【高中物理】实验：探究小车速度随时间变化的规律（课件）2023年初升高物理（人教版2019必修第一册）

探究小车速度随时间变化的规律【实验

Experiment】01实验探究PART实验探究实验目的（1）进一步练习使用打点计时器并会利用平均速度求瞬时速度;（2）学会利用v-t图像处理实验数据,探究小车速度随时间变化的规律。实验探究实验原理（1）利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点对应时刻为中间时刻,取与之相邻的两点间的位移,用这段位移的平均速度表示该点的瞬时速度.(2)用v-t图像表示小车的运动情况：如果t图像是一条倾斜的直线,说明小车的速度是均匀变化的.实验探究实验器材打点计时器交流电源纸带一端附有定滑轮的长铝板小车细绳槽码(或钩码)刻度尺坐标纸实验探究实验步骤(1)如图所示,把一端附有滑轮的长铝板平放在打点计时器小车实验桌上,并使滑轮伸出桌面,打点计时器固定在长纸带一铝板没有定滑轮的一端,连接好器材.(2)把一条细绳拴在小车上,细绳的另一端跨过定滑轮且下面挂上适当数量的槽码,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.(3)把小车停在靠近打点计时器的位置,启动计时器,然后放开小车,让小车拖着纸带运动,打点计时器就在纸带上打下一行小点。随后,立即关闭电源。实验探究实验步骤(4)换上新纸带,重复实验两次.(5)在三条纸带中选择一条点迹最清晰的,舍掉开头一些过于密集的点,找一个适当的点作为计时起点.(6)选择连续的且相隔0.1s的计数点进行测量，把数据填入事先设计好的表格中(7)计算出各计数点的瞬时速度,填入表格中。(8)增减所挂的槽码(或在小车上放置重物)更换纸带再做两次实验。实验探究①利用一段时间内的平均速度代替中间时刻的瞬时速度，是利用纸带求瞬时速度的常用方法；②实验步骤可简化为：放置→固定→连接→先启后放→重复实验→数据分析；实验探究③实验注意事项(1)实验前：1.固定长铝板时定滑轮要伸出桌面,打点计时器要固定于没有定滑轮的一端;2.应让小车停在靠近打点计时器的位置，这样可以最大限度地利用纸带;3.细绳应与长铝板平行，保证小车的加速度不变。(2)实验时：1.必须先启动计时器，再释放小车；

2.实验后必须先断开电源,再取下纸带。(3)牵引小车的槽码个数要适当,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差别不大,导致误差增大.实验探究典例分析【典例1】在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，下列操作中正确的有（

）A．在释放小车前，小车要靠近打点计时器B．打点计时器应放在长木板的有滑轮一端C．应先接通电源，后释放小车D．电火花计时器应使用低压交流电源AC实验探究典例分析【典例2】图是用电磁打点计时器探究小车速度随时间变化的规律时得到的一条纸带，测量出AB=1.20cm，AC=3.60cm，AD=7.20cm，计数点A、B、C、D中，每相邻两个计数点之间有四个点未画出。以下说法正确的是（

）A．电磁打点计时器打出的纸带只能记录时间而不能记录位移B．若电源频率f=50Hz，则相邻的两个计数点之间的时间间隔为0.10sC．若电源频率f=50Hz，则打下B点时小车的速度vB=0.20m/sD．本实验也可以采用电火花计时器BD实验探究典例分析[典例3]关于打点计时器的原理和使用方法,下列说法中正确的是(）A．打点计时器应接交流电源，交流电源频率通常为50HzB．如果纸带上相邻两个计数点之间有四个点，则相邻两个计数点间的时间间隔是0.08sC．如果打点计时器在纸带上打下的点先密集后稀疏，则说明纸带的速度由小变大D．电磁打点计时器接在220V交流电源上，电火花计时器接在4～6V交流电源上AC实验探究典例分析【典例4】在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中：（1）某同学进行了以下实验操作步骤，其中有误的步骤是____。A.将电火花计时器固定在长木板的一端，并接在8v直流电源上B.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔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.拉住纸带,将小车移到靠近打点计时器的一端后,先接通电源,待打点稳定后再放开纸带A（2）在实验中得到一条如图所示的纸带,已知电源频率为50Hz,相邻计数点间的时间间隔为0.1s,测量出x5=4.44cm、x6=4.78cm,则打下F点时小车的瞬时速度大小为v=________m/s。(结果保留两位有效数字)（3）若实验时电源频率大于50Hz，则打下F点时小车的实际速度_______（填“大于”“小于”或“等于”）测量速度。0.46大于02实验数据处理及误差分析PART实验数据处理及误差分析测量并记录数据(1)从三条纸带中选择一条点迹最清晰的,舍掉开头一些过于密集的点迹,找一个适当的点作为计时起点(0点),每5个点取一个计数点进行测量,如图所示(相邻两点间还有四个点未画出).标明0,1,2,3,4测量各计数点到0点的距离x,记录并填入表中；位置编号012345678t/sx/mv/(m·s-1)实验数据处理及误差分析测量并记录数据(2)分别计算出相邻的两计数点之间的距离x1、x2、x3、……；(3)利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度,即

,求得打下各计数点时的瞬时速度。例如,图中计数点4对应的速度

.

将求得的打下各计数点时的瞬时速度填入表格中。实验数据处理及误差分析作出v-t图像并分析运动规律(1)在坐标纸上建立v-t坐标系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。根据画出的v-t图像求出小车运动的加速度

。实验数据处理及误差分析实验结论如果画出的v-t图线是一条倾斜的直线,说明小车做速度均匀变化的直线运动.图线和纵轴的交点表示开始计时时小车的速度--初速度。若图线与横轴有交点，表示计时开始一段时间后,小车才开始运动.实验数据处理及误差分析实验误差的主要来源参与本实验计算的量有位移x和时间t，因此误差主要来源于位移x。(1)我们应选择点迹小而清晰的纸带，且要用分度值为1mm的刻度尺测量并估读到0.1mm。(2)读数时眼睛要正对点和刻度尺，以尽量减小误差.(3)小车速度应适当大些,这样可以减小测量长度带来的误差。(4)适当选几个(如五个)计时点的时间间隔作为时间单位,可减小测量时间间隔带来的误差，测量两计数点间的距离时,要一次完成测量,不要分段测量.实验数据处理及误差分析（1）作v-t图像时,将各个点按折线全部连接起来的做法是错误的,应该先判断图像的大体走势,然后再将各个点连接起来.（2）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坐标平面中央。实验数据处理及误差分析(1)纸带上开头有一些过于密集的点迹因此通常会舍去这些点,弄清楚所选计数点间的时间间隔t.(2)在测量长度时,如果逐一测量计数点之间的间隔x，就会引起较大的误差，因此测量各计数点到0点的距离,可以减小测量时带来的误差.实验数据处理及误差分析典例分析【典例1】在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，下列方法中有助于减小实验误差的是（

）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小些C．舍去纸带上开始时密集的点，只利用点迹清晰、点之间间隔适当的那一部分进行测量、计算D．适当增加挂在细绳下槽码的个数ACD实验数据处理及误差分析典例分析【典例2】（多选）“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图甲、乙两个图象为甲、乙两位同学从实验中得到数据后画出的小车运动的v－t图象.下列说法正确的是（

）A.甲的实验误差比乙的实验误差小B.甲的实验误差比乙的实验误差大C.甲在实验中处理纸带时没有舍掉开头一些密集的点迹D.乙在实验中处理纸带时没有舍掉开头一些密集的点迹BC03研究物体运动的方法PART研究物体运动的方法粘贴法处理纸带（1）方法：鉴于纸带的宽度相同，可以选择一条点迹清晰的纸带，选出计数点，然后将纸带从计数点处剪下，连续剪下4~5段，然后将所得小纸带底边（断口处）对齐并列贴在坐标系中。研究物体运动的方法粘贴法处理纸带（2）运动性质的判定：若利用粘贴法处理纸带时,横轴代表纸带宽度,纵轴代表相同相邻时间间隔内物体发生的位移.纵坐标之差即代表相邻的相等时间间隔的位移差△x,由于速度均匀变化的直线运动相邻的相等时间内速度增量是定值,则相邻的相等时间间隔的位移差△x也是相等的。因此若△x为定值,则物体做速度均匀变化的直线运动研究物体运动的方法粘贴法处理纸带(3)原理:

如下图所示,可以看出粘贴法得到的图像等效于v-t图像。研究物体运动的方法频闪照相法利用之前学习过的频闪照相法分析计算物体的速度

。如图所示,可以测出相邻两点的速度，再利用

求解加速度。研究物体运动的方法利用光电门测速利用之前学习过的光电门工作原理测速度,根据先后通过两个光电门的速度，运用

求出加速度。研究物体运动的方法滴水法利用滴水代替打点计时器,相当于利用打点计时器计时,对纸带的处理方法是完全相同的。04利用实验数据求加速度的方法PART利用实验数据求加速度的方法利用实验数据求加速度的方法如图所示的纸带中各计数点1,2,3,4,5,……,n,所对应的速度分别是v1、v2、v3、v4、v5、……、vn，T为计数点间的时间间隔.求加速度时有如下方法利用实验数据求加速度的方法平均值法由

知,

各相邻计数点间的加速度分别是

,

，

，……，

。所求加速度的平均值可以看出对结起作用的只有v1和vn+1,中间各点的瞬时速度在运算中都消除了。利用实验数据求加速度的方法逐差法分别以1,2,3,4,5,6等计数点的速度计算加速度,即

，

,

则这样可使各点的速度都参与运算,可减小误差。“逐差法”比“平均值法”更科学、准确,应重点掌握，只是计算过程比较烦琐。利用实验数据求加速度的方法图像法由多组数据描绘出v-t图线,v-t图线的斜率表示物体运动的加速度,即

。图像法处理数据有利于减小偶然误差,并能剔除误差较大的数据。利用实验数据求加速度的方法典例分析【典例1】如图所示是小球沿斜面滚下的频闪照片，照片中每两个相邻位置的时间间隔是0.1s，这样便记录了小球运动的时间。设开始时的位置为0，从0向下依次为位置1、2、3、…，小球运动的位移可以用刻度尺测量。小球在位置1、2、3、4的速度分别最接近_______m/s、______m/s、_______m/s、_______m/s，小球滚下过程的加速度大小为_______m/s2。（小数点后保留两位数字）0.90

1.30

1.70

2.10

4.00利用实验数据求加速度的方法典例分析[典例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。（已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴）（1）由图(b）可知,小车在桌面上是___________（填“从右向左”或“从左向右”）运动的。（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）中点位置时的速度大小为______m/s,加速度大小为_______m/s2。(结果均保留两位有效数字）从右向左

0.19

0.038

利用实验数据求加速度的方法[典例3]某同学用如图1所示装置研究小车运动的速度随时间变化的规律。(1)电火花打点计时器所接电源应为______V的______(填“交流”或“直流”)电源(2)下列实验操作中正确是______。A.调节定滑轮高度使细线与长木板平行

B.释放小车前,应让小车靠近打点计时器

C.接通电源的同时,释放小车D.用刻度尺测量纸带上两点间距离时,应移动刻度尺分别测量每段长度220

(3)实验打出纸带如图2所示,图上各点为计数点,相邻两计数点间还有四个计时点未标出,打点计时器所接电源的频率为50Hz,根据打出的纸带算出小车运动的加速度a=_____m/s2(结果保留2位小数)(4)该同学想用图像法处理数据求出A、B、C、D、E各点对应小车的速度,其中打B点时小车的速度vB=_____m/s,将求出的各点的速度在v-t坐标系中描点作图,作出的图像如图3所示,由图3可得小车的加速度d=______m/s2,图像与纵轴的交点表示____________________________。（结果保留2位小数）交流

AB

2.0

0.81

2.1纸带上O点的小车的速度利用实验数据求加速度的方法[典例4]在做“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50Hz的低压交变电源上,某同学在打出的纸带上每6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的四个点未画出),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。(1)请你在xOy坐标系中用最简洁的方法作出能表示v-t关系的图线______（作答在图上），其中______（填“x”或“y”）轴相当于v轴，______（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0.15s时刻的瞬时速度,需要测出______段纸带的长度；(3)若测得a段纸带的长度为2.0cm，e段纸带的长度为10.0cm，则可求出加速度的大小为______m/s2。yxb2.0利用实验数据求加速度的方法典例分析[典例5]研究物体做匀变速直线运动的情况可以用打点计时器,也可以用光电门传感器。一组同学用如图所示装置研究匀变速直线运动。滑块放置在水平气垫导轨的右侧，并通过跨过定滑轮的细线与一沙桶相连，滑块与定滑轮间的细线与气垫导轨平行。滑块上安装了宽度为3.0cm的遮光条，将滑块由静止释放,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为0.015s,通过第二个光电门的时间为0.010s,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为0.250s。则滑块的加速度大小为_______m/s2，若忽略偶然误差的影响，测量值与真实值相比______(选填“偏大”“偏小”或“相同”)4.0偏小05巩固训练PART巩固训练1．关于打点计时器的使用，下列说法中正确的是(

)A．打点计时器应用交流电源,交流电频率必须为50HzB．纸带必须穿过限位孔，并注意把纸带压在复写纸的上面C．使用打点计时器时要先接通电源，后释放纸带D．打点结束后应立即切断电源CD2．手拖动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18cm，则()A．手运动的平均速度为0.03m/sB．手运动的平均速度为1.5m/sC．手运动的平均速度为1.8m/sD．手运动的平均速度为180m/sC巩固训练3．下列关于打点计时器的说法中正确的是

(

)A．电磁打点计时器是利用振针上下振动，通过复写纸在纸带上留下一行小点B．电火花打点计时器是利用火花放电的原理来工作的C．我国中学实验室中的打点计时器直接接到实验台上的插座上使用，这种打点计时器是电磁打点计时器D．从减小实验误差的角度考虑，选电火花打点计时器较电磁打点计时器好ABD巩固训练4．打点计时器所用的电源是50Hz的交流电，其相邻点间的时间间隔是T，若纸带上共打出N个点，这条纸带上记录的时间为t，则下列各式正确的是()A．T＝0.1s，t＝NTB．T＝0.05s，t＝(N－1)TC．T＝0.02s，t＝(N－1)TD．T＝0.02s，t＝NTC巩固训练5．某同学用电磁打点计时器做实验时，在纸带上留下的不是圆点，而是一条条的短线，出现这种情况的原因是()A．