高中物理 第1部分 第2章 第1节 实验：探究小车速度随时间变化的规律课件 新人教版必修1

理解教材新知理解教材新知把握热点考向把握热点考向应用创新演练应用创新演练第第1 1节节 实验：实验：探究探究 小车小车 速度速度随时随时间变间变化的化的规律规律考向一考向一考向二考向二第第二二章章匀匀变变速速直直线线运运动动的的研研究究考向三考向三 一、实验目的一、实验目的 (1)进一步练习使用打点计时器及利用纸带求速度。进一步练习使用打点计时器及利用纸带求速度。 (2)学会用实验探究小车速度随时间变化的规律的方法，学学会用实验探究小车速度随时间变化的规律的方法，学会用会用vt图像处理实验数据。图像处理实验数据。 二、实验原理二、实验原理 利用打点计时器打出的纸带上记录的数据，计算出各时刻利用打点计时器打出的纸带上记录的数据，计算出各时刻的速度，再作出速度的速度，再作出速度时间的关系图像。时间的关系图像。 (1)某点的瞬时速度一般用一小段时间内的平均速度代替。某点的瞬时速度一般用一小段时间内的平均速度代替。 (2)若若vt图像为一倾斜直线，则物体做匀变速直线运动，图像为一倾斜直线，则物体做匀变速直线运动，图线的斜率表示加速度。图线的斜率表示加速度。 三、实验器材三、实验器材 打点计时器、学生电源、复写纸、纸带、导线、一端带打点计时器、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、钩码、刻度尺、坐标纸。有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、坐标纸。 四、实验步骤四、实验步骤 (1)如图如图211所示，把附有滑轮的长木板放在实验所示，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。上没有滑轮的一端，连接好电路。图图211 (2)把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边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。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。关闭电流。下一系列小点。关闭电流。 (4)换上新的纸带，重复实验两次。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。增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验。 五、数据处理五、数据处理 1表格法表格法 (1)从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点，作些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点，作为计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标明为计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标明0、1、2、3，测量各计数点到，测量各计数点到0点的距离点的距离x，并记录填入表中。，并记录填入表中。位置编号位置编号012345时间时间t/sx/mv/(ms1) (2)分别计算出与所求点相邻的两计数点之间的距离分别计算出与所求点相邻的两计数点之间的距离x1、x2、x3。 (3)计算平均速度，用平均速度代替相关计数点的瞬计算平均速度，用平均速度代替相关计数点的瞬时速度，填入上面的表格中。时速度，填入上面的表格中。 (4)根据表格中的数据，分析速度随时间怎么变化。根据表格中的数据，分析速度随时间怎么变化。 2图像法图像法 (1)在坐标纸上建立直角坐标系，横轴在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点。的数据在坐标系中描点。 (2)画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上画一条直线，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，偏差比较大的点忽略不计，如图的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如图212所示。所示。 (3)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律。观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律。图图212 六、注意事项六、注意事项 (1)开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。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。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。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，适当选取计数点当选取计数点(注意计数点与计时点的区别注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的，弄清楚所选的时间间隔时间间隔T等于多少秒。等于多少秒。 (5)牵引小车的钩码质量要适宜。如果质量过大，纸带牵引小车的钩码质量要适宜。如果质量过大，纸带上打出的计时点太少；如果质量过小，打出的点过于密集，上打出的计时点太少；如果质量过小，打出的点过于密集，不便于测量距离。不便于测量距离。 (6)要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰，当小车到要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰，当小车到达滑轮前及时用手按住。达滑轮前及时用手按住。 (7)在坐标纸上画在坐标纸上画vt图像时，注意坐标轴单位长度的图像时，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。选取，应使图像尽量分布在较大的坐标平面内。 七、误差分析七、误差分析 (1)木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀。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。速度有误差。 (3)作作vt图像时单位选择不合适或人为作图不准确图像时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差。带来误差。 例例1在在“探究小车速度随时间变化的规律探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，的实验中，利用打点计时器在纸带上打的点记录小车的运动情况。某同利用打点计时器在纸带上打的点记录小车的运动情况。某同学做此实验时步骤如下：学做此实验时步骤如下： A拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，放开纸拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，放开纸带，再接通电源。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。将打点计时器固定在长木板上，并接好电路。 C把一条绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上把一条绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的钩码。适当的钩码。 D小车停止运动后，直接取下纸带。小车停止运动后，直接取下纸带。 E将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔。位孔。 F换上新纸带，重复操作三次，然后从所有纸带中选换上新纸带，重复操作三次，然后从所有纸带中选取一条点迹清晰的进行数据处理。取一条点迹清晰的进行数据处理。其中错误或遗漏的步骤有：其中错误或遗漏的步骤有： (1)_； (2)_。 将以上步骤完善后按合理的顺序填写在下面横线上。将以上步骤完善后按合理的顺序填写在下面横线上。 _。 解析解析实验过程中应先接通电源，再放开纸带，实验过程中应先接通电源，再放开纸带，取纸带前应先断开电源，所以错误操作是步骤取纸带前应先断开电源，所以错误操作是步骤A、D。错误操作：错误操作：(1)A选项中应先接通电源，再释放纸带；选项中应先接通电源，再释放纸带； (2)D选项中取纸带前应先断开电源。选项中取纸带前应先断开电源。合理顺序：合理顺序：BECADF。 答案答案见解析见解析 例例2在在“探究小车速度随时间变化的规律探究小车速度随时间变化的规律”的实验的实验中，如图中，如图213所示为一次记录小车运动情况的纸带，所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，为相邻的计数点，(A点为第一个点点为第一个点)相邻计数点间的时间间隔相邻计数点间的时间间隔T0.1 s。图图213 (1)根据根据_计算各点瞬时速度，且计算各点瞬时速度，且vD_ m/s，vC_ m/s，vB_ m/s。 (2)在如图在如图214所示坐标系中画出小车的所示坐标系中画出小车的vt图线，图线，并根据图线求出并根据图线求出a_。图图214 (3)将图线延长与纵轴相交，交点的物理意义是将图线延长与纵轴相交，交点的物理意义是_。 (3)将图线延长后，与纵轴的交点的速度表示零时刻将图线延长后，与纵轴的交点的速度表示零时刻小车经过小车经过A点的速度大小。点的速度大小。 答案答案(1)某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度时速度3.902.641.38(2)图像见解析图像见解析12.6 m/s2(3)表示零时刻小车经过表示零时刻小车经过A点的速度大小点的速度大小 例例3在用打点计时器在用打点计时器“研究物体的速度随时间的变研究物体的速度随时间的变化规律化规律”的实验中，某同学将打点计时器打出的三条纸带，的实验中，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短纸条，按先后顺序分别以间隔相同点迹的方式依次剪成短纸条，按先后顺序一端对齐粘贴在一起。然后用平滑线段将各段纸带顶端的一端对齐粘贴在一起。然后用平滑线段将各段纸带顶端的中点连起来，形成如图中点连起来，形成如图215所示的图像，则根据纸带所示的图像，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。以下说法的特点即可研究物体的速度随时间的变化规律。以下说法不正确的是不正确的是 ()图图215A图甲表示物体做匀速直线运动图甲表示物体做匀速直线运动B图乙表示物体做匀速直线运动图乙表示物体做匀速直线运动C图乙表示物体的速度随时间均匀增加图乙表示物体的速度随时间均匀增加D图丙表示物体的速度先随时间均匀增加，后保持不变图丙表示物体的速度先随时间均匀增加，后保持不变答案答案B