高中物理必修《实验：探究小车速度随时间变化的规律》教学课件1

探究小车速度随时间变化的规律

放眼所见，物体的运动规律各不相同，如图所示，飞机着陆时的运动，火车出站时的运动，鸟儿在空中飞行……这些物体遵从什么样的运动规律?

要探究一个物体的速度随时间的变化的规律，必须知道物体在一系列不同时刻的速度。直接测量瞬时速度是比较困难的，本实验中我们用打点计时器先记录物体不同时刻的位置，再对纸带进行分析计算得到各个时刻的速度。一、实验电磁打点计时器的构造图示实验器材：附有滑轮的长木板、小车、带小钩的细线、25g的钩码3个（也可以用50g的钩码后用沙子和小桶代替钩码，用弹簧秤或天平称量）、打点计时器、纸带、刻度尺、学生电源、导线。实验目的：探究小车速度随时间的变化的规律。实验原理：把纸带跟运动的物体连接在一起，并穿过打点计时器。这样纸带上的点不但记录了物体运动的时间，而且相应地表示运动物体在不同时刻的位置，研究这些点的情况，就可以了解物体的运动情况。实验步骤：（1）把附有滑轮的长板平放在实验桌上，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）把一条细绳栓在车上，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衡的加速滑行，然后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列的小点，再按同样的方法（不改变钩码）打出两条纸带，从这三条纸带中选用一条点迹清晰的。计为纸带1。（4）增加一个钩码，按上述方法打出纸带2。（5）在打纸带1的基础上再减少一个钩码，仍按上述方法打出纸带3。（6）整理器材。实验注意事项（1）打点计时器纸带限位孔要与长木板纵轴位置对齐再固定在长木板上，使纸带、小车、拉线和定滑轮在一条直线上。小车要选择在木板上运动不跑偏或跑偏较小的小车。（2）小车另一端所挂的钩码个数要适当，避免加速度过大而使纸带上打的点太少，或者加速度太小，使各段位移无多大区别。（3）在纸带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，减小摩擦力影响。注意调整滑轮高度，使小车的拉绳与板面平行，减小拉力的变化。（4）开启电源，待打点计时器工作稳定后释放小车。同时，用手在滑轮一端准备接住小车，防止小车撞击滑轮和落地。实验结束，关闭电源后再取下纸带。1.合理的数据处理如下：（1）对每条纸带都舍掉开头一些过于密集的点迹，找一个适当的点当作计时起点。且每间隔五个点计一个计数点。二、数据处理（2）对每条纸带分别进行测量，并计算小车对应各计数点的瞬时速度并填入下表。位置（计数点）01234567时间（s）00.10.20.30.40.50.60.7速度（m/s）纸带1纸带2纸带3（3）以速度v为纵轴，时间t为横轴建立平面直角坐标系，并根据表中的数据给坐标轴适当刻度。特别注意要表明各轴的单位。（4）分别根据表中纸带1、2、3对应的数据，在坐标系中描点，并分析对应每条纸带描出点的分布规律。（5）做出每条纸带对应的v-t图象。（6）从图象上分析小车的运动速度随时间的变化规律。2.如何计算出所取点的速度？选择包括该点在内的一段位移（该点最好处在中间时刻位置）Δx，找出对应的时间Δt，用Δx/Δt作为该点的瞬时速度）；对于选取的两个端点的速度暂时不计算（误差较大）；测量各个计数点之间的距离应考虑估位、单位。3.作出速度-时间图象（１）列表法位置（计数点）01234567时间（s）00.10.20.30.40.50.60.7速度（m/s）纸带1纸带2纸带3①根据所得数据，选择合适的标度建立坐标系（让图象尽量分布在坐标系平面的大部分面积）。②描点③拟合：从点的分布可以有很大把握地说这些点应该在一条直线上，用直线拟合，让尽可能多的点处在直线上，不在直线上的点应对称地分布在直线两侧。（2）图象法在误差范围内得到的小车的v-t图象是一条倾斜的直线。三、实验结论

本节练习打点计时器的使用,并利用打点计时器测速度，实际是研究某一物体在运动中速度随时间变化的规律，并对实验数据分析，作出v-t图象。1.在“探究小车的速度随时间的变化的规律”的实验中，小明与他的同伴操作中有实验步骤，其中有错误或遗漏的步骤有（遗漏的步骤可编上G、H、……）-------------A.拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先放开纸带，再连通电源。B.将打点计时器固定在平板上，并接好电路。C.把一条细绳栓在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当的钩码。D.取下纸带，E.将平板一段抬高，轻推小车，使小车能在平板上做加速运动。F.将纸带固定在小车后部，并穿过打点计时器的限位孔答案：（1）A中应先接通电源，再放开纸带。（2）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3次。步骤顺序：BFCADG。2.在本节“实验：探究小车速度随时间变化的规律”中，算出各计数点小车的瞬时速度如下表：计数点序号123456计数点对应的时刻t/s0.10.20.30.40.50.6小车的瞬时速度v/(cm·s-1)44.062.081.0100.0110.0168.0为了算出小车的加速度，最好的方法是？A.根据任意两个计数点的速度，用公式算出加速度B.依次算出连续两个计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度C.根据实验数据画出v-t图象，量出其倾角由公式算出加速度D.根据实验数据画出v－t图象，由图象上任意两点所对应的速度，用公式算出加速度答案：D3.在“实验：用打点计时器测速度”和“实验：探究小车速度随时间变化的规律”中，我们已经两次描绘了速度图象。请说明：怎样描绘实验图线？答：描绘实验图线的具体做法是：（1）描绘图线时，一般以横坐标代表自变量，以纵坐标代表因变量，在轴的末端箭头旁注明代表的物理量及其单位。（2）根据测量的数据选取适当的坐标轴的标度（即每格所代表的量值），使横轴与纵轴的全长（表示数值的最大值的长度）接近相等，图线大约分布在以原点为顶点、以横坐标为一条边的400～60O角之间，并尽可能使最小分度与测量的准确程度相一致。当图线不通过坐标原点时，坐标的原点可以不从零开始，这样可以使图线分布匀称。（3）依据实验数据用削尖的铅笔在图上描点，用“×”或“•

”符号标明。描线应该用直尺或曲线板，描出的线应是光滑的直线或曲线。因为测量值有一定的误差，图线不通过全部点是正常现象。连线时应尽量使图线通过或接近数据点，个别严重偏离的点应舍弃，应使其余的点尽量比较均匀地分布在图线两侧。

处理实验数据的常用方法之一是图象法。要掌握实验图线的描绘方法，通过实验图线的描绘研究物理问题。物理图象与数学函数图象的描绘有什么相同之处，又有什么不同之处？想一想【器材】

斜槽轨道（J2127型），节拍器，彩旗若干（用彩色硬纸剪成），纸胶带等。【操作】（1）在直轨道的水平标尺部分（通常标有0～60厘米的刻度），每隔10厘米用纸胶带粘贴1面彩旗作为"路标"。（2）调整直轨道呈水平状态（旋动支架的调节螺丝，直到把配套钢球放在直轨道的任一位置都不会滚动。也可用气泡水准器进行校正），使钢球从斜轨道释放滚下后能在直轨道上做匀速直线运动。用斜槽轨道演示匀速直线运动和变速直线运动（3）选择钢球在斜轨道上的起滚位置和节拍器的标称拍率，使钢球路经每面彩旗时节拍器正好发声报时。

（4）如上图所示，将钢球放于斜轨道上已确定的位置，待节拍器报某一拍声时立即释放，则可清楚地观察到节拍器每次（或每两次）发拍声时，钢球恰好从每面彩旗旁通过。由此表明，钢球在相等的时间内通过的路程相等。（5）调节支架，使直轨道成为斜面。当节拍报某一拍声时，让钢球从直轨道的始端释放滚下，在节拍器每报一次（或两次）拍声时钢球经过的位置重新粘贴彩旗。然后如上图所示，正式演示。可以明显地看到钢球在相等的时间内通过的路程不相等。【注意事项】仪器调好后，在演示过程中不要移动其位置。轨道表面应保持清洁光滑而且不能磕碰，必要时应用干布揩擦和涂抹润滑剂。【备注】（1）虽然钢球在轨道上滚动，但因球的转动惯量较大，球与轨道间的摩擦又很小，因此可以认为钢球的球心（密度均匀的圆球，它的球心位置即是它的质心和重心的位置）在水平直轨道和倾斜直轨道上分别做匀速直线运动和变速直线运动。实验演示正反映了这种情况。