必修 第一冊(cè)第二章 勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究1 實(shí)驗(yàn)：探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律精品課件ppt

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1、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以測(cè)量什么物理量?
2、通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以間接測(cè)量什么物理量？
3、根據(jù)紙帶上給出的數(shù)據(jù)，求2、4兩點(diǎn)的速度和紙帶運(yùn)動(dòng)的加速度。
尋求一種運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和規(guī)律，一般要從某個(gè)具體事例開(kāi)始。這一節(jié)我們研究小車(chē)在重物牽引下的運(yùn)動(dòng)，看看小車(chē)的速度是怎樣隨時(shí)間變化的。
要研究小車(chē)在重物牽引下速度隨時(shí)間的變化規(guī)律，你認(rèn)為如何設(shè)計(jì)此實(shí)驗(yàn)？需要測(cè)量那些物理量？選用什么器材，請(qǐng)寫(xiě)出你的方案，并與同學(xué)交流。
要研究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，就要想辦法測(cè)量小車(chē)在不同時(shí)刻的瞬時(shí)速度，而打點(diǎn)計(jì)時(shí)器具有此功能。如果用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量速度，就可以如圖所示，把一端帶有滑輪的長(zhǎng)鋁板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，鋁板上放一個(gè)可以左右移動(dòng)的小車(chē)，小車(chē)一端連接穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，另一端連接繞過(guò)滑輪系有槽碼的細(xì)繩。小車(chē)在槽碼的牽引下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)研究紙帶上的信息，就可以知道小車(chē)運(yùn)動(dòng)的速度是怎樣隨時(shí)間變化的。
打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；紙帶；復(fù)寫(xiě)紙；低壓交流電源；小車(chē)；細(xì)繩；一端附有滑輪的長(zhǎng)木板；刻度尺；鉤碼；導(dǎo)線
(1) 把一端附有滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上遠(yuǎn)離滑輪的一端,連接好電路.
(2)把一條細(xì)繩拴在小車(chē)上，使細(xì)繩跨過(guò)滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，釋放手后，小車(chē)能在長(zhǎng)木板上平穩(wěn)的加速滑行一段距離，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并把它的一端固定在小車(chē)后面.
(3)把小車(chē)停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，然后放開(kāi)小車(chē)，讓小車(chē)拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，立即關(guān)閉電源，取下紙帶。
(4)換上新紙帶，增減所掛鉤碼，或在小車(chē)上放置重物，再做兩次實(shí)驗(yàn).
（1）固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)讓限位孔處在長(zhǎng)木板的中央縱軸位置，使紙帶、小車(chē)、拉線和定滑輪共線；滑輪不能過(guò)高,細(xì)繩應(yīng)與木板平行，以減小拉力的變化。（2）開(kāi)始釋放小車(chē)時(shí)，應(yīng)使小車(chē)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。（3）先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后，再釋放小車(chē)，當(dāng)小車(chē)停止運(yùn)動(dòng)時(shí)及時(shí)斷開(kāi)電源。（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意保護(hù)小車(chē)及滑輪，要避免它們被碰壞或跌壞。所以，當(dāng)小車(chē)到達(dá)滑輪前及時(shí)用手按住它，防止小車(chē)從板上掉下來(lái)。（5）小車(chē)另一端所掛的鉤碼個(gè)數(shù)要適當(dāng)，避免加速度過(guò)大而使紙帶上打的點(diǎn)太少，或加速度太小使各段位移無(wú)法區(qū)別，從而使誤差增大。（6）打點(diǎn)結(jié)束后立即關(guān)閉電源。
問(wèn)題1.怎樣選擇紙帶和和選取紙帶上的點(diǎn)？選取紙帶：選擇所打紙帶中最清晰的一條，開(kāi)頭過(guò)于密集的點(diǎn)舍掉選取紙帶上的點(diǎn)：若紙帶上點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離較小，可取多個(gè)間隔（一般取5個(gè)間隔）為一個(gè)計(jì)數(shù)間隔時(shí)間（間隔不再是0.02s）（但要看具體情況靈活選定）；給選取的點(diǎn)加標(biāo)記。
問(wèn)題2.如何測(cè)量數(shù)據(jù)？根據(jù)前面所選的計(jì)數(shù)點(diǎn)直接測(cè)量各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到起點(diǎn)的距離。
0 1 2 3 4 5
A B C D E
為了便于測(cè)量，舍掉紙帶開(kāi)頭一些過(guò)于密集的點(diǎn)，找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)0，后面每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)到起始點(diǎn)0 的距離x，記錄在表中。計(jì)算兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移Δx，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的時(shí)間Δt。
用v-t圖像分析數(shù)據(jù):
(1)建立平面直角坐標(biāo)系；
用平滑的曲線盡可能的把絕大部分點(diǎn)連接起來(lái)
使直線通過(guò)盡可能多的點(diǎn)，如果有些點(diǎn)難以落在曲線上，應(yīng)使它們大致均勻地分布在曲線兩側(cè)，個(gè)別嚴(yán)重偏離的點(diǎn)舍去。
用圖像分析數(shù)據(jù)的過(guò)程,實(shí)際上是“減小實(shí)驗(yàn)誤差”的過(guò)程。
v-t圖像的數(shù)據(jù)點(diǎn)基本分布在一條直線上。
物體運(yùn)動(dòng)的加速度保持不變，小車(chē)的速度隨時(shí)間均勻變化。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：小車(chē)運(yùn)動(dòng)的v－t圖象是一條傾斜向上的直線，說(shuō)明速度隨時(shí)間均勻增加，它們成“線性關(guān)系”。
求小車(chē)加速度的方法方法1.取任意兩組數(shù)據(jù)求出Δv和Δt，然后代入Δv／Δt求解。方法2.在v—t圖象上取一段時(shí)間Δt（盡量取大一些），找出兩個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)值求出Δv，代入Δv／Δt求解。
方法2更好。畫(huà)圖時(shí)讓不在直線上的點(diǎn)盡可能均勻地分布在直線兩側(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(shuō)應(yīng)該用圖象上的點(diǎn)，而不是用實(shí)驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)。
(1)木板的粗糙程度不同，摩擦不均勻．　(2)根據(jù)紙帶測(cè)量的位移有誤差，從而計(jì)算出的瞬時(shí)速度有誤差．(3)作v－t圖象時(shí)單位選擇不合適或人為作圖不準(zhǔn)確帶來(lái)誤差
1、小車(chē)的速度隨時(shí)間的增加而均勻增加。
2、小車(chē)速度隨時(shí)間逐漸增大；相同時(shí)間里，速度增量相同。
1、如果交流電頻率為50HZ，則以下兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間T=0.1S
（1）每5個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)（計(jì)時(shí)起點(diǎn)不能算在內(nèi)）
（3）兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)沒(méi)畫(huà)出來(lái)
（2）間隔4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)
兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間T=0.08S、0.06S類似
2、如果要求某個(gè)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，就首先把它變?yōu)橹虚g時(shí)刻（或某個(gè)端點(diǎn)），根據(jù)如下公式求平均速度，即為該點(diǎn)的瞬時(shí)速度。
借助常用的數(shù)表軟件，可以迅速、準(zhǔn)確地根據(jù)表中的數(shù)據(jù)作出v-t圖像，甚至能夠?qū)懗鰣D像所代表的公式。下面一WPS表格軟件為例作簡(jiǎn)要說(shuō)明，有興趣的同學(xué)可以試一試。
在WPS表格軟件工作簿的某一列的單元格中依次輸入測(cè)量時(shí)間，在相鄰的一列輸入對(duì)應(yīng)的速度值(圖2.1-3 )。用鼠標(biāo)選中這些數(shù)據(jù)，按照“插入”中的“圖表”的提示就能一步步地得到所畫(huà)的圖像(圖2.1-4)。
操作過(guò)程中WPS會(huì)要求確定“圖表類型”，這時(shí)可以選擇“平滑散點(diǎn)圖”；還會(huì)出現(xiàn)“添加趨勢(shì)線”的對(duì)話框，里面也有一個(gè)“類型”標(biāo)簽，其中有幾種可選擇的函數(shù)。由于我們這個(gè)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)幾乎分布在一條直線上，所以應(yīng)該選擇“線性”類型。
某同學(xué)采用了如下方法繪制小車(chē)運(yùn)動(dòng)的v-t圖像：先把實(shí)驗(yàn)得到的紙帶每隔0.1 s剪斷，得到若干短紙條，再把這些紙條下端對(duì)齊，并排貼在一張紙上。紙條的寬度方向作為時(shí)間坐標(biāo)軸，長(zhǎng)度方向作為速度坐標(biāo)軸，最后將紙條上端中心連起來(lái)，得到小車(chē)運(yùn)動(dòng)的v-t圖像。 這樣做有道理嗎？
可以用短紙條的寬度表示測(cè)量點(diǎn)之間的時(shí)間間隔
每段紙條的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的是小車(chē)在該時(shí)間間隔內(nèi)的位移，當(dāng)時(shí)間間隔相同時(shí)，位移正比于小車(chē)運(yùn)動(dòng)的平均速度。
連接每條紙帶上端的中心，實(shí)際上是用每段時(shí)間間隔內(nèi)的平均速度表示了這段時(shí)間間隔內(nèi)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，得到的直線可以代表物體運(yùn)動(dòng)的速度-時(shí)間圖像。
【例1 】在“探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化規(guī)律“的實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法正確的是( )A.?電火花計(jì)時(shí)器正常工作時(shí)，其打點(diǎn)的周期取決于交流電壓的高低B.?電火花計(jì)時(shí)器應(yīng)接在10V以下的交流電源上才能正常工作C.?打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)工作時(shí)間很短，應(yīng)注意打點(diǎn)之后要立即關(guān)閉電源D.?開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通電源，后釋放小車(chē)
【例2】在下列給出的器材中，本節(jié)實(shí)驗(yàn)中所需的器材有 ( ) ①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器②天平 ③低壓交流電源 ④低壓直流電源⑤細(xì)繩和紙帶 ⑥鉤碼和小車(chē) ⑦秒表 ⑧一端有滑輪的長(zhǎng)木板 ⑨刻度尺A．①③⑧⑨ B．⑤⑥⑧⑨ C．①③⑤⑥ D．①③⑤⑥⑧⑨
【例3 】在“探究小車(chē)的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)操作過(guò)程中有以下實(shí)驗(yàn)步驟：
A．拉住紙帶，將小車(chē)移至靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先放開(kāi)紙帶，再接通電源；B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上，并連接好電路；C．把一條細(xì)繩拴在小車(chē)上，細(xì)繩跨過(guò)定滑輪，下邊吊著適當(dāng)重的鉤碼,放手后看小車(chē)能否在木板上做平穩(wěn)的加速運(yùn)動(dòng)；D．取下紙帶；
E．把一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使附有定滑輪的一端伸出桌面；F．將紙帶固定在小車(chē)尾部，并穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔；G．換上新紙帶，重復(fù)操作兩次.
(1)其中有錯(cuò)誤的步驟是____________；應(yīng)改正為_(kāi)___________________．
先接通電源，再釋放紙帶
(2)將改正后的步驟按合理的順序?qū)懺跈M線上：步驟順序?yàn)開(kāi)_____________.
【例4】用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、平板(光滑)、小車(chē)等器材探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，下圖所示是某同學(xué)即將釋放小車(chē)之前的實(shí)驗(yàn)裝置圖。該裝置圖中有3處明顯錯(cuò)誤，它們分別是：(1)__________________________________________________(2)__________________________________________________(3)__________________________________________________
小車(chē)應(yīng)從靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處開(kāi)始釋放
【例5】在《探究小車(chē)的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律》的實(shí)驗(yàn)中，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出了如圖所示的一條紙帶，其中1、2、3、4、5、6均為記數(shù)點(diǎn)，且相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間都還有4個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出來(lái)，已知電源的頻率為50 Hz.現(xiàn)測(cè)得：s1＝1.40cm，s2＝1.90cm，s3＝2.40cm，s4＝2.90cm，s5＝3.40cm，s6＝3.90cm.
(1)在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出點(diǎn)2、3、4、5、6時(shí)，小車(chē)的速度分別為：v2＝____cm/s，v3＝____cm/s，v4＝____cm/s，v5＝_____cm/s.
(3)根據(jù)作出的速度—時(shí)間圖象，求出小車(chē)的加速度為_(kāi)____m/s2(取二位有效數(shù)字)．
(2)在下邊的坐標(biāo)紙上作出速度—時(shí)間圖象(從1開(kāi)始計(jì)時(shí))．
【例6】在“探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，算出小車(chē)經(jīng)過(guò)各計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度如下表所示，為了算出加速度，合理的方法是（ ）A.根據(jù)任意兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的加速度公式算出加速度B.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫(huà)出v-t圖象，量出其傾角α，由公式a=tanα算出加速度C.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫(huà)出v-t圖象，由圖線上相隔較遠(yuǎn)的任意兩點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的速度，用公式算出加速度D.依次算出通過(guò)連續(xù)兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的加速度，其平均值作為小車(chē)的加速度
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