬
图线与纵轴的交点表示打计数点A时刻小车对应的瞬时速度。
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。
(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。
1.(2023·六安一中高一月考)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,下列说法正确的是A.小车应放在靠近打点计时器的一端B.实验时应先启动电源,待打点稳定后再释放小车,打完点要先取纸带 后断开电源C.槽码的质量越大越好D.两相邻计数点间的时间间隔必须是0.1 s
打点计时器与定滑轮间的距离要尽可能大,小车尽可能靠近打点计时器,都是为了使小车运动的距离较大,尽可能打出较多的点,所以A正确;要先启动电源后松开纸带,打完点要先断开电源后取纸带,所以B错误;槽码的质量要适中,不要太大也不要太小,所以C错误;选取计数点,两相邻计数点间的时间间隔不一定是0.1 s,所以D错误。
2.在“实验:探究小车速度随时间变化的规律”中,为了算出小车的加速度,最好的方法是A.根据任意两个计数点的速度,用公式算出加速度B.依次算出连续两个计数点间的加速度,算出平均值作为小车的加速度C.根据实验数据画出v-t图像,量出其倾角α,由公式a=tan α算出加速度D.根据实验数据画出v-t图像,由图像上任意两点所对应的速度,用公式 a= 算出加速度
根据任意两个计数点的速度,用公式算出加速度,偶然误差较大,实验误差较大,故A错误;依次算出连续两个计数点间的加速度,算出平均值作为小车的加速度,不能有效的剔除误差较大的点,故B错误;当纵坐标取不同的标度时,图像的倾角就会不同,故C错误;只有利用实验数据画出对应的v-t图像,才可以充分利用测量数据,减少偶然误差,故D正确。
3.(2022·宣城六校高一上期中)两实验小组的同学分别做“探究小车的速度随时间变化的规律”的实验。(1)甲组同学从实验室已经领取了以下器材:一端装有定滑轮的长木板、小车、纸带、钩码、轻细绳、8 V交变电源。为了完成本实验,还须从图中选取部分实验器材,其名称分别为______________、________。
电火花计时器使用的是220 V的交流电,电磁打点计时器使用的是8 V的交流电,所以应选择电磁打点计时器,实验中还需要刻度尺测量计数点间的距离。
(2)乙组同学另外从实验室领取了一套器材,他们所选用的计时器为电火花计时器,使用电火花计时器时的基本步骤如下:A.当纸带完全通过电火花计时器后,及 时关闭电火花计时器B.将电火花计时器插头插入相应的电源插座C.把计时器固定在长木板上,将纸带从墨粉纸盘下面穿过电火花计时器D.接通开关,听到放电声,立即释放小车拖动纸带上述步骤正确的顺序是________(填步骤前的字母)。
实验时,应先安装装置,然后启动电源,释放小车拖动纸带,实验完毕后,关闭电火花计时器,整理器材,所以正确顺序为CBDA。
4.一小球在桌面上从静止开始做加速直线运动,现用高速摄影机在同一底片上多次曝光,记录下小球每次曝光的位置,并将小球的位置进行编号。如图甲所示,1位置恰为小球刚开始运动的瞬间,作为零时刻。摄影机连续两次曝光的时间间隔均相同,小球从1位置到6位置的运动过程中经过各位置的速度分别为v1=0,v2=0.06 m/s,v3=_____ m/s,v4=0.18 m/s,v5=____ m/s。在图乙所示的坐标纸上作出小球的速度—时间图像(保留描点痕迹);根据图像可求出加速度a=____ m/s2。(结果均保留两位有效数字)
由题图甲知,x1+x2=0.06 m,而
根据各点的瞬时速度,作出v-t图像如图所示。
v-t图像的斜率表示加速度,则加速度:
5.(2023·北京市石景山高一统考期末)用如图甲所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律,获得一条点迹清晰的纸带。选A点作计时起点(t=0),然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点(相邻两个计数点之间还有四个点未画出),如图乙所示。测得x1=1.50 cm,x2=3.51 cm,x3=5.49 cm,x4=7.51 cm,x5=9.48 cm,x6=11.50 cm。计算得到在打B、C、D、E、F点时小车的速度,分别记作vB、vC、vD、vE、vF。
以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系,在坐标纸上描点,如图丙所示。
结合上述实验步骤,请你完成下列任务:(1)为了完成实验,除了图甲中的实验器材,还需要使用下列仪器和器材中的____(填选项前的字母)。A.电压合适的50 Hz交变电源B.电压可调的直流电源C.刻度尺D.秒表
除了题图甲中所示器材外,还需要电压合适的50 Hz交变电源,以及用来测量纸带上计数点之间距离的刻度尺,故选A、C。
(2)根据纸带上的数据,计算打C点时小车的速度,填入表中相应位置。
(3)将打C点时小车的速度标示在图丙坐标图中,并作出小车的v-t图像。
根据表中的数据,描点连线如图所示
(4)其中v-t图像斜率的物理意义是______________________。
v-t图像斜率的物理意义是表示小车运动的加速度。
(5)作v-t图像前,还不知道小车做什么直线运动。用平均速度 表示各计数点的瞬时速度,从理论上讲,对Δt的要求是__________(选填“越小越好”或“与大小无关”);从实验的角度看,选取的Δx大小与速度测量的误差______(选填“有关”或“无关”)。
用平均速度 表示各计数点的瞬时速度,从理论上讲,时间越小,平均速度越趋近于瞬时速度,故Δt越小越好。从实验角度看,Δx选取得越小,测量相对误差越大,故选取的Δx大小与速度测量的误差有关。
6.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,打点计时器接在50 Hz的低压交变电源上,某同学在打出的纸带上取了A、B、C、D、E、F六个计数点(每相邻两个计数点间还有四个点未画出),如图甲所示。从每一个计数点处将纸带剪开分成五段(分别为a、b、c、d、e段),将这五段纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在xOy坐标系中,如图乙所示,由此可以得到一条表示v-t关系的图线,从而求出加速度的大小。
(1)请你在图乙xOy坐标系中用最简洁的方法作出能表示v-t关系的图线,其中___(选填“x”或“y”)轴相当于v轴,___(选填“x”或“y”)轴相当于t轴。
分别取a、b、c、d、e五段的上方中点,并连线,则得到能表示v-t关系的图线,如图所示;y轴相当于v轴,x轴相当于t轴;
(2)从第一个计数点开始计时,为求出0.15 s时刻的瞬时速度,需要测出___段纸带的长度。
t=0.15 s是b段的中间时刻,要求t=0.15 s时的瞬时速度,只需要测出b段纸带的长度xb,然后用 求得的平均速度即可认为是t=0.15 s时刻的瞬时速度;
(3)若测得a段纸带的长度为2.0 cm,e段纸带的长度为10.0 cm,则可求出加速度的大小为___ m/s2。
a、e段各自中间时刻的速度分别为
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