物理：21《实验：探究小车速度随时间变化的规律》课件新人教版必修1

第二章 匀变速直线运动的研究学案 1 实验：探究小车速度随时间变化的规律物体的运动通常是比较复杂的。放眼所见，物体的运动规律各不相同。在生活中，人们跳远助跑、水中嬉戏、驾车行驶、高山滑雪；在自然界里，雨点下落、鸽子飞翔、猎豹捕食、蜗牛爬行、蚂蚁搬家、飞机起飞 这些运动中都有速度的变化。物体的速度变化到底存在规律吗？怎样探索复杂运动蕴涵的规律呢？在科学上，为了描述实验中测量量之间的关系，先将其在坐标系中描点，然后用一条曲线（包括直线） “ 拟合 ” 这些点。例如，我们用打点计时器研究小车在重物牵引下的运动，如果小车是做匀变速直线运动，那么根据测量的数据描点作出的 v-t图象，应该是什么曲线？如何求出小车的加速度？学点 1 进行实验 实验步骤 把一端附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远离滑轮的一端，连接好电路。 把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，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的后面。 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，换上新纸带，重复该实验三次。 从三条纸带上选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点来确定计数点。为了计算方便和减小误差，通常用连续打五个点的时间作为时间单位，即 0.1 s。正确使用毫米刻度尺测量相邻两计数点间的距离，并填入表中。 实验器材打点计时器，一端附有定滑轮的长木板，小车，纸带，细绳，钩码，刻度尺，电源。【 例 1】 从下列所给器材中，选出实验 “ 探究小车速度随时间变化的规律 ”中所需的器材有；为达到实验目的，还缺少。 打点计时器； 天平； 低压直流电源； 细绳； 纸带； 小车； 钩码； 秒表； 一端有滑轮的长木板。【 解析 】 打点计时器是一种计时仪器，所用电源为 4 6 V交流电源，因此 不选，但缺少低压交流电源。该实验中不用测质量，因此 不选。在 “ 探究小车速度随时间变化的规律 ” 的实验中，按照实验进行的先后顺序，将下述步骤的代号填在横线上 。A.把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面B.把打点计时器固定在长木板的没滑轮的一端，并连好电路C.换上新的纸带，再重复做两次D.把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面E.使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动F.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码G.断开电源，取出纸带 低压交流电源、【 评析 】 实验器材的选取要熟记，在记忆过程中要结合实验目的和实验过程。（ 2）纸带的选取与测量点的选取：从三条纸带中选取较理想的纸带，舍去点迹密集的部分；在后边便于测量的地方找一个开始点作为起点，再往后选取 “测量点 ”。测量点的选取一般用连续打 5个点的时间作为时间单位，即 T=0.1 s。学点 2 处理数据（ 1） 由于小车做变速运动，因此要选取较短时间求平均速度，此时的平均速度与瞬时速度几乎相同，方法是：以待求点为中间时刻，测出相邻的前后计数点之间的位移 x1和 x2，则（ 3）测量与数据收集：用毫米刻度尺测量每相邻两测量点间的距离，填表并计算瞬时速度。【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的频率为 50 Hz，记录小车运动的纸带如图 2-1-2所示，在纸带上选择 0、 1、 2、 3、 4、 5 共 6个计数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出，纸带旁并排放着带有最小分度为毫米的刻度尺，零刻度线跟 “0”计数点对齐，由图可以读出三个计数点 1、 3、 5跟 0 点的距离填入下列表格中（ 1）填表：（ 2）计算小车通过计数点 “2”的瞬时速度公式为 v2=_(以 d1、 d2及相邻计数点 间时间 T来表示 )代入得 v2=_m/s。（结果保留两位有效数字）距离 d1 d2 d3测 量 值 /cm图 2-1-2【 解析 】 （ 1）用毫米刻度尺测量纸带上各计数点的距离时，尽量一次性测量完毕，注意到最小精确度为毫米，读数时要估读到毫米后一位，即 d1=1.20 cm， d2=5.40 cm， d3=12.00 cm。（ 2）计数点 “2”的瞬时速度 v2可用计数点 “1”和 “3”间的平均速度来代替。即 v2=(d2-d1)/2T，代入数据得 v2=0.21 m/s。v2=(d2-d1)/2T0.211.20 5.40 12.00【 评析 】 (1)用毫米刻度尺测量各计数点到计数点 O的距离时，要注意读数的有效数字位数，当以 毫米 为单位时，读数保留到小数点后第一位，本题以厘米 为单位，读数要保留到小数点后第 2位。（ 2）密切注意相邻计数点间的时间间隔 T，在本题中，相邻两计数点间 “还有四个打点 ”，故 T=50.02 s=0.1 s。小球做直线运动时的频闪照片如图 2-1-3所示。已知频闪周期 T=0.1 s，小球相邻位置的间距（由照片中的刻度尺量得）分别为 6.51 cm， AB=5.59 cm， BC=4.70 cm， CD=3.80 cm， DE=2.89 cm， 2.00 cm小球在位置 时的速度大小 vA=_ m/s；小球运动的加速度大小 a=_m/s2。图 2-1-30.90.605作出速度 时间图象：以速度 v为纵轴，时间 t为横轴，建立直角坐标系，根据表中数据描点，将这些点连成一条直线，连线时应使尽量多的点落在直线上，不在直线上的点要尽量对称分布在直线两侧。误差较大的点可舍去。由 v-t图象的特点，分析小车的运动情况，如果图象是一条倾斜的直线，则表示小车做匀变速直线运动。学点 作出 图像【 例 3】 在 “探究小车速度随时间变化的规律 ”实验中，如图 2-1-4所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中 A、 B、 C、 D、 E为相邻的计数点，相邻计数点 间的时间间隔 0.1。 根据 _计算各点瞬时速度，且vD _ m/s， vC _ m/s， vB _m/s。 在图 2-1-5所示坐标系中作出小车的 v 图象，并根据图象求出 a _。 将图线延长与纵轴相交，交点的速度是 _，此速度的物理意义是 _。 图 2-1-5图 2-1-4【 评析 】作 v-t图象时，要标明纵轴和横轴对应的字母、单位、坐标原点和标度。在 “探究小车速度随时间变化的规律 ”实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz，记录了小车运动的一段纸带如图 2-1-所示，在纸带上选择 A、 B、 C、 D、 E、 F六个计数点，相邻两个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点时小车的速度，填入下表：(2)根据上表中的数据，在图 2-1-8中作出小车运动的 v-t图线；（ 3）根据作出的 v-t图线可得小车运动的加速度为 _m/s2。图 2-1- 图 2-1-8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通 过计 数点 时 小 车 的速度 v/(ms-1) 0.25 0.45如图0.35 0.551钩码的个数决定小车所受的牵引力，小车在不同牵引力作用下的运动不同，若钩码个数过多，在纸带上打的点过少，若钩码个数过少，在纸带上打的点过密，这两种情况都不利于对实验数据的分析。结论：挂适当的钩码的目的是使纸带受适中的拉力，从而使纸带运动的速度适中，纸带上的点疏密适中。1.教材上： “ 将细绳绕过滑轮，下面挂上适当的钩码，小车在钩码的牵引下运动。 ” 其中，你对 “ 适当的钩码 ” 如何理解 ?(1) 固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置。（ 2）滑轮不能过高。（ 3）应考虑复写纸与纸带的位置关系。（ 4）钩码数量不能过多，长木板两端高低相差不能太大。（ 5）小车应由紧靠打点计时器处开始释放，以纸带上打出尽量多的点，在撞击长木板末端前应让小车停止运动，防止小车从板上掉下来。（ 6）先接通电源，后释放纸带。（ 7）打点结束后立即关闭电源。（ 8）在用刻度尺测量各计