《实验：探究小车速度随时间变化的规律》课件

《实验：探究小车速度随时间变化的规律》学习目标任务1：观察生活现象，提出研究问题．任务2：两种测量速度的方法．任务3：用打点计时器研究小车运动、获取并记录数据．任务4：处理数据、寻找规律．问题情境：马路上洒水车洒完水后车子滴下的水渍任务1：观察生活现象，提出研究问题问题1.从水迹能否看出车的运动情况?2.要知道车在某一位置(时刻)的速度需要测量哪些物理量?3.如果在实验室条件下研究小车的运动情况，你怎样设计实验方案?需要测量什么物理量?器材是什么?车向左运动，速度越来越大车向左运动，速度越来越大可以用小车连接打点计时器，通过分析纸带来测量速度任务2：两种测量速度的方法问题情境：气垫导轨及数字计时器如图所示，打点计时器如图所示问题1.如图，滑块在恒定牵引力作用下从同一位置多次释放，改变挡光片的宽度，记录对应挡光片宽度和时间，计算平均速度．得到的平均速度有何规律?2.用excel做出平均速度和挡光片宽度关系图像．图线有什么特点?若要测量瞬时速度，挡光片应该满足什么条件?大致相等测量瞬时速度，时间应足够短，则挡光片宽度尽量小任务2：两种测量速度的方法问题情境：气垫导轨及数字计时器如图所示，打点计时器如图所示问题3.如果要研究速度随时间的变化规律，可否用气垫导轨这一装置?为什么?4.如图，小车后面拖一条纸带，连接打点计时器，纸带上打出的点迹是否反映了小车的运动情况?用这种方法是否可以研究滑块运动速度随时间的变化规律?气垫导轨的光电门能记录挡光的时间间隔，很难记录多个位置对应的时刻打点纸带可以记录小车的运动情况可以任务3：用打点计时器研究小车运动、获取并记录数据问题情境:如图所示图1图2问题1.按图1所示进行器材安装时，要注意什么问题?2.开始释放小车时，小车靠近还是远离打点计时器?是先接通电源，再放开小车，还是先放小车后接通电源?完成实验后应及时做什么?小车靠近打点计时器、纸带与木板平行、细绳与木板平行小车靠近打点计时器先接通电源完成实验及时关闭电源任务3：用打点计时器研究小车运动、获取并记录数据问题情境:如图所示图1图2问题3.测量计数点间距离时，读数时如果以cm做单位，需要保留几位小数?4.图2中，选几个计时点间隔的时间作为计时单位比较合理?5.要进行几次测量，设计怎样的实验数据记录表，才能进行小车速度随时间变化规律的探究?2位常选取5个点可以打多个纸带打出的纸带上的点尽量多，便于计算瞬时速度例

在测定匀变速直线运动加速度的实验中，某同学操作中有以下实验步骤：A.拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源B.将打点计时器固定在长木板上，并接好电路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，放手后看小车是否能在木板上做平稳的加速运动D.取下纸带E.把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使附有定滑轮的一端伸出桌面F.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔（1）其中错误或遗漏的步骤有（遗漏步骤可编上序号G、H……）

。（2）将以上步骤完善并按合理顺序写在横线上：

。◆使用打点计时器进行实验的步骤实验步骤可简化为：放置→固定→连接→先接后放，开始实验→重复实验→数据分析。同时要注意几点：固定时定滑轮要伸出桌面；打点计时器固定于远离定滑轮一端；开始实验时先接通电源，后释放小车。解析：在用打点计时器测定匀变速直线运动加速度的实验中，要先接通电源，后放开纸带；在取下纸带前要先断开电源；为了减小实验误差，要重复实验两次，即打出三条纸带，然后选择比较理想的纸带进行处理。答案：（1）①A中应先接通电源，再放开纸带；②D中取下纸带前应先断开电源；③补充步骤G：换上新纸带，重复操作两次（2）EBCFADG任务4：数据处理、寻找规律问题情境:如图所示为一组纸带及数据记录表格问题1.根据表中计算出的速度，你能看出小车的速度随时间如何变化吗?2.怎样更直观、形象地反映小车速度随时间变化的规律?3.作图前，怎样给坐标轴定标?4.你能确定除描出点外的其它时刻小车的速度吗?不能做出图像合理设置坐标值，图像充满坐标空间根据画出的图线来确定任务4：数据处理、寻找规律问题情境:如图所示为一组纸带及数据记录表格问题5.连线连续、平滑的依据是什么?是否还应有其它考虑?是否所有的点都要在连线上?6.小车运动的v－t图像是什么图形?说明小车运动的速度随时间变化有什么规律?7.你能从图线中得到有关运动的哪些信息?速度不能突变，所以要连续、平滑离线较远的点要舍去直线，速度随时间均匀变化任意时刻物体的速度实验数据处理1.瞬时速度的计算正确使用毫米刻度尺测量每个计数点与第一个计数点间的距离，再得出每相邻两个计数点间的距离Δx1，Δx2，Δx3，…，如图所示。由于各计数点的时间间隔比较短，可以用平均速度来代替瞬时速度。即v1=

，v2=

，…，然后将各计数点对应的时刻与求出的瞬时速度填入设计的表格中。计数点序号12345计数点对应的时刻t/s0.100.200.300.400.50通过计数点时的速度v/（m·s-1）

小结2.作v-t图象以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，根据表中的数据，选定合适的坐标标度，在直角坐标系中描点，用平滑的曲线连接描绘出的各点，要使尽可能多的点分布在线上，不在线上的点应大致分布在线的两侧，个别偏离较远的点往往是因为错误造成的，应舍去不用。得出v-t图象如图所示。

3.实验结论通过直接分析图象的特点得到小车运动的v-t图象是一条倾斜的直线，那么当时间增加相同的值Δt时，速度也会增加相同的值Δv。可以得出结论：小车的速度随时间均匀增加（或变化）。例

在用打点计时器测速度的实验中：（1）如图1所示，是某同学利用打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的时间间隔t=0.02s，其中x1=7.05cm、x2=7.68cm、x3=8.33cm、x4=8.95cm、x5=9.61cm、x6=10.23cm。

下表列出了打点计时器打下B、C、F点时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下D、E两点时小车的瞬时速度。（小数点后保留三位数字）

（2）以A点为计时起点，在坐标图（图2）中作出小车的v-t图像。（3）根据你作出的小车的v-t图像计算出小车的加速度a=

m/s2。位置BCDEF速度/（m·s-1）0.7370.801

0.992图1图2图2-1-3◆描绘图像时描点拟合的方法（1）为了描述实验中测量值之间的关系，先将其在坐标系中描点，然后用一条平滑的曲线拟合这些点，不能用折线连接这些点。（2）本实验若没有实验误差，代表小车速度与时间关系的点将全部落在某条直线上。这样，我们作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量在这条直线上，落不到直线上的各点，应均匀分布在直线的两侧。1.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学的操作中有以下实验步骤，其中错误的步骤有

。A.拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先释放纸带，再接通电源B.将打点计时器固定在铝板上，并接好电路C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当的槽码D.取下纸带E.将纸带固定在小车后部，并穿过打点计时器的限位孔请补充、改正以上步骤并写出合理的顺序（若有遗漏步骤可编上序号F、G……）

。AD改正步骤：A步骤中应先接通电源，再释放纸带；D步骤中取下纸带前应先断开电源。补充步骤F：换上新纸带，重复实验两次。合理顺序为：BECADF当堂检测2.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图给出了从0点开始，每五个点取一个计数点的纸带，其中0，1，2，3，4，5，6都为计数点。测得x1=1.40cm，x2=1.90cm，x3=2.38cm，x4=2.88cm，x5=3.39cm，x6=3.87cm。在打点计时器打出点1、2、3、4、5时，计算出小车的速度v1、v2、v3、v4、v5，并利用描点法作v-t图像，分析小车速度随时间变化的规律。3.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频率为50Hz，记录小车运动的一段纸带如图所示，在纸带上选择A、B、C、D、E、F六个计数点，相邻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，填入表中：

（2）根据表中的数据，在图中作出小车运动的v-t图线，并分析小车速度随时间的变化规律。

（3）根据作出的v-t图线可得小车运动的加速度为

m/s2。计数点序号BCDE计数点对应的时刻t/s00.10.20.3通过计数点时小车的速度v/（m·s-1）0.25

0.45

0.350.5514.图是小球沿斜面滚下的频闪照片，照片中每两个相邻小球影像的时间间隔是0.1s，这样便记录了小球运动的时间。小球运动的位移可以用刻度尺测量。（1）试作出小球滚下过程的v-t图像。（2）求出小球滚下过程的加速度。5.［多选］“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，某同学将打点计时器打出的三条纸带分别以间隔相同点迹的方式依次剪成纸条，按先后顺序一端对齐粘在一起，然后用平滑线段将各段纸带顶端的中点连起来，如图所示，则根据纸带的特点即可研究物体的速度随时间的变化规律，以下说法中正确的是（）A.图甲表示小车处于静止状态B.图乙表示小车做匀速直线运动C.图乙表示小车的速度随时间均匀增加D.图丙表示小车的速度先随时间均匀增加，后保持不变甲乙丙CD问题一数据分析[情境探究]下面是一位同学用打点计时器打的一条纸带,他从点迹清楚处开始选取相邻的A、B、C、D、E、F六个点,用刻度尺测量各点间的距离,如图所示。利用测量的数据求B、C、D、E各点的速度大小?怎样分析速度变化情况?[知识点拨]1.挑选纸带并测量选择点迹清晰的纸带。为了便于测量,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(0点),每5个点(相隔0.1s)取一个计数点进行测量,如图所示。(相邻两点间还有4个点未画出)2.数据分析(1)表格法:①测量各计数点1、2、3、……到计时起点0的距离x。位置01234567时刻t/s00.10.20.30.40.50.60.7v1/(m·s-1)

v2/(m·s-1)

v3/(m·s-1)

②分别计算出与所求点相邻的两计数点之间的距离Δx1、Δx2、Δx3、……。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求得各计数点1、2、3、4、5、6的瞬时速度,填入上面的表格中标有“v1”的一行。④计算增减钩码后两次实验的速度,分别填入上面表格中标有“v2”和“v3”的两行内。⑤根据表格的数据,分析速度随时间怎么变化。(2)图像法:①在坐标纸上建立直角坐标系,横轴表示时间,纵轴表示速度,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,分析物体的速度随时间的变化规律。④根据所画v-t图像求出小车运动的加速度a=。[实例引导]例1(2020江苏苏州木渎高级中学高一月考)某同学在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况,在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点,其相邻点间的距离如图所示,每两个相邻的计数点之间还有4个点未画出。(1)试根据纸带上各个计数点间的距离,计算出打下B、C、D、E、F五个点时小车的瞬时速度,并将各个速度值填入下表,要求保留小数点后3位。速度vBvCvDvEvF数值/(m·s-1)

0.4790.5600.640

(2)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在直角坐标系中,并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。(3)由所画速度—时间图像求出小车加速度为

m/s2。(结果保留小数点后2位)

(4)根据速度—时间图像判断,在打A计数点时,小车的速度vA=

m/s。(结果保留小数点后2位)

(2)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点,然后做出图像如图所示。

(3)由图示图像可知,加速度(4)图线的纵截距表示A点的速度vA=0.32

m/s。答案

(1)0.400

0.721

(2)如解析图所示(3)0.80

(4)0.32易错提醒

(1)处理纸带时,一定要分清计时点和计数点,搞清计数点之间的时间间隔T。(2)利用极限思想将平均值过渡到瞬时值是物理学中常用的方法。纸带上某点的瞬时速度等于以此为中心的前、后相邻两点间的平均速度。(3)标度的选择要结合数据及其分布特点制定,以使图像在坐标系中合理分布,大小适中。(4)作图像一定用平滑的直线连接,并延长到与坐标轴有交点。变式训练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50Hz,记录小车运动的纸带如图所示,在纸带上选择0、1、2、3、4、5的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,零点跟“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。距离d1d3d5测量值/cm

计算小车通过计数点“2”的瞬时速度表达式为

,具体数值为v2=

m/s,小车的加速度是a=

m/s2。

问题二实验注意事项和误差分析[情境探究]在探究小车速度随时间变化的规律实验中,某同学释放小车之前的装置如图所示,请指出该装置图中存在的两处明显错误。要点提示

(1)细线与木板不平行;(2)小车离电磁打点计时器太远;(3)打点计时器接的是直流电源(选任意两项作答即可)。[知识点拨]1.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)实验完毕断开电源,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)每打好一条纸带,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)。2.误差分析

误差来源误差分析使用的电源频率不稳定,导致计时误差这是系统误差。电源频率增加时,计算用的时间0.02s比真实时间大,计算出的速度偏小;电源频率减小时,计算用的时间0.02s比真实时间小,计算出的速度偏大纸带上计数点间距离的测量存在误差这是偶然误差。多次测量取平均值是减小偶然误差的有效手段木板各处的粗糙程度不同,摩擦不均匀这是系统误差。应选择平整的长木板,或提前在长木板上均匀刷上油漆作v-t图像时存在误差这是偶然误差。画v-t图像时选择合适标度,作图时认真、准确可以减小误差[实例引导]例2(多选)在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,我们使用了打点计时器。关于实验注意事项及打出的纸带经测量的实验数据的处理,下列叙述正确的有(

)A.一定要使用电磁打点计时器,因为电火花计时器需220V交变电流,不安全B.要从打出的几条纸带中选择点迹清晰且各点排成一条直线的纸带进行测量,测量时还要舍掉开头一些过于密集的点迹,必要时应该选取计数点进行测量C.要选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验D.可以采用作v-t图像的方法来处理数据,是哪种运动便一目了然解析

只要操作正规,不存在安全问题,而且使用电火花计时器阻力小,A错误;所打点要清晰而且在一条直线上,为了减小实验误差,可以每隔几个点作为一个计数点,B正确;选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验可减小误差,C正确;图像法处理数据更直观,给人一目了然的感觉,D正确。答案

BCD

随堂检测1.在探究小车速度随时间变化的规律实验中,下列说