第1節(jié)　實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律 課件

物理第二章勻變速直線運動的研究第1節(jié)實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律01基礎(chǔ)儲備明確原理02熱點實驗典例解讀二、實驗器材電磁打點計時器(或電火花計時器)、低壓交流電源(或220V交流電源)、導線、紙帶、帶滑輪的長木板、小車、鉤碼、細繩、復寫紙片、刻度尺．三、實驗步驟1．如圖所示，把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路．2．把一條細繩拴在小車上，使細繩跨過滑輪，下邊掛上鉤碼，把紙帶穿過打點計時器，并把紙帶的一端固定在小車的后面．3．把小車停在靠近打點計時器處，接通電源后，釋放小車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列小點．4．換上新的紙帶，重復實驗兩次．5．增減所掛鉤碼，按以上步驟再做兩次實驗．四、數(shù)據(jù)處理1．紙帶的選取：從幾條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，且開頭過于密集的點應(yīng)舍掉，用紙帶的后一段進行測量；若紙帶上點與點之間的距離較小，可取多個間隔作為一個計數(shù)點．2．數(shù)據(jù)的測量：如圖所示，一般不是直接測量相鄰兩個計數(shù)點間的距離，而是先測量出各個計數(shù)點到計時零點間的距離x1、x2、x3、x4、x5，再計算出相鄰的兩個計數(shù)點間的距離．Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4.3．速度的計算：各計數(shù)點對應(yīng)的瞬時速度用平均速度來代替．4．設(shè)計表格并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)將各計數(shù)點對應(yīng)的時刻及瞬時速度填入下表中，并據(jù)此分析速度隨時間的變化關(guān)系．計數(shù)點序號n012345時刻t/s00.10.20.30.40.5相鄰兩計數(shù)點間的距離Δx/m

對應(yīng)計數(shù)點的速度v/(m·s－1)

五、數(shù)據(jù)分析1．作出小車運動的v－t圖像(1)建系：在坐標紙上建立直角坐標系，用橫坐標軸表示時間，縱坐標軸表示速度．(2)描點：在坐標紙上確定出各個坐標點的位置．(3)連線：畫一條直線，讓這條直線通過盡可能多的點，不在線上的點均勻分布在直線的兩側(cè)，偏差比較大的點舍去，如圖所示．六、誤差分析1．木板的粗糙程度不同，摩擦不均勻．2．根據(jù)紙帶測量的位移有誤差，從而計算出的瞬時速度有誤差．七、注意事項1．開始釋放小車時，應(yīng)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，立即斷開電源．4．為避免小車跟滑輪相碰，當小車到達滑輪前應(yīng)及時用手按?。?．選取一條點跡清晰的紙帶，適當舍棄點密集部分，適當選取計數(shù)點(注意計數(shù)點與計時點的區(qū)別)，弄清楚所選的時間間隔T等于多少秒．6．在坐標紙上畫v－t圖像時，注意坐標軸單位長度的選取，應(yīng)使圖像盡量分布在較大的坐標平面內(nèi)．熱點一對實驗原理和實驗操作的考查

【例1】用電磁打點計時器可測紙帶運動的時間和位移．下面是沒有按操作順序?qū)懙牟煌暾膶嶒灢襟E，按照你對實驗的理解，在各步驟空白處填上適當?shù)膬?nèi)容，然后按實際操作的合理順序，將各步驟的字母代號按順序?qū)懺诳瞻滋帲瓵．在電磁打點計時器的兩接線柱上分別接上導線，導線的另一端分別接在低壓________(均選填“交流”或“直流”)電源的兩個接線柱上．B．把電磁打點計時器固定在桌子上，讓紙帶穿過____________，并壓在________下面．C．用刻度尺測量從計時開始點到最后一個點間的距離Δx.D．切斷電源，取下紙帶，如果共有n個清晰的點，則這段紙帶記錄的時間Δt＝____________．[解析]

A中電磁打點計時器應(yīng)使用低壓交流電源；B中應(yīng)將紙帶穿過電磁打點計時器的限位孔，并放于復寫紙的下方；D中紙帶上記錄的時間Δt＝(n－1)×0.02s．合理的實驗步驟為BAEDCF.[答案]

交流電磁打點計時器的限位孔復寫紙(n－1)×0.02s

BAEDCF[針對訓練1]

(1)在做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，給你以下器材：電磁打點計時器、電池組、紙帶、復寫紙、小車、鉤碼、細繩、一端附有定滑輪的長木板．其中不需要的器材是________，還需要增添的器材有__________________________________________．(2)關(guān)于“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”這一實驗，下列說法正確的是________．A．長木板不能側(cè)向傾斜，也不能一端高一端低B．在釋放小車前，小車應(yīng)靠近打點計時器C．應(yīng)先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后再釋放小車D．打點計時器應(yīng)接在低壓直流電源上E．小車運動時要保持紙帶與打點計時器平面、木板平行F．作v－t圖像時，應(yīng)先描點后連線，并且要把描出的所有點都連接起來解析：(1)電磁打點計時器使用低壓交流電源，所以不需要的器材是電池組．為了得到小車的運動規(guī)律，還需要刻度尺來測量計數(shù)點之間的距離，所以還需要低壓交流電源、刻度尺．(2)長木板不能側(cè)向傾斜，但是可以一端高一端低，故A錯誤；在釋放小車前，小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，以便能在紙帶上打出更多的點，有利于實驗數(shù)據(jù)的處理，故B正確；實驗中應(yīng)先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后再釋放小車，故C正確；打點計時器應(yīng)接在低壓交流電源上，故D錯誤；小車運動時要保持紙帶與打點計時器平面、木板平行，故E正確；作v－t圖像時，讓盡量多的點落在圖線上，不在圖線上的點均勻分布在圖線的兩側(cè)，描繪成平滑的曲線，不要求所有的點都在圖線上，故F錯誤．答案：(1)電池組低壓交流電源、刻度尺(2)BCE熱點二對實驗數(shù)據(jù)處理的考查

【例2】(2022·寧夏中衛(wèi)一中月考)在用電磁打點計時器“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，圖甲為一次記錄小車運動情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E、F、G為相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間還有四個點未畫出．(1)在實驗中，使用打點計時器操作步驟應(yīng)先____________再______________(均選填“釋放紙帶”或“接通電源”)；(2)根據(jù)運動學有關(guān)公式可求得vB＝0.165m/s，vC＝________m/s，vD＝0.263m/s；(3)利用求得的數(shù)值在如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(jù)圖線求出小車運動的加速度a＝________m/s2；(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)(4)將圖線延長與縱軸相交，此交點的物理意義是________________________________________________________________________.[規(guī)律總結(jié)]

用圖像法由紙帶求加速度的方法如圖所示的紙帶各計數(shù)點1、2、3、4、5、…所對應(yīng)的速度分別是v1、v2、v3、v4、v5、…，T為計數(shù)點間的時間間隔．

由多組數(shù)據(jù)描繪出v－t圖像，v－t圖像中直線的斜率即為物體運動的加速度．此法有利于減小偶然誤差，并能剔除誤差較大的數(shù)據(jù)．[針對訓練2]在學生實驗“用打點計時器測速度”和“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”中，都使用了電火花計時器，并打出紙帶進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理，已知所用交流電的頻率是50Hz.

(1)關(guān)于打點計時器的使用，下列說法中正確的是__________________(可能有一個或多個正確選項)；A．實驗中需用秒表記下運動的時間B．開始釋放小車時，應(yīng)使小車靠近電火花計時器C．先接通電火花計時器電源，然后放開小車(2)有一次實驗中某小組得到如圖所示的紙帶，并按照打點時間先后，依次選定了OABCDEF七個計數(shù)點(每兩個計數(shù)點之間還有四個點沒有畫出)，經(jīng)過測量后計算得到相鄰計數(shù)點間的距離．請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，判斷這個紙帶做的是__________(選填“加速”“勻速”或“減速”)運動．電火花計時器打下相鄰兩點的時間間隔是________s．根據(jù)紙帶上可以計算得到加速度大小為________(結(jié)果保留2位小數(shù))；解析：(1)打點計時器本身是打點計時的儀器，不需要再使用秒表，A錯誤；開始釋放小車時，應(yīng)使小車靠近電火花計時器，這樣可以充分利用紙帶，B正確；在使用時應(yīng)先接通電火花計時器電源，然后放開小車，這樣可以打點穩(wěn)定，C正確．熱點三實驗改進與創(chuàng)新

【例3】做變速運動的小車，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，按如圖所示，每一段紙帶的一端與x軸相重合，左邊與y軸平行，將紙帶貼在坐標系中．(1)本實驗中運動的小車，相鄰相等時間內(nèi)位移存在某種關(guān)系，請你仔細研究圖像，找出這一關(guān)系；(2)設(shè)Δt＝0.1s，請作出小車的v－t圖像；(3)根據(jù)圖像求出其加速度大小．[解析]

(1)橫坐標中的1、2、3、4、5、6分別表示連續(xù)相等時間T＝0.1s內(nèi)的6段紙帶，而縱坐標表示這6段紙帶的位移大小，分別設(shè)為x1、x2、…、x6.仔細觀察可得：x2－x1＝8mm，x3－x2＝7mm，x4－x3＝8mm，x5－x4＝8mm，x6－x5＝8mm可見在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，此車在相鄰相等的時間內(nèi)的位移之差都是相等的．[答案]

(1)在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，此車在相鄰相等的時間內(nèi)的位移之差都是相等的(2)見解析圖(3)0.80m/s2[針對訓練3]做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗：(1)用一條紙帶穿過打點計時器，該同學發(fā)現(xiàn)有如圖甲中的兩種穿法，感到有點猶豫．你認為________(選填“A”或“B”)的穿法效果更好．(2)完成實驗后，小明用刻度尺測量紙帶距離時如