第1节　实验：探究小车速度随时间变化的规律 课件

物理第二章匀变速直线运动的研究第1节实验：探究小车速度随时间变化的规律01基础储备明确原理02热点实验典例解读二、实验器材电磁打点计时器(或电火花计时器)、低压交流电源(或220V交流电源)、导线、纸带、带滑轮的长木板、小车、钩码、细绳、复写纸片、刻度尺．三、实验步骤1．如图所示，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，下边挂上钩码，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．3．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系列小点．4．换上新的纸带，重复实验两次．5．增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验．四、数据处理1．纸带的选取：从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，且开头过于密集的点应舍掉，用纸带的后一段进行测量；若纸带上点与点之间的距离较小，可取多个间隔作为一个计数点．2．数据的测量：如图所示，一般不是直接测量相邻两个计数点间的距离，而是先测量出各个计数点到计时零点间的距离x1、x2、x3、x4、x5，再计算出相邻的两个计数点间的距离．Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4.3．速度的计算：各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替．4．设计表格并记录相关数据将各计数点对应的时刻及瞬时速度填入下表中，并据此分析速度随时间的变化关系．计数点序号n012345时刻t/s00.10.20.30.40.5相邻两计数点间的距离Δx/m

对应计数点的速度v/(m·s－1)

五、数据分析1．作出小车运动的v－t图像(1)建系：在坐标纸上建立直角坐标系，用横坐标轴表示时间，纵坐标轴表示速度．(2)描点：在坐标纸上确定出各个坐标点的位置．(3)连线：画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点舍去，如图所示．六、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．七、注意事项1．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器．2．先接通电源，等打点稳定后，再释放小车．3．打点完毕，立即断开电源．4．为避免小车跟滑轮相碰，当小车到达滑轮前应及时用手按住．5．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等于多少秒．6．在坐标纸上画v－t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像尽量分布在较大的坐标平面内．热点一对实验原理和实验操作的考查

【例1】用电磁打点计时器可测纸带运动的时间和位移．下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤，按照你对实验的理解，在各步骤空白处填上适当的内容，然后按实际操作的合理顺序，将各步骤的字母代号按顺序写在空白处．A．在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在低压________(均选填“交流”或“直流”)电源的两个接线柱上．B．把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过____________，并压在________下面．C．用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离Δx.D．切断电源，取下纸带，如果共有n个清晰的点，则这段纸带记录的时间Δt＝____________．[解析]

A中电磁打点计时器应使用低压交流电源；B中应将纸带穿过电磁打点计时器的限位孔，并放于复写纸的下方；D中纸带上记录的时间Δt＝(n－1)×0.02s．合理的实验步骤为BAEDCF.[答案]

交流电磁打点计时器的限位孔复写纸(n－1)×0.02s

BAEDCF[针对训练1]

(1)在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，给你以下器材：电磁打点计时器、电池组、纸带、复写纸、小车、钩码、细绳、一端附有定滑轮的长木板．其中不需要的器材是________，还需要增添的器材有__________________________________________．(2)关于“探究小车速度随时间变化的规律”这一实验，下列说法正确的是________．A．长木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低B．在释放小车前，小车应靠近打点计时器C．应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车D．打点计时器应接在低压直流电源上E．小车运动时要保持纸带与打点计时器平面、木板平行F．作v－t图像时，应先描点后连线，并且要把描出的所有点都连接起来解析：(1)电磁打点计时器使用低压交流电源，所以不需要的器材是电池组．为了得到小车的运动规律，还需要刻度尺来测量计数点之间的距离，所以还需要低压交流电源、刻度尺．(2)长木板不能侧向倾斜，但是可以一端高一端低，故A错误；在释放小车前，小车应尽量靠近打点计时器，以便能在纸带上打出更多的点，有利于实验数据的处理，故B正确；实验中应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车，故C正确；打点计时器应接在低压交流电源上，故D错误；小车运动时要保持纸带与打点计时器平面、木板平行，故E正确；作v－t图像时，让尽量多的点落在图线上，不在图线上的点均匀分布在图线的两侧，描绘成平滑的曲线，不要求所有的点都在图线上，故F错误．答案：(1)电池组低压交流电源、刻度尺(2)BCE热点二对实验数据处理的考查

【例2】(2022·宁夏中卫一中月考)在用电磁打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器的工作频率为50Hz，图甲为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E、F、G为相邻的计数点，相邻计数点间还有四个点未画出．(1)在实验中，使用打点计时器操作步骤应先____________再______________(均选填“释放纸带”或“接通电源”)；(2)根据运动学有关公式可求得vB＝0.165m/s，vC＝________m/s，vD＝0.263m/s；(3)利用求得的数值在如图乙所示的坐标系中作出小车的v－t图线(以打A点时开始计时)，并根据图线求出小车运动的加速度a＝________m/s2；(结果保留2位有效数字)(4)将图线延长与纵轴相交，此交点的物理意义是________________________________________________________________________.[规律总结]

用图像法由纸带求加速度的方法如图所示的纸带各计数点1、2、3、4、5、…所对应的速度分别是v1、v2、v3、v4、v5、…，T为计数点间的时间间隔．

由多组数据描绘出v－t图像，v－t图像中直线的斜率即为物体运动的加速度．此法有利于减小偶然误差，并能剔除误差较大的数据．[针对训练2]在学生实验“用打点计时器测速度”和“探究小车速度随时间变化的规律”中，都使用了电火花计时器，并打出纸带进行有关数据处理，已知所用交流电的频率是50Hz.

(1)关于打点计时器的使用，下列说法中正确的是__________________(可能有一个或多个正确选项)；A．实验中需用秒表记下运动的时间B．开始释放小车时，应使小车靠近电火花计时器C．先接通电火花计时器电源，然后放开小车(2)有一次实验中某小组得到如图所示的纸带，并按照打点时间先后，依次选定了OABCDEF七个计数点(每两个计数点之间还有四个点没有画出)，经过测量后计算得到相邻计数点间的距离．请根据实验数据，判断这个纸带做的是__________(选填“加速”“匀速”或“减速”)运动．电火花计时器打下相邻两点的时间间隔是________s．根据纸带上可以计算得到加速度大小为________(结果保留2位小数)；解析：(1)打点计时器本身是打点计时的仪器，不需要再使用秒表，A错误；开始释放小车时，应使小车靠近电火花计时器，这样可以充分利用纸带，B正确；在使用时应先接通电火花计时器电源，然后放开小车，这样可以打点稳定，C正确．热点三实验改进与创新

【例3】做变速运动的小车，牵引一条纸带通过打点计时器，交流电源的频率是50Hz.由纸带上打出的某一点开始，每5个点剪下一段纸带，按如图所示，每一段纸带的一端与x轴相重合，左边与y轴平行，将纸带贴在坐标系中．(1)本实验中运动的小车，相邻相等时间内位移存在某种关系，请你仔细研究图像，找出这一关系；(2)设Δt＝0.1s，请作出小车的v－t图像；(3)根据图像求出其加速度大小．[解析]

(1)横坐标中的1、2、3、4、5、6分别表示连续相等时间T＝0.1s内的6段纸带，而纵坐标表示这6段纸带的位移大小，分别设为x1、x2、…、x6.仔细观察可得：x2－x1＝8mm，x3－x2＝7mm，x4－x3＝8mm，x5－x4＝8mm，x6－x5＝8mm可见在实验误差允许的范围内，此车在相邻相等的时间内的位移之差都是相等的．[答案]

(1)在实验误差允许的范围内，此车在相邻相等的时间内的位移之差都是相等的(2)见解析图(3)0.80m/s2[针对训练3]做“探究小车速度随时间变化的规律”实验：(1)用一条纸带穿过打点计时器，该同学发现有如图甲中的两种穿法，感到有点犹豫．你认为________(选填“A”或“B”)的穿法效果更好．(2)完成实验后，小明用刻度尺测量纸带距离时如