21实验：探究小车速度随时间变化的规律

2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律☆学习目标:1、巩固打点计时器的使用、纸带数据的处理和测量瞬时速度的方法。（重点）2、会从实验探究中获得数据，并能够运用图像处理实验数据。（重、难点）3、知道小车在重物牵引下运动速度随时间的变化规律。（重点）☆学点详列知识点1：实验过程【实验目的】：巩固打点计时器的使用。学会用平均速度计算瞬时速度。会利用v-t图像处理实验数据，并以此判断物体运动的性质。会根据实验数据求加速度。【实验原理】利用打点计时器打出的纸带上记录的信息，通过公式可计算各时刻的瞬时速度。利用描点法作出小车的v-t图像，根据图像判断小车的运动性质。利用v-t图像判断小车的加速度。纸带、米尺【实验器材】小车、细绳、钩码、一端附有定滑轮的长木板、电磁打点计时器、低压交流电源、导线两根【实验步骤】纸带、米尺1•把一端附有定滑轮的长木板放在桌面上，并使定滑轮的一端，连接好电路，如图所示L處计诃嘉1i>L小车2•把一条细线栓在小车上，使细线跨过定滑轮，并在下面挂上合适的钩码，接通电源，待打点计时器打点稳定后再放开小车，让小车拉着纸带运动，打完一条纸带后立即关闭电源。小车3.换上新纸带重复操作两次。4•在三条纸带中选择一条最清晰的，舍掉开头一些过于密集的点，找一个适当的点作为计时起点。选择相隔0.1s的若干计数点进行测量，把数据填入表格中。计算出各计数点的瞬时速度，填入表格中。增减所挂钩码数，再做两次实验。［引申拓展］注意事项：开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。先接通电源，待打点计时器工作稳定后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源。安装打点计时器时，要尽量使纸带、小车、细绳和定滑轮上边缘在一条直线上。牵引小车的重物（或钩码）的质量要适宜，如果质量过大，纸带上打出的计时点太少；如果质量过小，点过于密集，不便于测量距离。例1：在测定匀变速直线运动加速度的实验中，某同学的操作中有以下实验步骤：拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源；将打点计时器固定在平板上，并接好电路；把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面叼着适当重的钩码；取下纸带；将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔。（1）期中错误或遗漏的步骤有（遗漏步骤可编上序号F,G,H,……） （2）将以上步骤完善并按合理顺序写在横线上： 知识点2：实验数据的处理及误差分析

表格法（1）纸带的选取从三条纸带中选取一条比较理想的纸带，舍掉开头一些过于密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点来确定计数点。为了计算方便，通常选相隔0.1s的若干计算点进行测量。（2）采集数据的方法如图所示，在纸带上测出计数点到计数零点的距离x,x,x,x,x,x,然后再计算出相邻两个计数点的距离。123456Ax二x,Ax二x—x,Ax二x—x,Ax二x—x,Ax二x—x,Ax二x—x。（图中的d可以用x代替）11221332443554665（3）速度的计算方法各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替，即 「:°； ；__1 ＜丄Ax+Ax Ax+Ax 一vi二一12T2，v2二一^2T一3……（T为两点计数点间的时间间隔）将各计数点对应的时刻及瞬时速度填入下面表格中，并分析速度随时间的变化规律。计数点序号12345相邻两计数点间的距离Ax对应的计数点是速度v2.图像法1）在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系上描述如图所示。t/s（2） 如图所示，画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，偏离直线较远的点舍去。t/s（3） 观察所得的直线，分析物体的速度随时间的变化规律。3.误差分析（1）木板各处的粗糙程度不同，小车所受摩擦力不均匀，会造成误差。2）用纸带测量两计数点间的间隔时会产生误差。3）作图像时不精确会造成误差。:在本节“实验：探究小车速E度随时间变彳化的规律”中，算出各计数点的瞬时速度如下表：计数点序号123456计数点对应的时刻t/s0.10.20.30.40.50.6小车的瞬时速度v/（n•sT44.062.081.0100.0110.0168.0为了算出小车的加速度，最好的方法是（）AvA、 根据任意两个计数点的速度，用公式a二算出加速度AtB、 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a,由公式a=tana算出加速度AvD、 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二算出加速度AtAv解题思路：根据任意两个计数点的速度，用公式a二 算出加速度，偶然误差较大。依次算出连续两个计数点间的At加速度，算出平均作为小车的加速度，实际上只用到了首尾两个计数点的速度数据，中间各点的速度数据在计算中因相互抵消而丢失了，偶然误差也较大。用图象法处理实验数据是减小偶然误差的最好方法，但不能量角度算正切求加速度，因为纵轴与横轴的标度不统一。故正确的答案为D解:D练习2：如图所示是小车在鞋面上运动时，通过打点计时器所得的一条纸带O,A,B,C,D,E,F每相邻的两点间都有四

个点未画出），测得各段长度为0A=6.05cm,0B=13.18cm,0C=21.40cm,0D=30.70cm,0E=41.10cm,0F=52.58cm,根据这些数据，求出B.C,D,E等各点的速度，画出速度一时间图像（取A点未计时开始点），并求出小车的加速度。（打点计时器电源的频率为50Hz）寸f实战演练""1.在探究小车速度随时间变化规律的实验中，如图2—个点未画出），测得各段长度为0A=6.05cm,0B=13.18cm,0C=21.40cm,0D=30.70cm,0E=41.10cm,0F=52.58cm,根据这些数据，求出B.C,D,E等各点的速度，画出速度一时间图像（取A点未计时开始点），并求出小车的加速度。（打点计时器电源的频率为50Hz）寸f实战演练""1.在探究小车速度随时间变化规律的实验中，如图2—1—1,关于使用操作，下列说法中错误的是（ ）木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低在释放小车前，小车应紧靠在打点计时器上应先接通电源，待打点计时器开始打点后再释放小车要在小车到达定滑轮前使小车停止运动接通电源与释放纸带（或物体），这两个操作时刻的关系应当是（ ）A.先接通电源，后释放纸带 B.先释放纸带，后接通电源释放纸带的同时接通电源 D.先接通电源或先释放纸带都可以根据打点计时器打出的纸带，我们可以不利用公式就能直接得到的物理量是（ ）A.时间间隔 B.位移 C.加速度D.平均速度A.打点计时器错接在直流电源上 B.电源电压不稳定C.打点计时器使用的电压过高 D.振针到复写纸片的距离太小5•使用电磁打点计时器时，应接 V 电源。纸带应穿过 ，复写纸片应套在 上，并要放在纸带的 面。6•如下图所示是实验时打点计时器打出的一段纸带,A、B、C、D、E、F是从所打点中选取的几个连续的点，所用交流电源的频率为50Hz,则根据图中数据可得B点的速度为 m/s,C点的速度为 m/s,D点的速度为 m/s,E点的速度为 m/s。你能否根据以上数据，求得A点或F点的速度?ABCDE E«*«»•«|iiii[iiii|iiii|Hii[iiii|iiii|iiii|iiii|iiii|iiii|in7•在探究小车速度随时间变化规律的实验中，得到一条如图2—1—3所示的纸带，按时间顺序取O、1、2、3、4、5、6都为共7个记数点。0到6每相邻两记数点间各有四个打印点未画出，测得相邻计数点的距离依次为S]=1.40cm,S2=1.90cm,S3=2.38cm,S.=2.88cm，S5=3.39cm,S6=3.87cm。23456（1）在计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为：V]= m/s,V2= m/s,V3= m/s,V4= m/s,V5= m/s.⑵在图2—1—4中作出速度-时间图像，并由图像求出小车的加速度a=_0 0.10.20.30.40.5 m/s2.

0 0.10.20.30.40.5图2—1—3 图2—1—48•图2—1—5为接在50Hz低压交流电源上的打点计时器在纸带做匀加速直线运动时打出的一列点，图中所标的是每隔5个点所取的记数点，但第3个记数点M没有画出，则该物体运动的加速度为 m/s2,BM间的距离约为m。图2—1—59.利用打点计时器研究一个约1.4m高的商店卷帘窗的运动。将纸带粘在卷帘底部，纸带通过打点计时器随卷帘在竖直面内向上运动，打印后的纸带如图2—1—6所示，数据如表格所示。纸带中每相邻两点之间的时间间隔为0.10s,根据个间距的长度，可计算出卷帘在各间距内的平均速度V平均，可以将V平均近视地作为该间距中间时刻的瞬时速平均 平均度V。（1） 请根据所提供的纸带和数据，绘出卷帘窗运动的V—t图线。（2）AK段的平均速度为 m/so图2—1—62.1实验：探究小车速度随时间变化的规律例1：(1)①A中应先通电，在放纸带；②D中下纸带应先断开电源；③补充步骤F：换上新纸带，重复操作两次。(2)BECADF练习2:解答；解；利用匀变速直线运动的推论2T0.2^=03070-0.B1S=OS7WjcIT2T0.2^=03070-0.B1S=OS7WjcIT0.2为=第=他绰迎f邓皿0.2E骨氓斗皿棍据描点法作出图象，如图