【課件】實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律+人教版（2019）必修第一冊

2.1探究小車速度隨時間變化的規(guī)律本節(jié)目標1.掌握打點計時器的使用方法。2.掌握利用打點計時器研究物體運動的方法。3.能夠計算各個計數點的速度。4.會根據紙帶上計錄的數據，在坐標紙上畫出v-t圖象。物體的運動通常比較復雜，例如速度有時快有時慢，我們怎么研究呢？物理定律不能單靠“思維”來獲得，還應致力于觀察和實驗?！绽士巳绾卧O計實驗？通過研究小車在重物牽引下運動的速度隨時間變化的規(guī)律。合作探究任務：

閱讀課本同組同學進行討論實驗具體方案。實驗目的：交流電源刻度尺鉤碼小車細繩紙帶打點計時器一端附有定滑輪的長木板實驗器材：測量小車的速度，做出小車的v-t圖象，初步分析小車速度變化的規(guī)律。實驗任務：實驗步驟：⑴把一端附有滑輪的長木板水平放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上遠離滑輪的一端，插好電源。⑵穿紙帶；掛鉤碼。⑶先接通電源，然后放開小車，讓小車拖著紙帶運動，打完一條后立即關閉電源。⑷換紙帶，更換鉤碼，再做兩次.實驗注意事項：1．滑輪不能過高或過低,細繩應與木板平行.2、實驗時要注意保護小車及滑輪，要避免它們被碰壞或跌壞。3．小車另一端所掛的鉤碼個數要適當，以100g以內為宜，若用到150g以上，則紙帶打出的點數不能滿足一0.1s為計數點，計時間隔可取0.8s-0.6s.怎樣分析和選取紙帶上的點？

選擇所打紙帶中最清晰的一條，舍掉開頭一些過于密集的點，找一個適當的點當作計時點．若紙帶上點與點之間的距離較小，可取多個間隔（一般取5個間隔）為一個計數間隔時間（間隔不再是0.02s），把數據填入表格．原則上取六、七個計數點為宜；給選取的點加標記。計算各點的瞬時速度,填入設計的表格中數據處理如何計算出所取點的速度？

用求平均速度的方法來代替（用計算較準確的平均速度來代替），選擇包括該點在內的一段位移（該點最好處在中間時刻位置）Δx，找出對應的時間Δt，用Δx／Δt作為該點的瞬時速度；對于選取的兩個端點的速度暫時不計算（誤差較大）；測量各個計數點之間的距離應考慮估讀位、單位。（1）利用v-t圖像的斜率求加速度（圖像法）求小車加速度的方法由多組數據描繪出v-t圖像，而v-t圖像的斜率表示物體運動的加速度，要運用

求解加速度。注意：①選取的兩個點要在所畫的圖像上，不一定是實驗數據；②選取的兩個點要離得盡量遠一些，以減小實驗誤差；（2）通過紙帶上獲取的數據，利用加速度的定義式

求解加速度（定義法）,為后續(xù)學習逐差法做準備。思考探究：某小組同學通過實驗得到一條紙帶，如下圖所示計算出紙帶上各計數點0、1、2、3……，所對應的速度分別v1、v2、v3……，且每相鄰兩個計數點之間的時間間隔是T.數據分析位置0123456時間t/s00.10.20.30.40.50.6v/（m·s-1）／0.450.600.740.891.031.19實驗測得一組數據如下你能否從表格中的數據看出小車速度隨時間變化的定量關系？數據分析的兩種辦法：1、列表法。2、圖像法（v-t圖像）在表格中我們只能粗略得知紙帶在有些間斷的點的速度.要想形象的了解紙帶的速度變化規(guī)律我們還要借助于圖象。t/s00.10.20.30.40.50.21.00.80.60.4v/(m·s-1)建立坐標系（橫坐標時間,縱坐標瞬時速度）從點的分布看：這些點應該在一條直線上。畫出一條直線，讓盡可能多的點處在這條直線上，其余均勻分布，去掉偏差太大的點。做v-t圖像：1、圖像特點：直觀、形象2、作圖步驟實驗結論你能描述小車速度隨時間變化的規(guī)律嗎？1、小車的速度隨時間的增加而均勻增加2、小車速度隨時間逐漸增大；相同時間里，速度增量相同……3、小車v-t

圖線是一條斜直線誤差分析

產生原因減小方法偶然誤差根據紙帶測量的位移有誤差測量各計數點到起始點的距離而不是直接測量相鄰計數點間的距離系統(tǒng)誤差作v－t圖象不準確有誤差實驗中作圖時應選取合適的坐標單位木板的粗糙程度不完全相同盡量選粗糙程度均勻的木板注意事項1.開始釋放小車時，應使小車靠近打點計時器。2.先接通電源，等打點穩(wěn)定后，再釋放小車。3.打點完畢，應立即斷開電源。4.要防止鉤碼落地，避免小車跟滑輪相碰，在小車到達滑輪前及時用手按住。5.牽引小車的鉤碼個數要適當，以免加速度過大而使紙帶上的點太少，或者加速度太小，而使各段位移差別不大，誤差增大。6.要區(qū)分打點計時器打出的計時點和人為選取的計數點，一般在紙帶上每隔四個計時點取一個計數點，即時間間隔t＝0.1s。7.在坐標紙上畫v－t圖象時，注意坐標軸單位長度的選取，應使圖象盡量分布在較大的坐標平面內。典例精析例1在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中，某同學的實驗操作步驟如下，試找出其中的錯誤和遺漏的步驟(遺漏步驟可編上序號G).A.拉住紙帶，將小車移到靠近打點計時器的一端后，放開紙帶，再接通電源B.將打點計時器固定在長木板無滑輪一端，并接好電路C.把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪，下面吊著適當的鉤碼D.取下紙帶，再斷開電源E.將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔F.從所打的紙帶中選取理想的紙帶進行測量分析錯誤和遺漏：①_____________________________；②____________________________；③G._________________________；正確的步驟順序為__________.A中應先接通電源，再放開紙帶D中應先斷開電源，再取下紙帶換上新紙帶，重復實驗兩次BCEADGF例2在用電火花計時器“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，圖甲是一次記錄小車運動情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數點，相鄰計數點間還有四個點未畫出.(電源頻率為50Hz)(1)根據運動學有關公式可求得vB＝

m/s，vC＝

m/s，vD＝

m/s.(保留三位有效數字)解析例3在用電火花計時器“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，圖3甲是一次記錄小車運動情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數點，相鄰計數點間還有四個點未畫出.(電源頻率為50Hz)圖3(2)利用求得的數值在圖乙所示坐標紙上作出小車的v－t圖象(從打A點時開始計時).利用紙帶上的數據求出小車運動的加速度a＝________m/s2.(保留三位有效數字)解析用描點法作出小車的v－t圖象如圖所示.12.6(3)將圖線延長與縱軸相交，交點的縱坐標是0.12m/s，此交點的物理意義是：___________________________________________.解析此交點表示A點開始計時時，小車的速度為0.12m/s.從A點開始計時時，小車的速度為0.12m/s

如圖是小球沿斜面滾下的頻閃照片，照片中相鄰小球像間的時間間隔是0.1s，這樣便記錄了小球運動的時間。小球運動的位移可以通過刻度尺讀出。(1)試作出小球滾下過程的v－t圖像；(2)求出小球滾下過程的加速度大小。先求各時刻瞬時速度，再在坐標系中描點畫線利用速度—時間圖像求加速度實驗創(chuàng)新28【訓練1】關于“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗操作，下列說法不正確的是(

)A．長木板不能側向傾斜，但可適當一端高一端低B．牽引小車的槽碼個數越多越好C．應先接通電源，待計時器打點穩(wěn)定后再釋放小車D．要在小車到達定滑輪前使小車停止運動B【訓練2】在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，打點計時器的工作頻率為50Hz，如圖甲所示是一次記錄小車運動情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E、F、G為計數點，相鄰計數點間還有四個點未畫出。(1)根據運動學有關公式可求得vB＝16.50cm/s，vC＝________cm/s，vD＝26.30cm/s……；(2)利用求得的數值在圖乙所示的坐標系中作出小車的v－t圖線(以打A點時開始計時)，并根據圖線求出小車運動的加速度a＝________m/s2；解析(2)根據描點法作圖，圖像如圖所示，由圖可知加速度a＝0.50m/s2。(3)將圖線延長使其與縱軸相交，交點的縱坐標是________cm/s，此速度的物理意義是______________________________________________________________。解析(3)將圖線延長使其與縱軸相交，交點的縱坐標約是11.60cm/s；此速度的物理意義是打點計時器打下計時點A時對應的小車的速度。答案(1)21.40

(2)見解析圖0.50(0.48～0.52均對)

(3)11.60(11.30～11.70均對)打點計時器打下計時點A時對應的小車的速度【訓練3】做加速直線運動的小車，牽引一條紙帶通過打點計時器，交流電源的頻率是50Hz，由紙帶上打出的某一點開始，每5個點剪下一段紙帶，如圖所示，每一小段紙帶的一端與x軸相重合，左邊與y軸平行，將紙帶貼在坐標系中。(1)仔細研究圖像，找出小車在相鄰時間內位移存在的關系；(2)設T＝0.1s，請畫出該小車的v－t圖像；(3)根據圖像求其加速度。1．(湖北部分重點高中高一上期中)小明同學按如圖所示裝置做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗。(1)釋放小車時，實驗裝置如圖甲所示，指出該裝置中操作錯誤的是________。A．電磁打點計時器接在直流電源上了B．小車質量沒有遠大于槽碼質量C．小車離打點計時器過遠解析(1)電磁打點計時器應接在交變電源上；不需小車質量遠大于槽碼質量；小車離打點計時器過遠，故選A、C。AC實驗能力自測(2)如圖乙為改正裝置后打下的一條紙帶的中間部分，A、B、C、D為其中連續(xù)打出的四個點(已知打點計時器打點時間間隔T＝0.02s)。由于操作不慎，C點模糊了，小明仍用此紙帶來研究。從圖上可以讀得A點在刻度尺上位置的讀數為______cm，在打下C點時小車的速度最接近于______m/s(結果保留3位有效數字)。3.001.402．如圖所示是用打點計時器測瞬時速度實驗時得到的一條紙帶的一部分，從0點開始依照打點的先后依次標為0、1、2、3、4、5、6、…，相鄰兩計數點的時間間隔用T來表示，現在量得0、1間的距離x1＝5.18cm，1、2間的距離x2＝4.40cm，2、3間的距離x3＝3.62cm，3、4間的距離x4＝2.78cm，4、5間的距離x5＝2.00cm，5、6間的距離x6＝1.22cm(電源頻率為50Hz)。(1)根據上面記錄，計算打點計時器在打3點時的速度并填在下表中(保留到小數點后2位)。0.400.601.001.20v/(m·s－1)54321位置0.80(2)根據(1)中表格，在圖中畫出小車的速度—時間圖像。解析(2)運用描點法作圖過程注意：描的點要適當小一些，在連線過程要注意當有個別點不能落到同一條直線上時，可以盡量讓他們分布在直線兩側。(3)在“使用打點計時器測速度”的實驗中，除電源、紙帶外，還需選用的儀器是________。A．停表B．刻度尺C．天平D．打點計時器解析(3)由打點計時器在紙帶上打下的點的間隔數可知任意