新教材魯科版必修第一冊(cè)第2章第4節(jié)科學(xué)測(cè)量做直線運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)速課件（54張）

第4節(jié)科學(xué)測(cè)量:做直線運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)速度第2章2021內(nèi)容索引0102課前篇自主預(yù)習(xí)課堂篇探究學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標(biāo)思維導(dǎo)圖1.了解兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理,會(huì)正確使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。(科學(xué)探究)2.能根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)判斷物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì),測(cè)量物體的速度、加速度。(科學(xué)探究)3.掌握描點(diǎn)畫圖像的方法,會(huì)根據(jù)畫出的v-t圖像判斷運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。求加速度。(科學(xué)探究)課前篇自主預(yù)習(xí)必備知識(shí)一、兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

比較項(xiàng)電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器結(jié)構(gòu)圖示工作電壓220V交變電流4~6V交變電流比較項(xiàng)電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)方式周期性產(chǎn)生電火花振針周期性上下振動(dòng)電源頻率為50Hz時(shí)打點(diǎn)周期0.02s0.02s記錄信息位移、時(shí)間二、測(cè)量小車的瞬時(shí)速度和加速度1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)測(cè)量小車的瞬時(shí)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(yùn)動(dòng);(3)學(xué)習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。2.實(shí)驗(yàn)器材電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)、低壓交流電源(或220V交流電源)、紙帶、長(zhǎng)木板(或軌道)、U形夾、小車、毫米刻度尺、鉤碼。3.實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)(1)計(jì)時(shí)點(diǎn)與計(jì)數(shù)點(diǎn)如圖為小車下滑過程中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶。計(jì)時(shí)點(diǎn):紙帶上打出的原始點(diǎn)為計(jì)時(shí)點(diǎn)。計(jì)數(shù)點(diǎn):由于紙帶被打出的原始點(diǎn)過于密集,測(cè)出的間距誤差較大,為便于測(cè)量和計(jì)算,我們另選間距較大且時(shí)間間隔相等的點(diǎn)來研究,這樣的點(diǎn)叫作計(jì)數(shù)點(diǎn)。如圖中的第0、1、2計(jì)數(shù)點(diǎn)。(2)選擇計(jì)數(shù)點(diǎn)舍去開頭密集的點(diǎn),選取便于測(cè)量的某點(diǎn)作為計(jì)時(shí)的起點(diǎn),記為點(diǎn)0,依次向后每5個(gè)點(diǎn)選取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),分別記為1,2,3……相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間隔的時(shí)間t=0.02s×5=0.1s。(3)打點(diǎn)周期和兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間隔的時(shí)間打點(diǎn)周期T:打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用50Hz的交流電源時(shí),每隔0.02s打一次點(diǎn),則T=0.02s。兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間隔的時(shí)間t:t=(n+1)T,n為兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的點(diǎn)的個(gè)數(shù)。(4)判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況、測(cè)量速度、加速度當(dāng)物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),①相等時(shí)間內(nèi)的位移等于加速度與時(shí)間平方的乘積,即sn+1-sn=at2,因此,若測(cè)得sn+1、sn、t,則可以判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況,求得加速度。②某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度。即vn=,因此可求得速度,得到v-t圖像,進(jìn)而判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況,求得加速度。4.實(shí)驗(yàn)步驟

本實(shí)驗(yàn)可以采用圖甲或圖乙兩種實(shí)驗(yàn)裝置來完成。(1)如圖甲所示,把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板一端,并將該端墊高,使長(zhǎng)木板形成斜面。(如圖乙所示,把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板一端,將細(xì)繩繞過滑輪,線下面掛上適當(dāng)?shù)你^碼,小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)。)(2)將長(zhǎng)60cm左右的紙帶一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,另一端固定于小車,盡量讓小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。(3)先打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開關(guān),稍后(打點(diǎn)穩(wěn)定后)釋放小車,待小車滑到斜面底端時(shí)止住小車,關(guān)閉開關(guān)。取下紙帶,檢查點(diǎn)跡。若有問題,可換上新紙帶,調(diào)試后重復(fù)上述步驟。(4)選擇點(diǎn)跡清晰的紙帶,避開點(diǎn)跡密集部分,從距打點(diǎn)的開始端幾厘米處選擇一個(gè)點(diǎn)記為點(diǎn)0。在該點(diǎn)后面,依次標(biāo)出間隔時(shí)間相等的計(jì)數(shù)點(diǎn)。(5)根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的周期,計(jì)算各計(jì)數(shù)點(diǎn)到點(diǎn)0對(duì)應(yīng)的時(shí)間t,測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)與下一相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距s,將t和s的相應(yīng)數(shù)據(jù)填入表中。1.正誤辨析(1)兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源都是220V的交流電源。(

)解析

電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用220

V交流電源,電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用4~6

V交流電源。答案

×(2)使用50Hz的交流電源,兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)時(shí)間間隔都是0.02s。(

)解析

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用50

Hz的交流電源,打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02

s。答案

√自我檢測(cè)(3)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器能同時(shí)記錄時(shí)間和位移。(

)答案

√(4)紙帶上兩較近點(diǎn)間的平均速度可以近似代表這兩點(diǎn)間某點(diǎn)的瞬時(shí)速度。(

)解析

計(jì)算紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度時(shí),可用該點(diǎn)附近兩點(diǎn)間的平均速度來代表這點(diǎn)的瞬時(shí)速度。答案

√(5)作速度—時(shí)間圖像時(shí),先描點(diǎn),再將各點(diǎn)用折線連接起來。(

)解析

應(yīng)該用平滑的曲線將各點(diǎn)連接起來。答案

×(6)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)固定在有滑輪的一端。(

)解析

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)固定在遠(yuǎn)離滑輪的一端。答案

×(7)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器直接放在長(zhǎng)木板上,不需固定。(

)解析

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)固定在木板上,防止打點(diǎn)計(jì)時(shí)器移動(dòng)。答案

×(8)實(shí)驗(yàn)時(shí),先讓小車運(yùn)動(dòng),再打開電源開關(guān)。(

)解析

實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)先開電源開關(guān),再釋放小車。答案

×(9)釋放小車的位置應(yīng)遠(yuǎn)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。(

)解析

為了能使紙帶打上更多的點(diǎn),釋放小車的位置應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。答案

×2.在探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)操作過程中有以下實(shí)驗(yàn)步驟:A.拉住紙帶,將小車移至靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處,先放開紙帶,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)繩拴在小車上,細(xì)繩跨過定滑輪,下邊吊著適當(dāng)重的鉤碼,放手后看小車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.將紙帶固定在小車尾部,并穿過打點(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

(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)?/p>

。

解析

(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在使用時(shí),為了使打點(diǎn)穩(wěn)定,同時(shí)為了提高紙帶的利用率,使盡量多的點(diǎn)打在紙帶上,應(yīng)先接通電源,再放開紙帶,取下紙帶前應(yīng)先關(guān)閉電源,故A、D錯(cuò)誤。(2)本著先安裝器材,后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的思路,在該實(shí)驗(yàn)中,先固定長(zhǎng)木板,安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,準(zhǔn)備完畢開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn),注意要先打點(diǎn)后釋放小車,做完一次實(shí)驗(yàn)要及時(shí)關(guān)閉電源,故正確的實(shí)驗(yàn)步驟是EBCFADG。答案

(1)AD

A.應(yīng)先接通電源,再放開紙帶D.取下紙帶前應(yīng)先關(guān)閉電源(2)EBCFADG課堂篇探究學(xué)習(xí)問題一數(shù)據(jù)分析情境探究下面是一位同學(xué)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打的一條紙帶,他從點(diǎn)跡清楚處開始選取相鄰的A、B、C、D、E、F六個(gè)點(diǎn),用刻度尺測(cè)量各點(diǎn)間的距離,如圖所示。利用測(cè)量的數(shù)據(jù)怎樣求各點(diǎn)的速度?怎樣分析速度變化情況?怎樣求加速度?1.根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況(1)設(shè)s1、s2、s3……為相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)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(yùn)動(dòng);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(yùn)動(dòng)。(2)v-t圖像法:①在坐標(biāo)紙上建立直角坐標(biāo)系,橫軸表示時(shí)間,縱軸表示速度,并根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)求出連續(xù)5~6個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度,在坐標(biāo)系中描點(diǎn)。知識(shí)點(diǎn)撥②若數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布趨勢(shì)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(shù)據(jù)點(diǎn),不在線上的點(diǎn)大致均勻分布在直線的兩側(cè),偏差比較大的點(diǎn)忽略不計(jì),如圖所示。③若圖像為傾斜的直線,則物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng),速度均勻變化。

2.測(cè)量物體的瞬時(shí)速度v:當(dāng)物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度。即vn=,如圖所示。3.測(cè)量物體的加速度(1)公式法:當(dāng)物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移之差等于加速度與時(shí)間平方的乘積,即根據(jù)公式sn+1-sn=at2求加速度。(2)v-t圖像法:先求出打第n點(diǎn)時(shí)紙帶的瞬時(shí)速度vn=

(一般要5點(diǎn)以上),然后作出v-t圖像,根據(jù)v-t圖像的斜率等于加速度求出加速度。實(shí)例引導(dǎo)例1在探究小車速度隨時(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、7均為計(jì)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)沒有畫出來,已知電源的頻率為50Hz(打點(diǎn)周期T=0.02s)?，F(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時(shí),小車的速度分別為v2=

cm/s,v3=

cm/s,v4=

cm/s,v5=

cm/s。

(2)在如圖所示的坐標(biāo)紙上作出速度—時(shí)間圖像。(3)根據(jù)作出的速度—時(shí)間圖像,求出小車的加速度為

m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

解析

(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出點(diǎn)2、3、4、5時(shí)小車的速度可利用平均速度求出,(2)如圖所示:答案

(1)16.50

21.50

26.50

31.50

(2)見解析圖(3)0.50(0.47~0.53)規(guī)律方法求直線的斜率大小時(shí),(1)應(yīng)在直線上選擇相距較遠(yuǎn)的兩個(gè)點(diǎn);(2)讀點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí),應(yīng)根據(jù)坐標(biāo)軸上的最小刻度進(jìn)行估讀;(3)結(jié)果要符合題目的有效數(shù)字位數(shù)、單位等要求。變式訓(xùn)練某同學(xué)在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄了被小車拖動(dòng)的紙帶的運(yùn)動(dòng)情況,在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),其相鄰點(diǎn)間的距離如圖所示,每?jī)蓚€(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出。(1)試根據(jù)紙帶上各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,計(jì)算出打下B、C、D、E、F五個(gè)點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度,并將各個(gè)速度值填入下表,要求保留小數(shù)點(diǎn)后3位。速度vBvCvDvEvF數(shù)值/(m·s-1)

0.4790.5600.640

(2)將B、C、D、E、F各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度標(biāo)在直角坐標(biāo)系中,并畫出小車的瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線。(3)由所畫速度—時(shí)間圖像求出小車加速度為

m/s2。(結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后2位)

(4)根據(jù)速度—時(shí)間圖像判斷,在打A計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí),小車的速度vA=

m/s。(結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后2位)

(2)根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系內(nèi)描出對(duì)應(yīng)點(diǎn),然后作出圖像如圖所示。

(4)圖線的縱軸截距表示A點(diǎn)的速度,vA=0.32

m/s。

答案

(1)0.400

0.721

(2)如解析圖所示

(3)0.80

(4)0.32問題二實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)和誤差分析情境探究在探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)釋放小車之前的裝置如圖所示,請(qǐng)指出該裝置圖中存在的兩處明顯錯(cuò)誤。要點(diǎn)提示

(1)細(xì)線與木板不平行;(2)小車離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn);(3)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接的是直流電源(選任意兩項(xiàng)作答即可)。知識(shí)點(diǎn)撥1.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)開始釋放小車時(shí),應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。(2)應(yīng)該是先接通電源,再釋放小車。(3)實(shí)驗(yàn)完畢立即斷開電源,取下紙帶。(4)如打出的點(diǎn)較輕或是短線時(shí),應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫紙的高度。(5)選擇點(diǎn)跡清晰的紙帶,舍棄點(diǎn)密集的部分,適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)(注意計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)時(shí)點(diǎn)的區(qū)別),弄清楚所選時(shí)間間隔T等于多少秒。(6)每打好一條紙帶,將定位軸上的復(fù)寫紙換個(gè)位置,以保證打點(diǎn)清晰。(7)不要分段測(cè)量各段位移,應(yīng)盡可能地一次測(cè)量完畢(可先統(tǒng)一量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)數(shù)起點(diǎn)0之間的距離)。2.實(shí)驗(yàn)誤差分析

誤差類別誤

差

原

因減

小

方

法原理誤差用平均速度替代某點(diǎn)的瞬時(shí)速度取以某點(diǎn)為中心的較小位移來求平均速度測(cè)量方法分段測(cè)量計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離一次測(cè)量各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到起始點(diǎn)的距離,再計(jì)算出相鄰點(diǎn)間的距離讀數(shù)誤差讀刻度尺的示數(shù)時(shí),估讀誤差毫米刻度尺應(yīng)估讀到毫米的下一位,讀數(shù)盡量精確作圖誤差作圖不規(guī)范用刻度尺、三角板等作圖實(shí)例引導(dǎo)例2(多選)在探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,我們使用了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。關(guān)于實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)及打出的紙帶經(jīng)測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理,下列敘述正確的有(

)A.一定要使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,因?yàn)殡娀鸹ù螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器需220V交變電流,不安全B.要從打出的幾條紙帶中選擇點(diǎn)跡清晰且各點(diǎn)排成一條直線的紙帶進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量時(shí)還要舍掉開頭一些過于密集的點(diǎn)跡,必要時(shí)應(yīng)該選取計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量C.要選用各處平整程度、光滑程度相同的長(zhǎng)木板做實(shí)驗(yàn)D.可以采用作v-t圖像的方法來處理數(shù)據(jù),是哪種運(yùn)動(dòng)便一目了然解析

只要操作正規(guī),不存在安全問題,而且使用電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器阻力小,A錯(cuò)誤;所打點(diǎn)要清晰而且在一條直線上,為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,可以每隔幾個(gè)點(diǎn)作為一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),B正確;選用各處平整程度、光滑程度相同的長(zhǎng)木板做實(shí)驗(yàn)可減小誤差,C正確;圖像法處理數(shù)據(jù)更直觀,給人一目了然的感覺,D正確。答案

BCD隨堂檢測(cè)1.在探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律實(shí)驗(yàn)中,下列說法正確的是(

)A.小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)時(shí)只需打一條紙帶,然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理B.為使測(cè)量更為嚴(yán)謹(jǐn),應(yīng)把打下的第一個(gè)點(diǎn)作為第一個(gè)測(cè)量點(diǎn)C.為了便于測(cè)量,應(yīng)舍掉開頭一些過于密集的點(diǎn),找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)D.兩相鄰測(cè)量點(diǎn)間的時(shí)間間隔必須是0.1s解析

小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)時(shí),采用多次測(cè)量,打出多條紙帶,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,有利于減小誤差,故A錯(cuò)誤;紙帶上開始時(shí)密集的點(diǎn),點(diǎn)距過小,測(cè)量誤差較大,故應(yīng)舍去,找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn),故B錯(cuò)誤,C正確;選取測(cè)量點(diǎn),可增加測(cè)量距離,減小測(cè)量過程所產(chǎn)生的誤差,兩相鄰測(cè)量點(diǎn)間的時(shí)間間隔不一定取0.1

s,故D錯(cuò)誤。答案

C2.在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,用的電源頻率為50Hz,關(guān)于計(jì)數(shù)點(diǎn)間時(shí)間間隔的下列說法正確的是(

)A.每隔四個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),則計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.10sB.每隔四個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)