物理人教版（2023）必修第一册2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律（共30张ppt）

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第二章

匀变速直线运动的研究

2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律

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

在我们的生活中有跳远助跑、高山滑雪、驾车等运动，在自然界中有瀑布、苹果落地、猎豹捕羚羊等运动，在这些运动中都有速度的变化，且变化规律不尽相同，我们怎样才能知道速度随时间变化的规律呢？

导入新课

永久磁铁

限位孔

纸带

线圈

振针

振片

复写纸

定位轴

电磁打点计时器

放电针

纸盘轴

墨粉纸盘

电源开关

电火花计时器

视频

实验步骤：

1、把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接电路。

2、把一条细线栓在小车上，使细线跨过滑轮，下面挂上砝码。

3、把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面。

练习使用打点计时器

|

实验步骤

4、把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一列小点。

5、换上新纸带，重复以上步骤两次。

6、增加砝码质量，重复以上步骤再做两次实验。

注意事项：

1、实验前，应将打点计时器固定好，以免拉动纸带时晃动，并先轻轻试拉纸带，应无明显的阻滞现象；

2、使用打点计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再拉动纸带；

4、打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立即关闭电源；

3、使用电磁打点计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面；使用电火花计时器时，应注意把两条纸带穿好，墨粉纸盘位于两条纸带中间；

练习使用打点计时器

|

注意事项

5、对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量完毕（可先统一测量出各个测量点到起始测量点0之间的距离）。读数时应估读到毫米的下一位。

电磁打点计时器电火花计时器

比较：电磁打点计时器、电火花计时器

打点方式

打点频率

与交流电的频率相同，若交流电的频率为50Hz，则每隔0.02s打一个点

利用振动的振针打点

利用火花放电打点

工作电压

6v以下交流电

220v交流电

阻力来源

来自振针和纸带间的摩擦，以及限位孔和纸带间的摩擦，阻力较大

来自纸带本身的运动而不是由打点时产生的，阻力极小，实验误差小

问题一：怎样选取纸带上的点，需要测量哪些实验数据？

把开头过于密集的点舍掉，从比较清楚的点开始，每隔五个间隔取一个计数点，(每两个计数点之间的时间间隔是0.1s）。

数据处理

测量点编号n012345

各测量点到0点的距离xn/mm

相邻测量点间位移Δxn=xn-xn-1

各测量点瞬时速度vn(m·s-1）

0

1

3

4

5

2

x1

x2

△x1

△x2

△x3

△x4

△x5

问题二：如何进行数据处理

计算方法：求某点的瞬时速度，可用与此点相邻两点间的平均速度近似记为该点的瞬时速度。

测量点编号n012345

各测量点到0点的距离xn/mm010.024.243.568.295.4

相邻测量点间位移Δxn=xn-xn-110.014.219.324.727.2

各测量点瞬时速度vn(m·s-1）0.1210.1680.2200.258

数据处理

教材图表

(1)选择纸带如何选择一条合适的纸带

开头过于密集的点舍掉，从清楚的点开始

(2)数据处理如何选择测量点（计数点）

每隔五个间隔取一个计数点

取六个点，标号0，1，2，3，4，5

处理数据

V-t图象

1、图象特点：直观2、作图步骤（1）建系（2）描点（3）作图

注意!1作图时应把尽量多的点连在一条直线上,2不在线上的点应均匀的分布在线的两侧。

3、图象

舍去！

t/s00.10.20.30.40.5

v1/ms-116.5021.4026.3031.3536.3041.25

t/s

v/(m.s-1)

舍去！

△v

△t

问题

1图线的特点？

2小车的运动规律？

3如何求加速度？

描点连线作图观察v-t图

图象法（v-t图象）：

①根据所得数据，选择合适的标度建系（图象尽量分布在坐标系平面的大部分面积）

②根据所得数据确定点的位置,观察和思考点的分布规律。

③“拟合”图象：从点的分布可以有很大把握地说这些点应该在一条直线上，画出一条直线，让尽可能多的点处在这条直线上，其余均匀分布，去掉偏差太大的点

实验结论

1、图线为直线

2、从图线上可以可以求出每一时刻的速度

3、从图线上求出加速度，斜率k=△v/△t=a;

a不变的直线运动叫做匀加速直线运动

【误差分析】

（1）根据纸带测量的位移有误差。

（2）根据位移计算的瞬时速度有误差。

（3）木板的粗糙程度并非完全相同。

1.固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的上都位置。

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，防止小车从板上掉下来。

4.先接通电源，后让纸带运动。

5.每次打点结束后立即关闭电源。

6.将所测得的数据记录下来。

【注意事项】

典例探究分析

【例】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，

(1)下列给出的器材中，有一部分已经选好了，请选出还需要的器材。

A．电磁打点计时器B．天平C．低压交变电源

D．低压直流电源E．细绳和纸带F．槽码和小车

G．秒表H．一端有滑轮的长木板I．刻度尺

选出的器材有AEFH，还需要________。

解析(1)在本实验中，不需要测量小车和槽码的质量，因此不需要天平，电磁打点计时器使用的是低压交变电源，因此不需要直流电源，同时电磁打点计时器记录了小车的运动时间，因此不需要秒表。测量点迹间的距离需要刻度尺，所以还需要的器材是C、I。

C、I

探究1实验原理与操作

(2)某同学按照以下步骤进行操作：

A．换上纸带重复做三次，选择一条较为理想的纸带；

B．将电磁打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，接上电源；

C．把小车停在靠近电磁打点计时器的地方，先放开小车，再启动电磁打点计时器；

D．断开电源，取下纸带；

E．把一条细绳拴在小车前端，绳跨过滑轮挂上槽码，把纸带固定在小车后端并让纸带穿过电磁打点计时器。

以上步骤有错误的是________(填步骤前的字母)，应更正为__________________；步骤合理的顺序是_____________(填步骤前的字母)。

解析(2)以上步骤有错误的是C，应先启动电磁打点计时器，再放开小车。根据组装器材、进行实验、数据处理的顺序，操作步骤顺序为：BECDA。

答案(1)C、I(2)C先启动电磁打点计时器，再放开小车BECDA

C

先启动电磁打点计时器，再放开小车

BECDA

如图是小球沿斜面滚下的频闪照片，照片中相邻小球像间的时间间隔是0.1s，这样便记录了小球运动的时间。小球运动的位移可以通过刻度尺读出。

(1)试作出小球滚下过程的v－t图像；

(2)求出小球滚下过程的加速度大小。

先求各时刻瞬时速度，再在坐标系中描点画线

利用速度—时间图像求加速度

实验创新

随堂检测

1.某人用打点计时器做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验，利用打出的一条纸带画出了小车速度随时间变化的图象，如图所示．下列说法正确的是（）

A．当电源频率为50Hz时，打点计时器每隔0.05秒

打一个点

B．小车做匀速直线运动

C．小车在t=0.02秒时的速度大小是0.04m/s

D．小车的加速度大小为0.04m/s2

C

随堂检测

2.在实验“探究小车速度随时间变化的规律”中，我们采用的正确方法是（）

A．为了减小误差，不能舍掉开头过于紧密的点

B．为了实验精确，必须选取纸带上第一个点作计时起点

C．每相邻计数点的时间间隔只能取0.1s

D．每相邻计数点的时间间隔可视打点密度而定，可取0.02s、0.04s、…s×0.02均可

D

随堂检测

3.在“用打点计时器探究匀变速直线运动速度随时间的变化规律”实验中，接通电源与释放纸带让纸带（随小车）开始运动，这两项操作的先后顺序是（）

A．先释放纸带，后接通电源

B．先接通电源，后释放纸带

C．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

B

随堂检测

4.某同学做“用打点计时器测速度”的实验，利用打出的一条纸带画出的速度图象如图所示，则下列说法正确的是（）

A．电磁打点计时器使用的是直流电源

B．如果纸带上打出的点迹不均匀，则

点迹密集的地方表示速度较大

C．当电源频率是50HZ时，打点计时器每

隔0.02s打一个点

D．由图象可看出物体做匀速直线运动