2[1].1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 课件(人教版物理必修1)

1、 本章在速度、加速度等概念的基础上，具体研究一种最简单的变速直线运动匀变速直线运动的规律这种研究不是从抽象的概念出发，而是进一步用实验的方法，探索匀速直线运动的规律和特点，并结合公式、图象对匀变速直线运动进行研究通过使用打点计时器和小车设计相关实验探索运动规律，要观察、记录小车速度随时间的变化情况，并用语言、公式、图象进行描述 从这个实例出发，教材引导研究匀变速直线运动的物体的速度与时间的关系和位移与时间的关系这种研究方法优点是注重获取知识的过程，培养科学思维的习惯和研究方法另外利用图象法总结物理规律也是物理上研究问题的方法之一，本章在研究速度与时间的关系、位移与时间的关系时都利用了图象法在学

2、习本章时也请深刻加以体会本章最后研究了一种简单的匀加速直线运动，即自由落体运动在学习时要深刻领会伽利略的科学思维方法，了解其研究方法对近代科学的影响 匀变速直线运动作为一种最简单的变速运动，其运动规律便于理解和掌握但本章公式和推论较多，在学习时要分清公式的应用条件和前提，不可乱套公式，在物理过程比较复杂时可以分解过程，突破并建立相关联系，必要时可借助图象进行分析比较 学习中要把握好对基本概念、基本规律的理解本章规律多，公式和推论多，学习中切实注意不要去死记硬背这些规律和公式，更重要的是领会概念的实质，把握公式的来龙去脉，要通过一些具体的实例，通过实际物理现象的分析、物理情景的构建、物理过程的认

3、识，来形成物理概念和规律，这样，有生动的实例作基础，学到的知识不再是枯燥生硬的结论，形成概念规律的过程，就是真正理解知识的过程，这样的学习就不仅仅是知识的堆砌，而是能力的增长、素质的提高 重视物理过程的分析，特别是多解过程问题的分析，要选择合适的规律，找准过程的连接点运用好数学工具，如图象、函数在复杂运动中的应用解决追及与相遇问题要注意运用数学工具分析物理过程及临界状态量 由本章开始，有较多的公式运算，要根据情况应用代数的方法求解未知量，开始养成习惯，对以后的学习很有好处，计算的题目不可过繁，并应着重分析其物理意义，防止只将公式变来换去而忽略了物理意义 1实验：探究小车速度随 时间变化的规律

4、一、实验目的 1用打点计时器研究小车在重物牵引下的运动，进一步熟练打点计时器的操作和使用 2探究小车速度随时间的变化规律，学会用图象法处理实验数据 二、实验原理 利用打点计时器打出的纸带上记录的数据，先计算各时刻物体的速度，再寻求速度和时间的关系 1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，用t内的当作打该计数点时小车的瞬时速度 2用描点法画出小车的vt图象，图线的斜率表示加速度的 ，如vt图象是一条倾斜的直线，说明物体做 直线运动平均速度平均速度大小大小匀加速匀加速 三、实验器材 电磁打点计时器、导线、 、复写纸、一端带滑轮的长木板、 、细线、钩码、 四、实验步骤 1把一

5、端带有滑轮的放在实验桌上，把一条细线一端拴在上，跨过 ，另一端挂个数适当的 ，让小车在钩码牵引下运动 2打点计时器固定在 的另一端，纸带穿过打点计时器的 ，连接在小车后面低压交流电源低压交流电源电键电键小车小车刻度尺刻度尺长木板长木板小车小车滑轮滑轮钩码钩码木板木板限位孔限位孔 3连接好电路，将小车停在靠近打点计时器的位置，先，然后释放小车 4打完一次纸带后立即，换上纸带，重复操作三次 5从打出的纸带中选择一条点迹最清晰的纸带，舍掉开头一些过于密集的点，在后边便于测量的地方找一个点作计数点为了计算方便和减小误差，通常每打5个点即相隔0.1 s选择一个计数点接通电源接通电源断开电源断开电源 一、

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在小车后面平整地安装好纸带，使小车运动时保持纸带与木板平行，减小摩擦力的影响 3先接通电源，等打点稳定后再释放小车 4要防止钩码落地和小车跟滑轮相碰，当小车到达滑轮前及时用手按住 5取下纸带前先断开电源 6牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带上的点太小，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 7要区别打点计时器打出的点和人为选取的计数点，弄清楚时间间隔 二、数据处理 (一)方法： 1表格法：在打出点迹清晰的纸带后，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舍掉开头一段过于密集的点，找一个适当的点作计时

7、起点，从而减小因点迹过于密集而在测量位移时带来较大的相对误差 为减少测量误差和便于计算，从计时起点开始，每隔4个“计时点”选取一个“计数点”，则相邻两计数点间的时间间隔T即为0.1 s(电源频率为50 Hz)量出各计数点左右两计时点(注意计数点与计时点的区别)间的距离，计算平均速度，用此平均速度代替相关计数点的瞬时速度，填入设计的表格内 2图象法：以速度为纵坐标，时间为横坐标，建立直角坐标系对坐标轴进行适当分度，从而使测量结果差不多布满坐标系根据表中数据描点，仔细观察这些点的分布情况，我们发现 这些点都大致落在一条直线上我们可以大胆地猜测，如果没有实验误差，这些点应该落在一条直线上因此，我们可

8、以用一条直线去“拟合”这些点，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，误差较大的点舍去这就画出了小车运动的vt图象最后分析vt图象，得出小车的速度随时间变化的规律 (二)如何由实验得出的vt图象进一步得出小车的运动速度随时间变化的规律？ 1通过直接分析图象的特点得到小车运动的vt图象是一条倾斜的直线，那么当时间增加(或减小)相同的值t时，速度也增加(减小)相同的值v，由此得出结论：小车的速度随时间均匀地变化 2通过函数关系式进一步得到既然小车的vt图象是一条倾斜的直线，那么v随t变化的函数关系式为vktb，显然v与t成线性关系，小车的速度随时

9、间均匀变化 (三)如何依据纸带信息，判断小车的运动是否是匀变速直线运动？ 如图211表示实验打出的纸带，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所对应时间的中间时刻的瞬时速度，即 三、误差分析 1木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀 2根据纸带测量的位移有误差，从而计算的瞬时速度有误差 题型一实验中的注意事项和误差分析 【例1】在实验中，对于减小实验误差来说，下列方法有益的是() A把每打五个点的时间间隔作为一个时间单位来选取计数点 B使小车运动的加速度尽量小些 C舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰、点间间隔适当的那一部分进行测量、

10、计算 D选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验 【解析】选取计数点可以使用于测量和计算的相邻点间的间隔增大，在用直尺测量这些点间的间隔时，在一次测量绝对误差基本相同的情况下，相对误差较小，因此A选项正确在此实验中，如果小车运动的加速度过小，打出的点子很密，长度测量的相对误差较大，测量准确度会降低因此使小车的加速度略大一些较好，如果每五个点取一个计数点，那么以能在纸带上50 cm长度内清楚地取出78个计数点为宜C项保证了选点的正常D项是物体做匀变速直线运动的前提 【答案】ACD 规律总结：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，本实验主要应从如何打好纸带和如何较准确地测量

11、距离、实验器材的选取等几个方面来考虑 应用11关于探究小车速度随时间变化的规律的实验，下列说法正确的是 () A电磁打点计时器使用的可以是直流电源，也可以是交流电源 B实验时应使纸带从复写纸的下方穿过 C实验时要先接通电源后放开纸带 D开始打点前，小车应离打点计时器远一些 解析：电磁打点计时器用的是低压交流电源；开始前将小车停在靠近打点计时器的位置；实验前应把纸带放在复写纸下方，先接通电源，待打点稳定后再放开纸带 答案：BC 题型二实验数据的处理方法 【例2】图212是小车在斜面上运动时，通过打点计时器所得的一条纸带(A、B、C、D、E、F每相邻的两点间都有四个点未画出)，测得各段长度为OA6

12、.05 cm、OB13.18 cm、OC21.40 cm、OD30.70 cm、OE41.10 cm、OF52.58 cm，根据这些数据，求出B、C、D、E等各点的速度，画出速度图象(取A点为计时开始)，并求出小车的加速度(打点计时器电源的频率为50 Hz) 在画图象时，为了拉开坐标值之间的距离，坐标原点有时可以不从0开始本题的速度图象为了拉开速度值之间的距离，纵坐标就是从0.6 m/s开始的所画速度图象如图213所示 由速度图象上任意两点所对应的速度，算出加速度为a 1.09 m/s2.【答案答案】见解析见解析 规律总结：求各计数点的速度，应在计数点附近取一个很短的时间t，用t内的平均速度v 当作打该计数点时小车的瞬时速度t的选取要关于计数点对称 应用21某同学利用电火花计时器探究由静止开始竖直下落的物体的运动他把重锤固定在纸带下端，让纸带穿过电火花计时器，然后把纸带的上端用铁夹子固定在铁架台上先调整电火花计时器的放电频率为50 Hz，再接通电源，使它工作起来，然后释放纸带重锤带动纸带竖直下落，纸带上被电火花打出一系列的点迹，如图214所示其中A、B、C、D、E是连续打出的