【课件】实验：探究小车速度随时间变化的规律+课件-高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

2.1

实验：探究小车速度随时间变化的规律第二章匀变速直线运动的研究

1．进一步练习使用打点计时器．2．利用v-t图像处理数据，并据此判断物体的运动性质．（重点）3．能根据实验数据求加速度．(难点）学习目标1、电火花打点计时器使用的电压是？2、开启电源和拉动纸带的先后顺序？交流220V先开启电源回顾复习3、用打点计时器打出的纸带中能直接得到的数据有哪些？通过测量或计算还能得到哪些信息？时间间隔位移平均速度,瞬时速度实验仪器打点计时器；纸带；复写纸；低压交流电源；小车；细绳；一端附有滑轮的长木板；刻度尺；钩码；导线等实验装置示意图实验原理

打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，它每隔0.02s打一个点（由于电源频率是50Hz）。由打点计时器打出的纸带上的点表示相应运动物体在不同时刻的位置，研究纸带上所打点的间隔，就可以了解物体运动的情况。实验步骤⑴木板平放，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定，连接好电路。⑵穿纸带；挂钩码。⑶先接通电源，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，打完一条后立即关闭电源。⑷换纸带，加钩码，再做一次。注意事项1．固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置。2．滑轮不能过高,细绳应与木板平行.3．小车应由紧靠打点计时器处开始释放，在撞击长木板末端前应让小车停止运动,防止小车从木板上掉下来。4．先接通电源，后让纸带运动。5．打点结束后立即关闭电源。6.小车另一端所挂的钩码个数要适当，避免加速度过大而使纸带上打的点太少，或加速度太小使各段位移无法区别，从而使误差增大纸带的处理舍掉开头过于密集的点，从清楚的点开始,若纸带上点与点之间的距离较小，每五个计时点取一个计数点

,依次标号为0，1，2，3，4，5（间隔不再是0.02s）（但要看具体情况灵活选定）；0.10s0.10s过于密集不清晰的点问题1：怎样分析和选取纸带上的点？处理的纸带例：求3这个计数点的速度：v3=v24=———x24

2△tx1x2x3x4x5问题2：如何计算出所取点的瞬时速度？1．根据所得数据，选择合适的

标度建立坐标系。2．描点：观察和思考点的分布

规律。数据处理问题：如何利用数据探究物体速度随时间变化的规律？3．拟合：从点的分布可以大致的分析图像的函数类型，用合适的函数图线进行拟合，让尽可能多的点处在图线上，不在图线上的点应对称地分布在图线两侧。个别明显偏离图线的点应该舍弃不用。数据处理问题：如何利用数据探究物体速度随时间变化的规律？（1）从图上可以看出小车的速度

随时间怎样变化？（2）根据v-t图,你能知道初速度

和加速度多大吗?思考问题可以看到，小车速度随时间均匀增加。用计算机绘制v-t图像速度和时间成“线性”关系；小车的速度随时间的增加而均匀增加；在相同时间里，速度增量相同。实验结论误差分析1．木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀．2．根据纸带测量的位移有误差，从而计算出的瞬时速度有误差．3．作v­t图象时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差．注意事项1．开始释放小车时，应使小车靠进打点计时器．2．先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再释放小车．3．打点完毕，立即断开电源．4．选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点(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．要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰，当小车到达滑轮前及时用手按住．6．要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点，一般在纸带上每隔5个点取一个计数点，即时间间隔为t＝

0.1

s.处理纸带时，一定要分清计时点和计数点，搞清计数点之间的时间间隔T7．在坐标纸上画v­t图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象尽量分布在较大的坐标平面内.如果坐标系中的数据点大致落在一条直线上，作图线时应使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应均匀分布在直线两侧；如果图线是曲线，要用平滑的曲线连接各点。

8、如果作出的v­t图像是一条直线，则直线的斜率表示加速度a的大小．介绍：粘贴法处理纸带1、方法：鉴于纸带的宽度相同，可以选择一条点迹清晰的纸带，选出计数点，然后将纸带从计数点处剪下，连续减下，连续减下4-5段，然后将所得小纸带底边（断口处）对齐并列贴在坐标系中。2、运动性质的判定：若利用粘贴法处理纸带时，横轴代表纸带宽度，纵轴代表相同相邻时间间隔内物体发生的位移。纵坐标之差即代表相邻的相等时间间隔的位移差Δx，由于速度均匀变化的直线运动相邻的相等时间内速度增量是定值，则相邻的相等时间间隔的位移差Δx也是相等的。因此若Δx为定值，则物体做速度均匀变化的直线运动。3、原理：如下图所示，可以看出粘贴法得到的图像等效于v-t图像例1在测定匀变速直线运动加速度的实验中，某同学操作中有以下实验步骤：A.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B.将打点计时器固定在长木板上，并接好电路C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码，放手后看小车是否能在木板上做平稳的加速运动D.取下纸带E.把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使附有定滑轮的一端伸出桌面F.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔（1）其中错误或遗漏的步骤有（遗漏步骤可编上序号G、H……）

。（2）将以上步骤完善并按合理顺序写在横线上：

。◆使用打点计时器进行实验的步骤实验步骤可简化为：放置→固定→连接→先接后放，开始实验→重复实验→数据分析。同时要注意几点：固定时定滑轮要伸出桌面；打点计时器固定于远离定滑轮一端；开始实验时先接通电源，后释放小车。解析：在用打点计时器测定匀变速直线运动加速度的实验中，要先接通电源，后放开纸带；在取下纸带前要先断开电源；为了减小实验误差，要重复实验两次，即打出三条纸带，然后选择比较理想的纸带进行处理。答案：（1）①A中应先接通电源，再放开纸带；②D中取下纸带前应先断开电源；③补充步骤G：换上新纸带，重复操作两次（2）EBCFADG例2在用打点计时器测速度的实验中：（1）如图1所示，是某同学利用打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的时间间隔t=0.02s，其中x1=7.05cm、x2=7.68cm、x3=8.33cm、x4=8.95cm、x5=9.61cm、x6=10.23cm。

下表列出了打点计时器打下B、C、F点时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下D、E两点时小车的瞬时速度。（小数点后保留三位数字）

（2）以A点为计时起点，在坐标图（图2）中作出小车的v-t图像。（3）根据你作出的小车的v-t图像计算出小车的加速度a=

m/s2。位置BCDEF速度/（m·s-1）0.7370.801

0.992图1图2图2-1-3◆描绘图像时描点拟合的方法（1）为了描述实验中测量值之间的关系，先将其在坐标系中描点，然后用一条平滑的曲线拟合这些点，不能用折线连接这些点。（2）本实验若没有实验误差，代表小车速度与时间关系的点将全部落在某条直线上。这样，我们作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量在这条直线上，落不到直线上的各点，应均匀分布在直线的两侧。想一想

某同学采用了如下方法绘制小车运动的v-t图像：先把实验得到的纸带每隔0.1s剪断，得到若干短纸条，再把这些纸条下端对齐，并排贴在一张纸上。纸条的宽度方向作为时间坐标轴，长度方向作为速度坐标轴，最后将纸条上端中心连起来，得到小车运动的v-t图像。

这样做有道理吗？1、【西安市高一期中考试】使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中，有以下基本步骤：A.松开纸带让物体带着纸带运动B.穿好纸带C.把打点计时器固定好D.接通电源，进行打点以上步骤中正确的顺序是______________CBDA2、某同学在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，所得纸带点间距过密，若利用该纸带分析小车运动情况，下列做法可行的是（

）A.每隔9个点取一计数点，计数点时间间隔为0.2s；B.每隔2个点取一个计数点，计数点时间间隔为0.4s；C.只研究纸带后端几个间距较大的点所在区域；D.只研究纸带前端几个较密的点所在区域。A3、在利用打点计时器探究匀变速直线运动的规律时得到如图所示的一条纸带，在用下列测量数据求4计数点的瞬时速度时，下列说法正确的是（）A.利用3、5两点的平均速度计算，接近4计数点的瞬时速度B.利用2、5两点的平均速度计算，接近4计数点的瞬时速度C.利用1、6两点的平均速度计算，接近4计数点的瞬时速度D.利用0、6两点的平均速度计算，接近4计数点的瞬时速度0123