2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律 课件(共30张PPT)

(共30张PPT)
第二章 匀变速直线运动
第1节　实验：探究小车速度随时间变化的规律
复习与回顾
我们上一章第三节已经学习了如何测量纸带的平均速度和瞬时速度，你是否可以简要的说明一下以下问题：
(1)打点计时器在使用的时候应该注意哪些问题？
(2)如何选择纸带上的点？
(3)如何测量纸带上计数点的瞬时速度？
(4)如何做出v-t图像，v-t图像都告诉了我们哪些信息？
新课引入
寻求一种运动的特点和规律，一般要从某个具体事例开始。那么如果我们要研究小车在重物牵引下的运动，看看小车的速度是怎样随时间变化的，我们应该怎样做呢？
明知：
学习任务一：探究小车速度随时间变化的规律
思考与讨论
给你以下实验器材：
你认为如何设计一个实验来研究小车在重物牵引下速度随时间的变化规律？
一、实验思路
1.实验方案：
2.利用打点计时器和纸带计算瞬时速度：用某段位移的平均速度表示中间点的瞬时速度。
3.用v－t图像表示小车的运动情况：以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，用描点法画出小车的v－t图像，进而探究速度与时间的关系。
二、进行实验
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，下边挂上合适的槽码，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行，然后把纸带穿过打点计时器，并把纸带的另一端固定在小车后面。
3.把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，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.换上新纸带，重复实验两次。
5.增减所挂槽码，按以上步骤再做两次实验。
思路与讨论
1.怎样选取合适的便于测量的纸带？
2.如何选择纸带上合适的计数点？
3.如何计算所选计数点的瞬时速度？
三、数据记录
1.纸带的选取与测量
(1)为了便于测量，一般舍掉开头一些过于密集的点迹，找一个适当的点作计时起点。
(2)每5个点(相隔0.1 s)取1个计数点进行测量(如图所示，相邻两点中间还有4个点未画出)。
(3)数据采集：量出各个计数点到计时零点的距离d1、d2、d3…
三、数据记录
2.不同计数点的瞬时速度计算
(1)计算方法：利用第一章第3节所学方法得出各个计数点的瞬时速度，即：
(2)数据记录
位置编号 0 1 2 3 4 5 6
时间 t / s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
v1 / (m·s-1)
v2 / (m·s-1)
v3 / (m·s-1)
四、数据分析
1.直观的方法：画出小车的v－t图像
(1)根据所得数据，选择合适的标度建系（图象尽量分布在坐标系平面的大部分面积）
(2)根据所得数据确定点的位置,观察和思考点的分布规律。
(3)“拟合”图象：从点的分布可以有很大把握地说这些点应该在一条直线上，画出一条直线，让尽可能多的点处在这条直线上，其余均匀分布，去掉偏差太大的点
2.用计算机绘制v－t图像
思路与讨论
(1)t=0时刻的速度等于零吗？为什么？
(2)为什么画出的是一条直线？直线的斜率可以表示什么物理量？
(3)若某个点明显偏离直线，可能是什么原因及怎样处理？
(4)从图上可以看出小车的速度随时间怎样变化？
实验视频演示
明知：
典例1　在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中：
(1)已知打点计时器使用的电源频率为50 Hz，则纸带上相邻两点的时间间隔为 s。
(2)从下列选项中选出需要的器材。
A．电磁打点计时器 B．天平 C．低压交流电源D．低压直流电源
E．刻度尺 F．钩码和小车 G．停表 H．一端有滑轮的长木板
I．细绳和纸带 已经选出的器材有AFHI，还需要 。(填字母序号)
0.02
CE
明知：
(3)某同学操作过程中有以下实验步骤：
A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源；
B．将打点计时器固定在长木板上，并连接好电路；
C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着适当重量的槽码，放手后看小车能否在木板上做平稳的加速运动；
D．小车停止运动后，取下纸带；
E．把一端附有定滑轮的长木板放在实验桌上，并使附有定滑轮的一端伸出桌面；
F．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔；
G．换上新纸带，重复操作两次。
①其中有错误的步骤是 ；应改正为 。
②将改正后的实验步骤按合理的顺序写在横线上： 。
AD
A应先接通电源，再放开纸带；
D．取下纸带前应先关闭电源
EBCFADG
变式1－1　某同学用电磁打点计时器做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验。他安装好实验器材(示意图如图所示)，接好线后，准备打开电源开关进行实验。在他所组装的器材中，有三处错误，请你指出并改正：
(1)
(2)
(3)
电压不应选2 V，应选8 V
导线不应接直流输出，应接交流输出
小车不应放在靠近滑轮处，应放在靠近电磁打点计时器处
课堂任务二：实验原理和数据处理
典例2、在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz，记录小车运动的一段纸带如图甲所示，在纸带上选取A、B、C、D、E、F六个计数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出。
(1)由纸带提供的数据求出打下C、E两点时小车的速度，填入下表：
计数点序号 B C D E
计数点对应的时刻t/s 0 0.1 0.2 0.3
打下计数点时小车的速度v/(m·s-1) 0.25 0.45
0.35
0.55
课堂任务二：实验原理和数据处理
(2)根据上表中的数据，在图乙中作出小车运动的v t图线，分析可知小车速度随时间变化的规律为 。
(3)根据作出的v t图线可得小车
运动的加速度为 。
小车速度随时间均匀增加
强基：
（全体起立背诵）
1.实验原理
(1)利用平均速度法求出打各个计数点时的瞬时速度。
(2)用描点法作出v t图像，根据图线的形状判断小车的运动规律。
2.仪器安装和操作时应注意
(1)打点计时器安装在远离定滑轮的一侧。
(2)细绳应保证与长木板平行。
(3)释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器处。
(4)先接通电源，后释放纸带；先断开电源，再取下纸带。
思维提升：小车的速度 — 时间图像是一条倾斜的直线，说明小车的速度随时间均匀增大。
实战：
小组合作讨论：拓展创新
典例3　在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，打点计时器接在频率为50 Hz的低压交流电源上，某同学在打出的纸带上每五个点取一个计数点，共取了A、B、C、D、E、F六个计数点(每两个相邻计数点间还有四个点未画出)，如图1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2所示。
实战：
小组合作讨论：拓展创新
(1)请你在图2中用最简洁的方法作出能表示 v t关系的图线。在图中相当于v轴的是 。
(2)从第一个计数点开始计时，为了求出t＝0.15 s时小车的瞬时速度，需要测出 (填“a”“b”“c”“d”或“e”)段纸带的长度。
(3)若测得a段纸带的长度为2.0 cm，e段纸带的长度为10.0 cm，则可求出小车加速度的大小为 m/s2。
y轴
b
2.0
有请我们今天的幸运之星，发表今天的学习收获和启示：
总结：
学生谈收获
课堂验收
1．关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作，下列说法错误的是( )
A．实验前应使拉小车的细线与长木板的板面平行
B．在释放小车前，小车应停在靠近打点计时器的地方
C．应先释放小车，再接通打点计时器的电源
D．要在小车到达定滑轮前使小车停止运动
解析　实验前应使拉小车的细线与长木板的板面平行，故A说法正确；在释放小车前，小车应靠近打点计时器，故B说法正确；实验时应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车，故C说法错误；要在小车到达定滑轮前使小车停止运动，故D说法正确。
C
2．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法正确的是( )
A．小车停止运动后，取下纸带进行测量并处理数据
B．使小车速度的变化尽可能快一些
C．使用毫米刻度尺测量长度时，要读到最小刻度的下一位
D．作v t图线时，所描曲线必须经过每一个点
解析　小车停止运动后，应先关闭打点计时器电源，再取下纸带进行测量并处理数据，A错误；小车的速度变化不能过快，否则纸带上打出的点偏少，不利于分析数据得出结论，B错误；使用毫米刻度尺测量长度时，要有估计值，所以要读到最小刻度的下一位，C正确；作v t图线时，让尽量多的点落在曲线上，难以落在曲线上的点均匀分布在曲线的两侧，不要求所有的点都在曲线上，D错误。
C
3．做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时：
(1)用一条纸带穿过打点计时器，小明发现有如图1中的两种穿法，穿法正确的是 (选填“甲”或“乙”)。
(2)完成实验后，小明用刻度尺测量纸带距离时如图2所示，B点的读数是 cm，已知打点计时器每0.02 s打一个点，则B点对应的速度vB＝ m/s(结果保留3位有效数字)。
乙
3.20
1.45
(3)某实验小组中的四位同学利用同一条纸带分别作出了如图3所示的四幅v t图像，其中最规范的是 ，由此图像得到的加速度是 m/s2(结果保留3位有效数字)。
A
0.483
4．某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点。其相邻两点间的距离如图甲所示，在每两个相邻的计数点之间还有4个点未画出，打点计时器的工作频率为50 Hz。
(1)试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下B、F两个点时小车的瞬时速度，并将这两个速度值填入下表。(结果均保留3位有效数字)
速度 vB vC vD vE vF
数值(m·s-1) 0.479 0.560 0.640
0.400
0.721
(2)将B、C、E、F各个时刻的瞬时速度标在图乙所示的直角坐标系中(D时刻的已标出)，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。
(3)由所画速度—时间图像求出小车加速度为 m/s2。(结果保留2位有效数字)
(4)写出图线与纵轴的交点的物理意义：
。
0.80
打计数点A时刻小车对应的瞬时速度