人教版高中物理必修第一册第二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课件（25页ppt）

(共25张PPT)
第二章 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
导入新课
物体的运动通常是比较复杂的，物体的运动规律各不相同。
滑板车
滑板车、导弹发射、老虎捕食等这些运动中都有速度的变化。
怎样探索速度随时间变化的规律呢？
老虎捕食
导弹发射
寻求一种运动的特点和规律，一般要从某个具体事例开始。这一节我们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。
要想知道速度随时间变化的规律，必须知道物体在一系列不同时刻的速度。我们可以用频闪相机拍下运动的变化，但是这样还不故精确，为此我们要借助打点计时器。
实验思路
要探究一个物体的运动随时间变化的规律，必须知道物体在不同时刻的速度，直接测量瞬时速度是比较困难的，我们可以借助打点计时器先记录物体在不同时刻的位置，再通过对纸带的分析，计算得到相应时刻的瞬时速度。
如何设计此实验？
把一端带有滑轮的长木板平放在实验桌上，木板上放一个可以左右移动的小车，小车一端连接穿过打点计时器的纸带，另一端连接绕过滑轮系有槽码的细绳。小车在槽码的牵引下运动，通过研究纸带上的信息，就可以知道小车运动的速度是怎样随时间变化的。
需要测量哪些物理量？
0
1
2
3
4
5
D
E
F
G
Δx
Δt
用直尺测量各个计数点间的距离，或各计数点到0点的距离。
△t ＝？
△x ＝？
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。
注意事项
（1） 固定打点计时器时应让限位孔与小车后的_________正对；调节定滑轮的高度,使细绳与长木板 _______。
纸带夹
平行
（2） 开始释放小车时，应使小车靠近_____________。
打点计时器
（3）在小车到达定滑轮前及时用手按住它，防止小车从木板上掉下来。
（4） 小车另一端所挂的槽码个数要 _______，避免纸带上打的点太疏或太密。
适当
（5） 打点结束后立即 ___________。
关闭电源
数据记录与处理
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…
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)
数据分析
1.以时间t为横轴、速度v为纵轴、建立直角坐标系。
2.根据表中的v、t数据，在坐标系中描点作出v-t图像。
3.通过观察、思考，找出这些点的分布规律。
4.让尽可能多的点处在直线上，不在直线上的点应对称地分布在直线两侧。
可以考虑用v-t 图像分析速度v与时间t的定量关系。
v(m/s)
t/s
描点连线作图
0　0.1　0.2　0.3　0.4　0.5
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
△t
△v
t/s
v/(m.s-1)
问题
图线的特点？
小车的运动规律？
如何求加速度？
如果这些点不在一条直线上，怎么办？
实验结论
小车的速度随时间均匀增加
实验视频演示
做一做
用计算机绘制 v-t 图像
借助常用的数表软件，可以迅速、准确地根据表中的数据作出v-t 图像，甚至能够写出图像所代表的公式。下面以WPS 表格软件为例作简要说明，有兴趣的同学可以试一试。
在WPS 表格软件工作簿的某一列的单元格中依次输入测量时间，在相邻的一列输入对应的速度值。用鼠标选中这些数据，按照“插入”中的“图表”的提示就能一步步地得到所画的图像。
操作过程中WPS 会要求确定“图表类型”，这时可以选择“平滑散点图”；还会出现“添加趋势线”的对话框，里面也有一个“类型”标签，其中有几种可选择的函数。由于我们这个实验的数据几乎分布在一条直线上，所以应该选择“线性”类型。
当堂练习
1．“研究匀变速直线运动”的实验中，使用电磁打点计时器(所用交流电的频率为50 Hz)，得到如下图所示的纸带。图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表述正确的是( 　　)
A．实验时应先放开纸带再接通电源
B．相邻两个计数点间的时间间隔为0.1 s
C．从纸带可求出计数点B对应的速率
D．相邻两个计数点间的时间间隔为0.02 s
BC
2.某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行研究。物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。在A、B、C、D、E五个点中，打点计时器最先打出的是________点，在打出C点时物块的速度大小为________ m/s(保留3位有效数字)；物块下滑的加速度大小为________ m/s2(保留2位有效数字)。
A
0.233
0.75

0.400
0.479
0.560
0.640
0.721
4．在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，根据相关要求回答下列问题：
(1)实验中，电火花打点计时器所使用的电源为 （填“直流”或“交流”） V，若电源频率为50Hz，则它们每隔 s打一个点；
(2)关于电火花打点计时器的使用，下列说法正确的是（ ）
A．该实验需要用光滑轨道板
B．纸带上打的点越密，说明物体运动越慢
C．通过处理纸带信息，只能得到某段长度的平均速度
D．在测量物体速度时，先接通打点计时器的电源，后让物体运动
交流
0.02
BD
220
(3)如果当时电网中交变电流的频率是f＝49Hz，而做实验的同学并不知道，那么由此引起的系统误差将使速度的测量值 实际值（填“大于”、“小于”或“等于”）；
(4)某小组在实验中取打出的纸带一部分如下图。已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。则A、C两点的间距为 cm，打出D点时物块速度大小为 m/s（保留2位有效数字）。
大于
3.15
0.31
【答案】 交流 220 0.02 BD 大于 3.14~3.16 0.31
【详解】（1）[1] 电火花打点计时器所使用的电源为交流电源。
[2] 电火花打点计时器所使用的电源为交流电源电压为220V。
[3] 电源频率为50Hz，则它们每隔0.02s打一个点。
（2）[4] A．该实验只需要小车做匀变速直线运动即可，不必考虑摩擦力，不需要光滑轨道板，A错误；
B．纸带上打的点越密，说明相等的时间间隔位移越小，即物体运动的越慢，B正确；
C．通过测量纸带点迹的间距，根据平均速度的定义，可以得到某段长度的平均速度，C错误；
D．实验过程应先接通电源，后释放物体，否则在纸带上留下的点很少，不利于数据的处理和减小误差，D正确。故选BD。