【学霸笔记】08　第二章　1．实验：探究小车速度随时间变化的规律 课件 物理人教版必修1

(共48张PPT)
复习任务群一
现代文阅读Ⅰ
把握共性之“新”　打通应考之“脉”
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
[实验目标]
1．利用打点纸带研究小车的运动情况，分析小车的速度随时间变化的规律。
2．会用图像法处理实验数据。
必备知识·自主预习储备
1．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点为中心的一小段时间间隔2T内的平均速度代替n点的瞬时速度。
(2)用描点法作出小车的v-t图像，根据图像的形状判断小车的运动性质。若所得图像为一条倾斜直线，则表明小车做匀变速直线运动。
(3)利用v-t图像求出小车的加速度。
2．实验器材
打点计时器、一端带有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、刻度尺、导线、交流电源。
3．实验步骤
(1)如图所示，把一端带有滑轮的长木板平放在实验桌上，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，使细绳跨过定滑轮，下端挂上槽码，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，打点计时器在纸带上打下一行小点。
(4)换上新的纸带，重复实验两次。
(5)增减所挂槽码，按以上步骤再做两次实验。
4．数据处理
(1)表格法
①从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个点作为计时起点(0点)，之后依次每五个点取一个计数点，并标明1，2，3，4，…，如图所示。
②依次测出01，02，03，04，…的距离x1，x2，x3，x4，…填入表中。
位置编号 1 2 3 4 5 6
长度 x1 x2 x3 x4 x5 x6
各段长度
时间间隔
v/(m·s-1)
③1，2，3，4，…各点的瞬时速度分别为：v1＝，v2＝，v3＝，v4＝，…，将计算得出的各点的速度填入表中。
④根据表格中的数据，分析速度随时间变化的规律。
(2)图像法
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。
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，分析小车的速度随时间的变化规律。
④根据所画v-t图像求出小车运动的加速度a＝。
5．误差分析
(1)木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀。
(2)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图像时单位选择不合适或作图不准确带来误差。
6．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。打点完毕，立即断开电源。
(3)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，弄清楚所选的时间间隔t的大小。
(4)要防止槽码落地，避免小车跟滑轮相碰，在小车到达滑轮前及时用手按住。
(5)要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个点取一个计数点，即时间间隔为t＝0.1 s。
(6)在坐标纸上画v-t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。
探究重构·关键能力达成
类型一　实验原理与操作
【典例1】　某班同学利用如图甲所示装置“探究小车速度随时间变化的规律”，电火花计时器使用的是频率为50 Hz的交流电源。
(1)电火花计时器的工作电压为________(选填 “8 V” 或“220 V”)。
(2)下列说法正确的是________。
A．实验时，先释放纸带，再接通电源
B．实验时，先接通电源，待打点稳定后，再释放纸带
C．实验时，先接通电源或先释放纸带都可以
D．纸带上打的点越密集说明纸带运动速度越大
220 V
B
(3)实验所得纸带上打出的部分计数点如图乙所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)。x1＝3.59 cm，x2＝4.41 cm，x3＝5.19 cm，x4＝5.97 cm，x5＝6.78 cm，x6＝7.64 cm。则打点计时器在打B点时小车的速度vB＝________ m/s。(结果保留两位有效数字)
0.40
[解析]　(1)电火花计时器的工作电压为220 V。
(2)实验时，先接通电源，待打点稳定后，再释放纸带，故A、C错误，B正确；因为打点时间间隔一定，所以纸带上打的点越密集说明纸带运动速度越小，故D错误。
(3)相邻两个计数点间的时间间隔为T＝5× s＝0.1 s，
打点计时器在打B点时小车的速度vB＝＝0.40 m/s。
类型二　数据处理和误差分析
【典例2】　(1)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，某同学得到如图甲所示的一条清晰纸带，纸带上两个相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的时间间隔T＝0.02 s，则相邻两个计数点间的时间间隔为 ________s。其中x1＝7.05 cm，x2＝7.68 cm，x3＝8.33 cm，x4＝8.95 cm，x5＝9.61 cm，x6＝10.26 cm。
0.10
如下表列出了打点计时器打下B、C、E、F时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下D点时小车的瞬时速度。
位置 B C D E F
速度/(m·s-1) 0.737 0.801 0.928 0.994
(2)以A点为计时起点，在图乙所示坐标系中作出小车的速度—时间关系图线。
0.864
见解析图
(3)计算出的小车的加速度a＝_________________________ m/s2。
0.64(0.63～0.65均可)
[解析]　(1)相邻两个计数点间的时间间隔为0.10 s。根据某点的瞬时速度可用该点前后一段时间内的平均速度来代替，可知vD＝＝ m/s＝0.864 m/s。
(2)小车的速度—时间关系图线如图所示。
(3)在v-t图像中，图线的斜率表示加速度，
则a＝≈0.64 m/s2。
类型三　创新实验设计
【典例3】　在高中阶段，我们学习了多种测量物体加速度的方法。
(1)通过光电门，同样可以测量物体的加速度。如图甲所示，滑块上安装了宽度为2.0 cm的遮光条，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过第一个光电门的时间Δt1＝0.20 s，通过第二个光电门的时间Δt2＝0.05 s，遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间t＝2.5 s，试估算滑块的加速度a2＝________ m/s2(保留两位有效数字)，该估算值与真实值相比_______________
(选填“偏大”“偏小”或“相同”)。
0.12
偏大
(2)某学习小组为了研究小球在桌面上的直线运动规律，使用智能手机的连拍功能测量小球的运动。如图乙所示，实验时，保持桌面水平，用手向左轻轻地推一下小球，在小球向左运动过程中，用智能手机的连拍功能记录不同时刻小球的位置。图中记录了小球在桌面上连续6个像的位置(已知智能手机连拍时30 s内共能拍下46个相片。图中所标数据单位为mm)。(结果均保留两位有效数字)
①由图乙可知，小车在桌面上向左做____________运动。
②智能手机连拍两张照片的时间间隔是________ s。
③由图乙中测得的数据计算，小球运动到M点位置时的速度大小为________ m/s。
减速直线
0.67
0.19
[解析]　(1)遮光条宽度d＝2.0 cm
遮光条通过第一个光电门的速度v1＝
通过第二个光电门的速度v2＝
滑块的加速度a2＝＝0.12 m/s2
光电门测量滑块瞬时速度的原理是遮光片通过光电门的速度可以用平均速度代替，真实速度为遮光片前边缘到达光电门中心的瞬时速度，显然测量的速度偏大，故测得的加速度偏大。
(2)①由题图乙可知，向左相等时间内的位移逐渐减小，则说明小车向左做减速直线运动。
②根据30 s内共能拍下46个相片，可知手机连拍两张照片的时间间隔是T＝ s＝ s≈0.67 s。
③根据某点的瞬时速度可用该点前后一段时间内的平均速度来代替，则小球运动到M点位置时的速度大小为vM＝×10-3 m/s
≈0.19 m/s。
题号
1
3
5
2
4
实验针对训练(二)
1．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，实验装置如图1所示。
(1)需要的实验操作有______(多选)。
A．调节滑轮使细线与轨道平行
B．倾斜轨道以平衡阻力
C．小车靠近打点计时器静止释放
D．先接通电源再释放小车
ACD
题号
1
3
5
2
4
(2)经正确操作后打出一条纸带，截取其中一段如图2所示。选取连续打出的点0、1、2、3、4为计数点，则计数点1的读数为________ cm。已知打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz，则打计数点2时小车的速度大小为________ m/s(结果保留三位有效数字)。
2.75
1.46
题号
1
3
5
2
4
[解析]　(1)实验需要调节滑轮使细线与轨道平行，选项A正确；该实验只要使得小车加速运动即可，不需要倾斜轨道补偿阻力，选项B错误；为了充分利用纸带，小车应靠近打点计时器静止释放，选项C正确；先接通电源再释放小车，选项D正确。
(2)计数点1的读数为2.75 cm。已知打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz，则打点周期T＝0.02 s，则打计数点2时小车的速度大小为v2＝＝ m/s≈1.46 m/s。
题号
1
3
5
2
4
2．某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图(a)所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续6个水滴的位置。(已知滴水计时器30 s内共滴下61个小水滴，计算结果均保留两位有效数字)
题号
1
3
5
2
4
(1)由图(b)可知，小车在桌面上是___________(选填“从右向左”或“从左向右”)运动的，水滴滴落的周期是________ s。
(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为________ m/s。
从右向左
0.50
0.25
题号
1
3
5
2
4
[解析]　(1)根据题意可知，小车在桌面上做减速运动，因此水滴之间的间距逐渐减小，根据题图(b)可知小车在桌面上是从右向左运动的；由于滴水计时器30 s内共滴下61个小水滴，则水滴滴落的周期是T＝ s＝0.50 s。
(2)小车运动到题图(b)中A点位置时的速度大小为v＝ m/s＝0.25 m/s。
题号
1
3
5
2
4
3．在“探究小车速度随时间的变化规律”的实验中。
(1)如图甲所示，所用打点计时器的工作电压为 ________。
A．直流220 V　　　　
B．交流220 V
C．直流8 V
D．交流8 V
B
题号
1
3
5
2
4
(2)某次实验得到如图乙所示的一条清晰纸带，截取了其中一段用刻度尺(单位：cm)进行测量，在纸带上标注了A、B、C、D、E、F、G共七个计数点(每两个点迹标注一个计数点)，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，取计数点A对应时刻为0。其中计数点E所在位置的刻度尺读数为______ cm，小车加速过程中DF段的平均速度为 ______ m/s(计算结果保留两位有效数字)，用这一速度表示小车通过E点时的瞬时速度，并将其描在坐标纸上(其中B、C、D、F四个点已描点完成)。请同学们在坐标纸上拟合图线，并求解小车运动的加速度a＝ ______ m/s2
(计算结果保留两位有效数字)。
14.50
1.1
见解析图
3.0
题号
1
3
5
2
4
[解析]　(1)电火花计时器的工作电压为交流220 V，而电磁打点计时器的工作电压为交流8 V，题图甲中为电火花计时器，故B正确，A、C、D错误。
(2)计数点E所在位置的读数为14.50 cm，DF段的位移为xDF＝(19.15－10.30) cm＝8.85 cm
则小车加速过程中DF段的平均速度为＝＝ m/s≈1.1 m/s
题号
1
3
5
2
4
描点作图，速度—时间图像如图所示。
图线的斜率表示加速度，故a＝＝ m/s2≈3.0 m/s2。
题号
1
3
5
2
4
4．(2025·四川内江高一阶段诊断)某同学在“用打点计时器测速度”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(交流电频率是50 Hz)，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点。其相邻点间的距离如图所示，每两个相邻的计数点之间有四个点未画出。(以下计算结果保留3位有效数字)。
题号
1
3
5
2
4
(1)电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，根据打点计时器打出的纸带，下列选项中：
A．时间间隔 B．位移
C．平均速度 D．瞬时速度
我们可以从纸带上直接得到的物理量是________，测量得到的物理量是________，通过计算能得到的物理量是________(填选项前的字母)。
A
B
CD
题号
1
3
5
2
4
(2)根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下B、C、D、E、F五个点时小车的瞬时速度，各个速度值如下表。计算出B点速度的大小________。
vB vC vD vE vF
数值/(m·s-1) 0.479 0.560 0.640 0.721
将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线____________。
0.400
见解析图
题号
1
3
5
2
4
(3)根据图像求出小车的加速度a＝________________。
0.803 m/s2
题号
1
3
5
2
4
[解析]　(1)因为打点计时器的频率为50 Hz ，则从纸带上直接得到的物理量是时间间隔，相邻的点迹(计时点)之间的时间间隔为0.02 s，故选A；可以用刻度尺测量出小车的位移大小，故选B；平均速度和瞬时速度的大小可以通过位移大小与对应的时间间隔计算出来，故选CD。
题号
1
3
5
2
4
(2)每两个相邻的计数点之间有四个点未画，则相邻的计数点之间的时间间隔为T＝5×0.02 s＝0.1 s，根据速度公式可知，B点的瞬时速度vB＝＝＝0.400 m/s。根据计算的点速度及表中其他各点的速度在坐标系中描点连线，如图所示。
题号
1
3
5
2
4
(3)选用图像中距离较远的两点求解加速度误差更小，根据图像可知小车的加速度
a＝＝＝0.803 m/s2。
题号
1
3
5
2
4
5．(源自鲁科版教材改编)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50 Hz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还有四个点未画出)，如图甲所示。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，如图乙所示，由此可以得到一条表示v-t关系的图线，从而求出加速度的大小。
题号
1
3
5
2
4
(1)请你在图乙xOy坐标系中用最简洁的方法作出能表示v-t关系的图线，其中________(选填“x”或“y”)轴相当于v轴，________(选填“x”或“y”)轴相当于t轴。
(2)从第一个计数点开始计时，为求出0.15 s时刻的瞬时速度，需要测出________(选填“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，则可求出加速度的大小为________ m/s2。
见解析图
y
x
b
2
题号
1
3
5
2
4
[解析]　(1)分别取a、b、c、d、e五段纸带的上方中点，并连线，则得到能表示v-t关系的图线，如图所示；y轴相当于v轴，x轴相当于t轴。
题号
1
3
5
2
4
(2)t＝0.15 s是BC段的中间时刻，要求t＝0.15 s时的瞬时速度，只需要测出b段纸带的长度xb，然后用＝求得的平均速度即可认为是t＝0.15 s时刻的瞬时速度。
(3)a、e段各自中间时刻的速度分别为
va＝＝＝0.2 m/s
ve＝＝＝1.0 m/s
根据a＝得a＝＝ m/s2＝2 m/s2。
谢 谢！