高中物理 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 新人教版必修1.ppt

第二章匀变速直线运动的研究 1实验 探究小车速度随时间变化的规律 一 二 三 四 一 实验目的1 会运用已学知识处理纸带 求各点的瞬时速度 2 巧用v t图象处理数据 观察规律 3 掌握画图象的一般方法 并能用简洁的语言进行阐述 一 二 三 四 二 实验器材小车 细绳 钩码 一端附有定滑轮的长木板 打点计时器 低压交流电源 导线两根 纸带 刻度尺等 一 二 三 四 三 实验原理1 瞬时速度的计算 计算打各计数点时小车的速度 应在计数点附近取一个很短的时间 t 把 t时间内的平均速度当作打该点时小车的瞬时速度 2 加速度的计算 逐差法 1 由纸带判断物体是否做加速度恒定的直线运动 实验打出的纸带如图所示 o a b c d e f为每隔时间t选定的一系列计数点 我们可以认为oa ab ef段的平均速度就等于这些段位移所对应时间的中间时刻的瞬时速度 从而可得 一 二 三 四 若小车做加速度恒定的直线运动 则a1 a2 a5 即有x2 x1 x3 x2 x6 x5 x at2因此 小车是否做加速度恒定的直线运动 只要看小车在各个连续相等时间内的位移差是否都相等即可 一 二 三 四 一 二 三 四 温馨提示逐差法将x1 x2 x6各实验数据都利用了 没有丢失数据 使正负偶然误差尽可能抵消 算出a值误差较小 因此 实验中要采用逐差法求加速度 一 二 四 三 四 实验步骤1 按图所示 把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 下边挂上合适的钩码 将纸带穿过打点计时器 并把纸带的一端固定在小车的后面 一 二 四 三 3 把小车停在靠近打点计时器处 接通电源后放开小车 让小车拖着纸带运动 打点计时器就会在纸带上打下一列点 取下纸带后 将所用钩码质量标注在纸带上 并给纸带编号 换上新纸带 改变钩码质量 重复实验2次 4 从3条纸带中选择一条比较理想的纸带 为了便于测量 舍掉开头一些过于密集的小点 在后面便于测量的地方 找一个适当的小点当作起始点 5 为了测量方便 我们选择相隔0 1s 每打5次点的时间间隔 的若干计数点进行测量 在选好的起始点下面标上0 在第6点下面标上1 在第11点下面标上2 在第16点下面标上3 以此类推 点0 1 2 3 4 叫计数点 两个相邻计数点间的位移分别是x1 x2 x3 一 二 四 三 6 根据纸带的长度和计数点的多少选择若干个计数点 一般取7个计数点为宜 并测出6段位移 x1 x2 x3 x4 x5 x6 把测量结果填入自制表格中 7 利用实验原理中提示的方法 计算出各计数点的瞬时速度 把计算结果记录在自制表格中 温馨提示小车所挂钩码的个数既不能太多也不能太少 以免加速度过大而使纸带上的点太少 或者加速度太小而使各段位移无多大差别 从而使误差增大 加速度的大小以能在50cm长的纸带上清楚地取得六七个计数点为宜 一 二 三 一 实验注意事项1 开始释放小车时 应使小车靠近打点计时器 2 应该是先接通电源 再释放小车 3 断开电源 取下纸带 4 如打出的点较轻或是短线时 应调整振针距复写纸的高度 5 选择一条理想的纸带 理想 是指纸带上的点迹清晰 舍弃点密集的部分 适当选取计数点 注意计数点与计时点的区别 弄清楚所选时间间隔t等于多少秒 6 每打一条纸带前 先将定位轴上的复写纸换个位置 以保证打点清晰 7 不要分段测量各段位移 应尽可能地一次测量完毕 可先统一量出各计数点到计数起点0之间的距离 读数时应估读到分度值的下一位 一 二 三 二 误差分析1 小车拉着纸带所做的加速运动的加速度不恒定 这样测量得到的加速度只能是所测量段的平均加速度 2 纸带上计数点间距离测量带来偶然误差 3 用作图法作出的v t图线并非一条直线 一 二 三 三 数据处理1 纸带的选取和处理 1 从多条纸带中选取一条点迹清晰且点迹排成直线的纸带进行处理 2 舍掉开头一段过于密集的点 找一个适当的点做计时起点 为了减小测量误差和便于计算 每隔4个 计时点 选取一个 计数点 进行测时 相邻计数点的时间间隔为0 1s 3 测量距离是从选取的计时起点到各个计数点的距离 一 二 三 2 数据处理 用描点法作速度 时间图象 1 把各点的瞬时速度填入下表 2 作v t图象 建立坐标系 纵坐标轴为速度v 横坐标轴为时间t 对坐标轴进行适当分度 使测量点差不多布满坐标系 描出测量点 应尽可能清晰 用一条光滑的曲线 直线 连接坐标系中的点 明显偏离曲线 直线 的点视为无效点 连线时应使连线两侧的点分布大致相同 从最终结果看出小车的v t图象是一条倾斜的直线 一 二 三 温馨提示我们在作图时 用一条曲线 包括直线 去拟合数据点 即所画曲线尽可能贴近数据点 并使两侧点的分布大致相同 从而使每个有意义的数据点都发挥了作用 取数据点的平均位置相当于初中实验数据处理中的取平均值 是减小偶然误差的一种最简单的方法 类型一 类型二 类型三 例题1 在 探究小车速度随时间变化的规律 的实验中 使用电磁打点计时器 所用交流电源的频率为50hz 得到如图所示的纸带 图中的点为计数点 相邻两计数点间还有四个点未画出 下列表述正确的是 a 实验时应先放开纸带再接通电源b x6 x1 等于 x2 x1 的6倍c 从纸带可求出计数点b对应的速度d 相邻两个计数点间的时间间隔为0 02s 类型一 类型二 类型三 解析 实验时应先接通电源再放开纸带 选项a错误 x6 x1 5at2 x2 x1 at2 是5倍的关系 选项b错误 计数点b对应的速度等于ac过程的平均速度 即c正确 由题意知 相邻计数点间的时间间隔t 0 1s 选项d错误 答案 c题后反思正确理解实验原理 恰当取舍纸带上的计数点可以有效地减小实验误差 类型一 类型二 类型三 例题2 某同学在研究小车的运动实验中 获得一条点迹清晰的纸带 已知打点计时器每隔0 02s打一个点 该同学如图所示选取了a b c d e f六个计数点 对计数点进行测量的结果记录在图中 单位是cm 保留三位有效数字 1 纸带在ae段运动的平均速度为 2 打b e两点时速度分别为vb ve 3 如果小车做运动速度随时间均匀增加的直线运动 则纸带的加速度a 类型一 类型二 类型三 点拨求加速度时 可根据逐差法来求 类型一 类型二 类型三 答案 1 0 495m s 2 0 415m s0 655m s 3 2m s2题后反思处理纸带问题 要注意相邻计数点间的时间间隔是多少 求加速度时 一般是利用逐差法 这样可以有效地减小误差 计算时要注意单位的统一 类型一 类型二 类型三 例题3 在做 探究小车速度随时间变化规律 的实验时 某同学得到一条用打点计时器打下的纸带 并在其上取了a b c d e f6个计数点 每相邻两个计数点间还有4个打点计时器打下的点 本图中没有画出 打点计时器接的是220v 50hz的交流电源 他把一把毫米刻度尺放在纸带上 其零刻度和计数点a对齐 类型一 类型二 类型三 1 按照有效数字的读数规则读出相邻计数点ab bc cd de ef间的距离x1 x2 x3 x4 x5 它们依次为cm cm cm cm cm 2 由以上数据可计算出打点计时器在打b c d e各点时 物体的瞬时速度vb vc vd ve依次是m s m s m s m s 类型一 类型二 类型三 3 根据 2 中得到的数据 试在下边所给的坐标系中 用作v t图象的方法 从图象中求出该物体的加速度a 要标明坐标及其单位 单位大小要取得合适 使作图和读数方便 并尽量充分利用坐标纸 类型一 类型二 类型三 点拨 毫米刻度尺的精确度为1mm 要注意估读一位 物体做加速度不变的运动时 中间时刻的瞬时速度等于这一过程的平均速度 在v t图象中 图线的斜