高中物理人教版必修一第二章 1 实验：探究小车速度随时间变化的规律(共26张PPT)

(共26张PPT)
1 实验：探究小车速度随时间变化的规律
实验目的 1.练习使用打点计时器及利用纸带求速度.
2.探究小车速度随时间变化的规律，学会用v－t图象处理实验数据．
实验器材 打点计时器、学生电源、复写纸、纸带、导线、一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、坐标纸．
实验原理 1.打点计时器打出的纸带能记录运动物体在不同时刻的位置.
2.求纸带上某点的瞬时速度一般用一小段时间内的平均速度代替.
3.用描点法画出小车的v－t图象，图线的倾斜程度表示加速度的大小，如果v－t图象是一条倾斜的直线，说明物体的速度是均匀变化的.
1．把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．
图2-1-1
2．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．
4．换上新的纸带，重复实验两次．
5．增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验．
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．要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰．
5．选取一条点迹清晰的纸带，适当选取计数点，弄清时间
间隔T.
6．画v－t图象时，应使图象尽量分布在较大的坐标平面内.
【典例1】 在探究“小车速度随时间变化的规律”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……)________．
A．将小车安放至靠近打点计时器处，先放开小车，再接
通电源
B．将打点计时器固定在平板上没有滑轮的一端，并接好
电路
本实验中因考查基本实验要求的题目多有出现，所以对实验原理、实验器材、实验步骤及注意事项等应熟练掌握．
C．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
将以上步骤完善后写出合理的步骤顺序________．
解析　实验中，为保证纸带上的打点范围，充分利用纸带，应先接通电源，后放开小车．步骤A有错误；实验中为保护打点计时器，打完纸带应立即关闭电源，步骤D有遗漏；为了处理数据时有可选择性，实验应重复打三条纸带，应补充该步骤．
答案　(1)步骤A中应先通电，再放纸带　(2)步骤D中取下纸带前应先断开电源
(3)补充步骤G：换上新纸带，重复三次实验　步骤顺序BECFADG
【跟踪1】 在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，给你以下器材：打点计时器、电池组、纸带、复写纸、停表、天平(带砝码)、小车、钩码、细绳、一端带有定滑轮的长木板．其中不需要的器材是________、________、______，还需要增添的器材有________、________和________．
答案　电池组　停表　天平(带砝码)　导线　低压交流电源　刻度尺
(1)在三条纸带中选择一条点迹最清晰的纸带．
(2)找一个适当的点作计时起点(0点)．
(3)每5个点(相隔0.1 s)取1个计数点进行测量．(如图2－1－2所示)



(4)采集数据的方法：量出各个计数点到计时零点的距离：d1、d2、d3、……算出相邻的两个计数点的距离：x1＝d1；x2＝d2－d1；x3＝d3－d2；x4＝d4－d3；……

1．纸带的选取与测量
图2－1－2
2．瞬时速度的计算



(2)设计表格并记录相关数据
位置编号 0 1 2 3 4 5
时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
x/m
(dn－dn－1)/m
v/(m·s－1)
(1)定标度．
(2)描点．
(3)连线：用一条曲线或直线“拟合”这些点．让所画的直线连接尽可能多的点，不能连接的点应均匀分布在直线两侧，舍弃离直线较远的点．

分析小车运动的v－t图象，描述小车的运动速度随时间的变化规律．
3. 画出小车的v－t图象
4．分析实验结果得出实验结论
【典例2】 在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，图2－1－3给出了从0点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6都为计数点，测得x1＝1.40 cm，x2＝1.90 cm，x3＝2.38 cm，x4＝2.88 cm，x5＝3.39 cm，x6＝3.87 cm.




那么：(1)在打点计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为v1＝________ cm/s，v2＝________ cm/s，v3＝________ cm/s，v4＝________ cm/s，v5＝________ cm/s.
图2－1－3
(2)在平面直角坐标系中作出速度－时间图象．
(3)分析小车运动速度随时间变化的规律．
解析　(1)显然，两相邻的计数点之间的时间间隔为T＝0.02×
5 s＝0.1 s．对应各点的速度分别为：
(2)按照横坐标每0.1 s为1个分度，纵坐标每10 cm/s为1个分度建立直角坐标系，根据上面计算出来的各计数时刻的速度值，用描点法即可作出小车运动的v－t图象，如答案图所示．
(3)根据小车运动的v－t图象是一条向上倾斜的直线，可判断小车运动的速度是随时间均匀增加的．
答案　(1)16.50　21.40　26.30　31.35　36.30
(2)如下图所示








(3)见解析
(1)处理纸带时，一定要分清计时点和计数点，搞清计数点之间的时间间隔T.
(2)利用极限思想将平均值过渡到瞬时值是物理学中常用的方法．纸带上某点的瞬时速度等于以此为中心的前、后相邻两点间的平均速度．
(3)标度的选择要结合数据及其分布特点制定，以使图象在坐标系中合理分布，大小适中．
【跟踪2】 运动小车拖动的纸带经过打点计时器后，在纸带上留下的点中有6个连续清晰的点，测出这6个点的第1点到第6点的距离为18 cm，则小车运动的平均速度为 (　　)．
A．0.03 m/s
B．1.5 m/s
C．1.8 m/s
D．180 m/s



答案　C

1．在实验过程中，对于减小实验误差来说，下列说法中有益的是 (　　)．
A．选取计数点，把每打5个点的时间间隔作为一个时间
单位
B．使小车运动的加速度尽量地小些
C．舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰、点间间隔
适当的一部分进行测量、计算
D．选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验
对实验操作的考查
解析　要减小实验误差，应从误差产生的来源进行分析，从而采取措施，本实验主要从如何打好纸带和如何较准确地测量距离、实验器材的选取等几个方面来考虑．
选取计数点时，利用点迹清晰、点间间隔适当的那一部分进行测量、计算可减小测量误差；选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验，可以减小因速度变化不均匀带来的误差．
答案　ACD
2．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．长木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低
B．在释放小车前，小车应紧靠在打点计时器处
C．应先接通电源，待打点计时器开始打点后再释放小车
D．要在小车到达定滑轮前使小车停止运动
解析　实验对长木板是否一端高一端低无要求，A错．释放小车前，小车应紧靠打点计时器，这样小车运动后才能带动纸带在纸带上打出更多的点，B对．先接通计时器电源使其打点，再释放小车，才能在纸带上打出初速度为零的点，为防止仪器受损，应在小车到达定滑轮前使小车停止运动，故应选A.
答案　A
3．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，得到如图
2－1－4所示的纸带，其中A、B、C、D、E、F、G为计数点，相邻两计数点间的时间间隔为T，x1、x2、x3、x4、x5、x6分别为AB、BC、CD、DE、EF、FG间的位移，下列可用来计算打D点时小车速度的表达式是 (　　)．
实验数据处理及分析
图2－1－4
答案　BC
4．在探究匀变速直线运动的实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz，记录小车运动的纸带如图2－1－5所示，在纸带上依次选择6个实际点A、B、C、D、E、F，各相邻点间的距离依次是2.0 cm、3.0 cm、4.0 cm、5.0 cm、6.0 cm.
图2－1－5
根据学过的知识可以求出小车在B点的速度为vB＝________ m/s，CE间的平均速度为________ m/s，小车的加速度为________ m/s2.
答案　1.25　2.25　25