1.实验：探究小车速度随时间变化的规律-高一上学期物理必修一课件人教版

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【实验目的】1.进一步练习使用打点计时器及利用纸带求瞬时速度。2.探究小车速度随时间的变化规律。3.会用图像法处理实验数据。【实验器材】___________、一端带有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、_______、导线、_________。打点计时器刻度尺交流电源【实验原理与设计】1.实验的基本思想——极限思想:平均速度代替瞬时速度的方法,并结合Δx趋向于0时的_________可近似等于瞬时速度。2.实验原理:(1)打点计时器打出的纸带能记录运动物体在不同时刻的位置。(2)求纸带上某点的瞬时速度一般用该点附近_______________________代替。(3)用描点法画出小车的v-t图像,图线的倾斜程度表示_______的大小,如果v-t图像是一条倾斜的直线,说明物体的速度是均匀变化的。3.实验设计:(1)纸带上某点的瞬时速度的求法;(2)利用v-t图像求加速度。平均速度一小段时间内的平均速度加速度【实验过程】一、实验步骤1.如图所示,把附有滑轮的长木板放在实验桌上,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,使细绳跨过滑轮,下边挂上适当的槽码,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.把小车停在靠近打点计时器处,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系列小点,随后,关闭电源。4.换上新的纸带,重复实验两次。5.增减所挂槽码的个数,按以上步骤再做两次实验。二、数据收集与分析1.瞬时速度的计算:(1)从几条纸带中选择一条比较理想的纸带,舍掉开始一些比较密集的点,在后面便于测量的地方找一个点,作为计数起点,以后依次每五个点取一个计数点,并标明0,1,2,3,4,…,如图所示。(2)依次测出01,02,03,04,…的距离x1,x2,x3,x4,…,填入表中。位置123456长度x1x2x3x4x5x6

各段长度0~21~32~43~54~6

时间间隔

v/(m·s-1)

【误差分析】1.实验原理不完善造成系统误差:(1)作v-t图像不准确造成的误差;(2)长木板的粗糙程度不完全相同造成的误差。2.测量、操作不够准确造成偶然误差:在纸带上测量位移时出现的测量误差。【实验探究】1.参看实验步骤2中“……使细绳跨过滑轮,下边挂上适当的槽码……”,其中,你对“适当的槽码”如何理解?提示:槽码的个数决定小车所受的牵引力,小车在不同牵引力作用下的运动不同,若槽码个数过多,小车运动太快,则在纸带上打的点过少,若槽码个数过少,小车运动太慢,则在纸带上打的点过密,这两种情况都不利于进行实验数据的测量分析。所以挂适当的槽码的目的是使纸带受到的拉力适中,从而使纸带运动的速度适中,纸带上的点疏密适中,便于测量和分析。2.在实验中,测量每相邻两计数点间距离的正确方法是什么?提示:测量每两个相邻计数点间的距离,应该用带着毫米刻度的长尺的零刻度对准起点,读出各计数点对应的刻度值,然后逐一相减,得到每两个计数点间距离的数值。3.若纸带上相邻的点间距过小,如何确定计数点从而减小测量误差?提示:可每隔四个点取一个计数点(或每五个点取一个计数点),则计数点间的时间间隔为0.10s。4.v-t图像中直线的斜率表示运动物体的加速度,我们能否采用测出直线倾斜角,然后求出其正切值的方法来计算运动物体的加速度?若不能,则应如何计算?提示:不能采用求正切值的方法来计算运动物体的加速度,因为还涉及标度的问题,应利用直线上相距较远的两个点的坐标来计算加速度。类型一实验操作【典例1】(多选)下列关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作,正确的是(

)A.在释放小车前,小车要紧靠打点计时器B.打点计时器应放在长木板有滑轮的一端C.应先接通电源,在打点计时器打点稳定后再释放小车D.小车停止运动后,应立即关闭电源,再取下纸带√√√【解析】选A、C、D。在释放小车前,小车要紧靠打点计时器,这样纸带会得到充分利用,会得到更多的数据,减小实验误差,A正确;打点计时器应放在长木板没有滑轮的一端,B错误;应先接通电源,在打点计时器打点稳定后再释放小车,这样对减小实验误差有利,C正确;小车停止运动后,应立即关闭电源,再取下纸带,D正确。类型二数据处理【典例2】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)电火花计时器所接的电源应为

V的

(选填“交流”或“直流”)电源。

(2)(多选)下列实验操作中正确的是

。

A.调节定滑轮的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(3)实验打出的纸带如图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。(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a'=

m/s2,图像与纵轴的交点表示

。(结果保留两位小数)

【解析】(1)电火花计时器所接的电源应为220V的交流电源。(2)为减小实验误差,应调节定滑轮的高度使细线与长木板平行,A正确;释放小车前,应让小车靠近打点计时器,B正确;接通电源,使打点计时器打点稳定后,再释放小车,C错误;用刻度尺测量纸带上两点间距离时,使刻度尺的零刻线对准纸带上的第一个计数点,依次记录下纸带上两点间距离,不应移动刻度尺分别测量每段长度,这样会产生较大的误差,D错误。

[规律方法]求纸带某点速度问题的思路(1)求某点瞬时速度的方法:在研究物体的运动性质时,在Δt→0时,通常用一段时间的平均速度代替中间时刻的瞬时速度。(2)求两点间平均速度的方法:求总位移与总时间的比值。【变式训练】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图甲所示,并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点,每相邻两个计数点间还有4个点(图中没有画出),电火花计时器接220V、50Hz交变电源。他经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时小车的瞬时速度如表:对应点BCDEF速度/(m·s-1)0.1410.1850.2200.2540.301(1)设电火花计时器的打点周期为T,计算vF的公式为vF=

。

(2)根据(1)中得到的数据,以A点对应的时刻为t=0,试在