高中物理第2章勻變速直線運動第4節(jié)科學測量做直線運動物體的瞬時速度課件魯科版必修第一冊

第4節(jié)科學測量:做直線運動物體的瞬時速度必備知識自我檢測一、兩種打點計時器

2204~6

0.02時間必備知識自我檢測二、測量小車的瞬時速度和加速度1.實驗目的(1)測量小車的瞬時速度、加速度;(2)判斷沿斜面下滑的小車是否做勻變速直線運動;(3)學習使用打點計時器。2.實驗器材電磁打點計時器(或電火花打點計時器)、低壓交流電源(或220V交流電源)、紙帶、長木板(或軌道)、U形夾、小車、毫米刻度尺、鉤碼。必備知識自我檢測3.實驗原理與設計(1)計時點與計數點如圖為小車下滑過程中打點計時器打出的紙帶。計時點:紙帶上打出的原始點為計時點。計數點:由于紙帶被打出的原始點過于密集,測出的間距誤差較大,為便于測量和計算,我們另選間距較大且時間間隔相等的點來研究,這樣的點叫作計數點。如圖中的第0、1、2計數點。必備知識自我檢測(2)選擇計數點舍去開頭密集的點,選取便于測量的某點作為計時的起點,記為點0,依次向后每5個點選取一個計數點,分別記為1,2,3……相鄰兩個計數點間隔的時間t=0.02s×5=0.1s。(3)打點周期和兩個計數點間隔的時間打點周期T:打點計時器使用50Hz的交流電源時,每隔0.02s打一次點,則T=0.02s。兩個計數點間隔的時間t:t=(n+1)T,n為兩個計數點間的點的個數。必備知識自我檢測(4)判斷物體的運動情況、測量速度、加速度當物體做勻變速直線運動時,①相等時間內的位移等于加速度與時間平方的乘積,即sn+1-sn=at2,因此,若測得sn+1、sn、t,則可以判斷物體的運動情況,求得加速度。必備知識自我檢測4.實驗步驟

本實驗可以采用圖甲或圖乙兩種實驗裝置來完成。

必備知識自我檢測(1)如圖甲所示,把打點計時器固定在長木板一端,并將該端墊高,使長木板形成斜面。(如圖乙所示,把打點計時器固定在長木板一端,將細繩繞過滑輪,線下面掛上適當的鉤碼,小車在鉤碼的牽引下運動。)(2)將長60cm左右的紙帶一端穿過打點計時器,另一端固定于小車,盡量讓小車

打點計時器。

(3)先打開

開關,稍后(打點穩(wěn)定后)釋放

,待小車滑倒斜面底端時止住小車,關閉開關。取下紙帶,檢查點跡。若有問題,可換上新紙帶,調試后重復上述步驟。

(4)選擇點跡

的紙帶,避開點跡密集部分,從距打點的開始端幾厘米處選擇一個點記為點0。在該點后面,依次標出間隔時間相等的計數點。

(5)根據打點計時器的周期,計算各計數點到點0對應的時間t,測量各計數點與下一相鄰計數點的間距s,將t和s的相應數據填入表中。靠近打點計時器小車清晰必備知識自我檢測1.正誤辨析(1)兩種打點計時器使用的電源都是220V的交流電源。(

)(2)使用50Hz的交流電源,兩種打點計時器的打點時間間隔都是0.02s。

(

)(3)打點計時器能同時記錄時間和位移。

(

)(4)紙帶上兩較近點間的平均速度可以近似代表這兩點間某點的瞬時速度。

(

)(5)作速度—時間圖像時,先描點,再將各點用折線連接起來。

(

)(6)打點計時器應固定在有滑輪的一端。

(

)(7)打點計時器直接放在長木板上,不需固定。

(

)(8)實驗時,先讓小車運動,再打開電源開關。

(

)(9)釋放小車的位置應遠離打點計時器。

(

)必備知識自我檢測答案與解析:(1)×

電火花打點計時器使用220

V交流電源,電磁打點計時器使用4~6

V交流電源。(2)√

打點計時器使用50

Hz的交流電源,打點時間間隔為0.02

s。(3)√(4)√

計算紙帶上某點的瞬時速度時,可用該點附近兩點間的平均速度來代表這點的瞬時速度。(5)×

應該用平滑的曲線將各點連接起來。(6)×

打點計時器應固定在遠離滑輪的一端。(7)×

打點計時器應固定在木板上,防止打點計時器移動。(8)×

實驗時,應先開電源開關,再釋放小車。(9)×

為了能使紙帶打上更多的點,釋放小車的位置應靠近打點計時器。必備知識自我檢測2.在探究小車速度隨時間變化的規(guī)律的實驗中,某同學操作過程中有以下實驗步驟:A.拉住紙帶,將小車移至靠近打點計時器處,先放開紙帶,再接通電源;B.將打點計時器固定在長木板上,并連接好電路;C.把一條細繩拴在小車上,細繩跨過定滑輪,下邊吊著適當重的鉤碼,放手后看小車能否在木板上做平穩(wěn)的加速運動;D.取下紙帶;E.把一端附有定滑輪的長木板平放在實驗桌上,并使附有定滑輪的一端伸出桌面;F.將紙帶固定在小車尾部,并穿過打點計時器的限位孔;G.換上新紙帶,重復操作兩次。必備知識自我檢測(1)其中有錯誤的步驟是

;應改正為

。

(2)將改正后的步驟按合理的順序寫在橫線上:步驟順序為

。

解析:(1)打點計時器在使用時,為了使打點穩(wěn)定,同時為了提高紙帶的利用率,使盡量多的點打在紙帶上,應先接通電源,再放開紙帶,取下紙帶前應先關閉電源,故A、D錯誤。(2)本著先安裝器材,后進行實驗的思路,在該實驗中,先固定長木板,安裝打點計時器,準備完畢開始進行實驗,注意要先打點后釋放小車,做完一次實驗要及時關閉電源,故正確的實驗步驟是EBCFADG。答案:(1)ADA.應先接通電源,再放開紙帶

D.取下紙帶前應先關閉電源(2)EBCFADG問題一問題二隨堂檢測數據分析情境探究下面是一位同學用打點計時器打的一條紙帶,他從點跡清楚處開始選取相鄰的A、B、C、D、E、F六個點,用刻度尺測量各點間的距離,如圖所示。利用測量的數據怎樣求各點的速度?怎樣分析速度變化情況?怎樣求加速度?問題一問題二隨堂檢測知識點撥1.根據紙帶上的數據判斷物體的運動情況(1)設s1、s2、s3……為相鄰兩計數點之間的距離,①若s2-s1=s3-s2=s4-s3=0,則與紙帶相連的物體做勻速直線運動;②若s2-s1=s3-s2=s4-s3≠0,則與紙帶相連的物體做勻變速直線運動。(2)v-t圖像法:①在坐標紙上建立直角坐標系,橫軸表示時間,縱軸表示速度,并根據表格中的數據求出連續(xù)5~6個計數點時的瞬時速度,在坐標系中描點。問題一問題二隨堂檢測②若數據點的分布趨勢在一條直線上,則畫一條直線,讓這條直線通過盡可能多的數據點,不在線上的點大致均勻分布在直線的兩側,偏差比較大的點忽略不計,如圖所示。③若圖像為傾斜的直線,則物體做勻變速直線運動,速度均勻變化。問題一問題二隨堂檢測2.測量物體的瞬時速度v:當物體做勻變速直線運動時,某段時間內的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度。即問題一問題二隨堂檢測3.測量物體的加速度(1)公式法:當物體做勻變速直線運動時,連續(xù)相等時間內的位移之差等于加速度與時間平方的乘積,即根據公式sn+1-sn=at2求加速度。

①若連續(xù)相等時間內的位移為偶數段,假設為6段,則問題一問題二隨堂檢測般要5點以上),然后作出v-t圖像,根據v-t圖像的斜率等于加速度求出加速度。問題一問題二隨堂檢測實例引導例1在探究小車速度隨時間變化的規(guī)律的實驗中,利用打點計時器打出了如圖所示的一條紙帶,其中1、2、3、4、5、6、7均為計數點,且相鄰的兩個計數點之間都還有4個點沒有畫出來,已知電源的頻率為50Hz(打點周期T=0.02s)?，F測得s1=1.40cm,s2=1.90cm,s3=2.40cm,s4=2.90cm,s5=3.40cm,s6=3.90cm。(1)在打點計時器打出點2、3、4、5時,小車的速度分別為v2=

cm/s,v3=

cm/s,v4=

cm/s,v5=

cm/s。

問題一問題二隨堂檢測(2)在如圖所示的坐標紙上作出速度—時間圖像。

(3)根據作出的速度—時間圖像,求出小車的加速度為

m/s2(結果保留兩位有效數字)。

規(guī)律方法求直線的斜率大小時,(1)應在直線上選擇相距較遠的兩個點;(2)讀點的坐標時,應根據坐標軸上的最小刻度進行估讀;(3)結果要符合題目的有效數字位數、單位等要求。問題一問題二隨堂檢測答案:(1)16.50

21.50

26.50

31.50

(2)見解析圖(3)0.50(0.47~0.53)問題一問題二隨堂檢測變式訓練某同學測定勻變速直線運動的加速度時,得到了在不同拉力下的A、B、C、D、…等幾條較為理想的紙帶,并在紙帶上每5個點取一個計數點,即相鄰兩計數點間的時間間隔為0.1s,將每條紙帶上的計數點都記為0、1、2、3、4、5、…,如圖甲所示為紙帶A的一部分。問題一問題二隨堂檢測(1)如下圖所示乙、丙、丁三段紙帶,分別是從三條不同紙帶上撕下的,屬于紙帶A的是

。

(2)打點計時器打計數點1時小車的速度為

m/s。

問題一問題二隨堂檢測答案:(1)丙

(2)0.46問題一問題二隨堂檢測實驗注意事項和誤差分析情境探究在探究小車速度隨時間變化的規(guī)律實驗中,某同學釋放小車之前的裝置如圖所示,請指出該裝置圖中存在的兩處明顯錯誤。要點提示:(1)細線與木板不平行;(2)小車離打點計時器太遠;(3)打點計時器接的是直流電源(選任意兩項作答即可)。問題一問題二隨堂檢測知識點撥1.實驗注意事項(1)開始釋放小車時,應使小車靠近打點計時器。(2)應該是先接通電源,再釋放小車。(3)實驗完畢立即斷開電源,取下紙帶。(4)如打出的點較輕或是短線時,應調整振針距復寫紙的高度。(5)選擇點跡清晰的紙帶,舍棄點密集的部分,適當選取計數點(注意計數點與計時點的區(qū)別),弄清楚所選時間間隔T等于多少秒。(6)每打好一條紙帶,將定位軸上的復寫紙換個位置,以保證打點清晰。(7)不要分段測量各段位移,應盡可能地一次測量完畢(可先統(tǒng)一量出各計數點到計數起點0之間的距離)。問題一問題二隨堂檢測2.實驗誤差分析

問題一問題二隨堂檢測實例引導例2(多選)在探究小車速度隨時間變化的規(guī)律的實驗中,我們使用了打點計時器。關于實驗注意事項及打出的紙帶經測量的實驗數據的處理,下列敘述正確的有

(

)A.一定要使用電磁打點計時器,因為電火花打點計時器需220V交變電流,不安全B.要從打出的幾條紙帶中選擇點跡清晰且各點排成一條直線的紙帶進行測量,測量時還要舍掉開頭一些過于密集的點跡,必要時應該選取計數點進行測量C.要選用各處平整程度、光滑程度相同的長木板做實驗D.可以采用作v-t圖像的方法來處理數據,是哪種運動便一目了然問題一問題二隨堂檢測答案:BCD解析:只要操作正規(guī),不存在安全問題,而且使用電火花打點計時器阻力小,A錯誤;所打點要清晰而且在一條直線上,為了減小實驗誤差,可以每隔幾個點作為一個計數點,B正確;選用各處平整程度、光滑程度相同的長木板做實驗可減小誤差,C正確;圖像法處理數據更直觀,給人一目了然的感覺,D正確。問題一問題二隨堂檢測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,然后進行數據處理B.為使測量更為嚴謹,應把打下的第一個點作為第一個測量點C.為了便于測量,應舍掉開頭一些過于密集的點,找一個適當的點當作計時起點D.兩相鄰測量點間的時間間隔必須是0.1s答案:C解析:小車在鉤碼的牽引下運動時,采用多次測量,打出多條紙帶,進行數據處理,有利于減小誤差,故A錯誤;紙帶上開始時密集的點,點距過小,測量誤差較大,故應舍去,找一個適當的點當作計時起點,故B錯誤,C正確;選取測量點,可增加測量距離,減小測量過程所產生的誤差,兩相鄰測量點間的時間間隔不一定取0.1

s,故D錯誤。問題一問題二隨堂檢測2.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,用的電源頻率為50Hz,關于計數點間時間間隔的下列說法正確的是(

)A.每隔四個點取一個計數點,則計數點間的時間間隔為0.10sB.每隔四個點取一個計數點,則計數點間的時間間隔為0.08sC.每隔五個點取一個計數點,則計數點間的時間間隔為0.10sD.每隔五個點取一個計數點,則計數點間的時間間隔為0.08s問題一問題二隨堂檢測答案:A解析:本實驗用的電源為50

H