2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修1 第2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(3)课件

2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律第二章匀变速直线运动的研究\n一、实验目的1．进一步练习使用打点计时器．2．利用v-t图象处理数据,并据此判断物体的运动性质．3．能根据实验数据求加速度．\n二、实验原理1．利用打点计时器所打纸带的信息,代入计算式vn＝,即用以n点为中心的一小段位移的平均速度代替n点的瞬时速度．2．用描点法作出小车的v－t图象,根据图象的形状判断小车的运动性质．若所得图象为一条倾斜直线则表明小车做匀变速直线运动．3．利用v－t图象求出小车的加速度．\n三、实验器材打点计时器、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源．\n一、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．\n2．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列小点．4．换上新的纸带,重复实验三次．5．测出的a发生变化,本章研究v与t的关系,应使a不变,变化G使a变化很大．\n二、数据处理1．表格法．(1)从三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点,作为计数始点,以后依次每五个点取一个计数点,并标明0、1、2、3、4……如图所示．\n位置123456长度x1x2x3x4x5x6各段长度0～21～32～43～54～6时间间隔v/(m·s－1)(2)依次测出01、02、03、04……的距离x1、x2、x3、x4……填入表中.\n\n2．图象法．(1)在坐标纸上建立直角坐标系,横轴表示时间,纵轴表示速度,并根据表格中的数据在坐标系中描点．\n(2)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．(4)根据所画v-t图象求出小车运动的加速度a＝.\n三、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．3．作v-t图象时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差．\n四、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．选取一条点迹清晰的纸带,适当舍弃点迹密集部分,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．\n5．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．6．要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点,一般在纸带上每隔4个点取一个计数点,即时间间隔为t＝0.02×5s＝0.1s.7．在坐标纸上画v-t图象时,注意坐标轴单位长度的选取,应使图象尽量分布在较大的坐标平面内．\n类型一　实验操作的合理性【典例1】在研究匀变速直线运动的实验中,某同学操作以下实验步骤,其中错误或遗漏的步骤有(遗漏步骤可编上序号G、H……)()A．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B．将打点计时器固定在平板上,并接好电路\nC．把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面吊着适当重的钩码D．取下纸带E．将平板一端抬高,轻推小车,使小车能在平板上做匀速运动F．将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔\n(1)所列步骤中有错误的是_____________________．(2)遗漏的步骤是____________________________．(3)将以上步骤完善后写出合理的步骤顺序是_____．解析：(1)步骤A中应先通电,再放纸带,顺序不能颠倒；D中取下纸带前应先断开电源；E中操作时应不挂钩码．\n(2)遗漏的步骤G：换上新纸带,重复实验三次．(3)步骤完善后,合理的实验步骤顺序为：BFECADG.答案：(1)A中应先通电,再放纸带；D中取下纸带前应先断开电源；E中操作时应不挂钩码(2)G：换上新纸带,重复实验三次(3)BFECADG\n类型二　实验数据的分析处理【典例2】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)．\n(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)．\n(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_________________________．\n\n\n类型三　实验创新应用【典例3】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,打点计时器接在50Hz的低压交流电源上,某同学在打出的纸带上每5个点取一个计数点,共取了A、B、C、D、E、F六个计数点(每相邻两个计数点间的四个点未画出),如图所示．从每一个计数点处将纸带剪开分成五段(分别为a、b、c、d、e段),将这五段纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在xOy坐标系中,如图所示.\n(1)请你在xOy坐标系中用最简洁的方法作出能表示v-t关系的图线(在图中作答),并指出哪个轴相当于v轴________________________________________________________________________________________.\n(2)从第一个计数点开始计时,为了求出0.15s时刻的瞬时速度,需要测出哪一段纸带的长度____________．(3)若测得a段纸带的长度为2.0cm,e段纸带的长度为10.0cm,则可求出加速度的大小为________m/s2.解析：(1)以纸带宽度为时间单位0.1s．x轴相当于t轴,y轴相当于v轴,每段纸带上端中点的纵坐标相当于这段时间中间时刻的瞬时速度．把纸带上端中点连起来就得到v-t图线．\n(2)用b段纸带的长度除以0.1s就是完成这段长度的平均速度,也近似等于0.15s时刻的瞬时速度,故需测出b段纸带的长度．\n答案：(1)v-t图线见解析图y轴相当于v轴(2)b段(3)2.0