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31张ppt）

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2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律

本节目标

1.掌握打点计时器的使用方法。

2.掌握利用打点计时器研究物体运动的方法。

3.能够计算各个计数点的速度。

4.会根据纸带上计录的数据，在坐标纸上画出v-t图象。

世界上第一条商业运行的磁悬浮列车——“上海磁浮”，已于2023年10月1日正式运营。据报道，上海磁浮线路总长33km，一次试车时全程行驶了7min30s，其中以430km/h的最高速度行驶约30s。磁悬浮列车的行驶速度比汽车快得多，是不是它的加速度也会很大？

物理定律不能仅靠“思维”来获得，还应致力于观察和实验。

——普朗克

物理学家天地

普朗克，德国物理学家，量子论的奠基人。1900年，他在黑体辐射研究中引入量子，因此于1918年获得诺贝尔物理学奖。

实验基础梳理实验目的1．巩固打点计时器的使用、纸带数据处理和测量瞬时速度的方法。2．通过实验探究，体验如何从实验中获取数据，学会利用图像处理实验数据的科学方法。3．知道小车在重物牵引下运动速度随时间变化的规律。实验原理1．利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点为__________取一小段位移，用这段位移的平均速度表示这点的__________。2．用v－t图像表示小车的运动情况：以速度v为____轴、时间t为____轴建立直角坐标系，用描点法画出小车的v－t图像，图线的______表示加速度的大小，如果v－t图像是一条倾斜的直线，说明小车的速度是______变化的。中间时刻瞬时速度纵横斜率均匀实验方案

打点计时器测量速度和时间

本槽码牵引小车在长木板上运动

实验器材

打点计时器、学生电源、复写纸、纸带、导线、一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、坐标纸。

实验步骤

1．如图所示，把一端带有滑轮的长木板平放在实验桌上，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，连接好电路。

2．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的槽码，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行，然后把纸带穿过打点计时器，并把纸带的另一端固定在小车后面。

3．把小车停在靠近打点计时器处，先启动计时器，后释放小车，让小车拖着纸带运动，于是打点计时器就在纸带上打下一行小点。随后，立即关闭电源。

4．增减所挂的槽码(或在小车上放置重物)，更换纸带，再做两次实验。

数据处理

1.取计数点：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（0点）；然后选取相隔T=0.1s（或更短）的若干计数点，并标明1、2、3、4……

2.测量各计数点到0点的距离：……，填入表中。

3.求各计数点的瞬时速度：利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度，即……将各计数点的瞬时速度填入表中。

计数点序号01234……

计数点对应时刻t/s00.10.20.30.4

到计时起点的距离x/cm0

各计数点的瞬时速度v/()

根据表格中的数据，分析速度随时间变化的规律——图象法

探究小车速度随时间变化规律

知识清单

误差分析

产生原因减小方法

偶然误差根据纸带测量的位移有误差测量各计数点到起始点的距离而不是直接测量相邻计数点间的距离

系统误差作v-t图像不准确有误差实验中作图时应选取合适的坐标单位

木板粗糙程度不完全相同尽量选粗糙程度均匀的木板

知识点实验原理与操作

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.低压交流电源D.低压直流电源E.细绳和纸带

F.钩码和小车G.秒表H.一端有滑轮的长木板Ι.刻度尺

选出的器材有AEFH，还需要____.

CI

解析：在本实验中，不需要测量小车和钩码的质量，因此不需要天平，打点计时器使用的是低压交流电源，因此不需要低压直流电源，同时打点计时器记录了小车运动时间，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.

(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.将打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，接上所需电源；

C.把小车停在靠近打点计时器的地方，先放开小车，再启动计时器；

D.断开电源，取下纸带；

E.把一条细绳拴在小车前端，绳跨过滑轮挂上钩码，把纸带固定在小车后端并让纸带穿过打点计时器.

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).

C

先启动计时器，再放开小车

BECDA

解析：以上步骤有错误的是C，应先启动计时器，再放开小车.

根据组装器材、进行实验、数据处理的顺序知，操作步骤顺序为：BECDA.

例在用电火花计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，图甲是一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间还有四个点未画出(电源频率为50Hz)．

知识点实验数据处理

(1)根据运动学有关公式可求得vB＝1.38m/s，vC＝________m/s，vD＝3.90m/s(保留三位有效数字)．

(2)利用求得的数值在图乙所示坐标纸上作出小车的v-t图象(从打A点时开始计时)，利用纸带上的数据求出小车运动的加速度a＝________m/s2(保留三位有效数字)．

(3)将图线延长与纵轴相交，交点的纵坐标是0.12m/s，此交点的物理意义是_________________________．

课外拓展

频闪摄影

频闪摄影又称连闪摄影，是借助于电子闪光灯的连续闪光，在一个画面上记录动体的连续运动过程。

专业的频闪技术是在同一张底片上间隔相等的时间多次曝光获得的，也就是在同一相片上显示一个物体在不同时刻的位置，其效果就好象在不同时刻所拍的透明相片重叠在一起，得到一幅在同一个画面内有不同时刻物体影像的频闪相片，如图所示。

频闪摄影从器材上一般分为两类：一是利用自动频率电子闪光灯（简称电子频闪灯）拍摄；二是利用普通闪光灯组拍摄。由于拍摄的工具和方法不同，频闪照片的效果也各具特色。

电子频闪灯是一种新型的摄影照明灯具，当这种灯充足电后，可以像连发手枪一样，一次紧接一次地频繁闪光。常见的电子频闪灯如警车上的电子频闪灯和舞台上用的电子频闪灯。

课外拓展

高频电子频闪灯的闪光频率可以根据需要调节，闪光频率越高，底片曝光次数越多，在照片上出现的影像也越多。一般来说，这种灯每秒钟的闪光次数可达几十次甚至上百次。用电子频闪灯拍摄一个动体时，画面上可以留下几十个重叠、错落有致的影像。这些以一定规律间隔产生的影像，可以给人一种节奏感强烈的视觉感受，它可以使人感到新奇，是因为用高速频率将景物凝固在一张画面上的视觉效果，比平时仅凭肉眼是无法看到的。

课外拓展

利用频闪照相照出的照片也可以用来研究物体的运动，和打点计时器一样，都可以记录物体运动的时间和位移。如图为小球沿斜面运动时每秒闪光10次拍摄出的频闪照片，照片中每两个相邻小球的影像的时间间隔就是0.1s，这样便记录了物体的运动时间。而物体的运动位移则可以用照片中的刻度尺量出。

课外拓展

1.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学的操作中有以下实验步骤，其中错误的步骤有。

A.拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先释放纸带，再接通电源

B.将打点计时器固定在铝板上，并接好电路

C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当的槽码

D.取下纸带

E.将纸带固定在小车后部，并穿过打点计时器的限位孔

请补充、改正以上步骤并写出合理的顺序（若有遗漏步骤可编上序号F、G……）。

AD

改正步骤：A步骤中应先接通电源，再释放纸带；D步骤中取下纸带前应先断开电源。

补充步骤F：换上新纸带，重复实验两次。合理顺序为：BECADF

当堂检测

2.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图给出了从0点开始，每五个点取一个计数点的纸带，其中0，1，2，3，4，5，6都为计数点。测得x1=1.40cm，x2=1.90cm，x3=2.38cm，x4=2.88cm，x5=3.39cm，x6=3.87cm。

在打点计时器打出点1、2、3、4、5时，计算出小车的速度v1、v2、v3、v4、v5，并利用描点法作v-t图像，分析小车速度随时间变化的规律。

3.在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，打点计时器使用的交流电源频率为50Hz，记录小车运动的一段纸带如图所示，在纸带上选择A、B、C、D、E、F六个计数点，相邻计数点之间还有四个点未画出。

（1）由纸带提供的数据求出打下C、E点时小车的速度，填入表中：

（2）根据表中的数据，在图中作出小车运动的v-t图线，并分析小车速度随时间的变化规律。

（3）根据作出的v-t图线可得小车运动的加速度为m/s2。

计数点序号BCDE

计数点对应的时刻t/s00.10.20.3

通过计数点时小车的速度v/（m·s-1）0.250.45

0.35

0.55

1

4.图是小球沿斜面滚下的频闪照片，照片中每两个相邻小球影像的时间间隔是0.1s，这样便记录了小球运动的时间。小球运动的位移可以用刻度尺测量。

（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。

5.［多选］“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，某同学将打点计时器打出的三条纸带分别以间隔相同点迹的方式依次剪成纸条，按先后顺序一端对齐粘在一起，然后用平滑线段将各段纸带顶端的中点连起来，如图所示，则根据纸带的特点即可研究物体的速度随时间的变化规律，以下说法中正确的是（）

A.图甲表示小车处于静止状态

B.图乙表示小车做匀速直线运动

C.图乙表示小车的速度随时间均匀增加

D.图丙表示小车的速度先随时间