《实验：探究小车速度随时间变化的规律》课件

1.实验：探究小车速度随时间变化的规律实验必备•自主学习精析典例•素养提升评价检测•素养达标新课程标准1．掌握实验原理及步骤，会处理实验数据，知道实验应注意的事项．2．能分析实验数据，发现总结小车的运动规律，形成结论，能根据v­t图像描述小车的运动规律．3．能撰写实验报告，对科学探究过程与结果进行交流和反思．核心素养目标科学思维会利用平均速度求解瞬时速度；能根据实验数据求解加速度．科学探究会设计小车速度随时间变化的实验方案，能根据实验数据画出v­t图像，能基于实验数据求出物体运动的加速度．课前篇自主预习[必备知识]一、实验原理1.瞬时速度的求法:计算打各计数点时小车的速度,应在计数点附近取一段很短的时间Δt,用Δt内的平均速度作为打该计数点时小车的瞬时速度。2.小车速度随时间变化的探究方法:用描点法画出小车的v-t图像,图线的斜率大小表示加速度的大小,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。二、实验器材打点计时器、学生电源、复写纸、纸带、导线、一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、坐标纸。三、实验步骤1.按图所示,把一端带有滑轮的长木板平放在实验桌上,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.把一条细绳拴在小车上,使细绳跨过定滑轮,下边挂上合适的钩码。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,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系列小点,随后立即关闭电源,取下纸带。4.增减所挂的钩码(或在小车上放置重物),更换纸带,再做两次实验。[自我检测]正误辨析1.打点计时器应固定在有滑轮的一端。(

)解析

打点计时器应固定在远离滑轮的一端。答案

×2.打点计时器直接放在长木板上,不需固定。(

)解析

打点计时器应固定在木板上,防止打点计时器移动。答案

×3.实验时,先让小车运动,再打开电源开关。(

)解析

实验时,应先开电源开关,再释放小车。答案

×4.释放小车的位置应远离打点计时器。(

)解析

为了能使纸带打上更多的点,释放小车的位置应靠近打点计时器。答案

×精析典例•素养提升类型一实验器材及实验操作典例示范例1在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，(1)除电火花计时器(含纸带、墨粉盘)、小车、一端带有定滑轮的长木板、细绳、槽码、导线和开关外，在下面仪器和器材中，必须使用的有______．A．220V交流电源B．电压可调的直流电源C．刻度尺D．停表E．天平AC【解析】

使用电火花计时器时需要用220V的交流电源，可以用来计时，不需要停表；处理纸带时需要用刻度尺测量长度；实验中不需要测量质量，故选A、C.(2)下列实验操作步骤中，有明显错误的是________．A．将电火花计时器固定在长木板上，纸带固定在小车尾部并穿过电火花计时器限位孔B．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面悬挂适当质量的槽码C．将小车移至靠近定滑轮处D．放开纸带，再接通电源CD【解析】

实验操作时，将接好纸带的小车停在靠近电火花计时器处，先接通电源，再释放纸带．故C、D错误，A、B正确．C、D符合题意．针对训练1

在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，(1)实验室提供了以下器材：电火花计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、刻度尺、交流电源、停表、弹簧测力计．其中在本实验中不需要的器材是________________．(2)按照实验进行的先后顺序，将下述步骤的代号填在横线上_________．A．把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面B．把打点计时器固定在木板没有滑轮的一端，并连好电路C．换上新的纸带，再重做两次实验D．把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面E．使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动F．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的槽码G．断开电源，取出纸带弹簧测力计、停表DBFAEGC解析：(1)本实验需要测量的物理量是位移和时间，用打点计时器打出的纸带上的点就可以算出时间，用刻度尺可以测出两点间的距离，因此，不需要弹簧测力计和停表．(2)根据实验的步骤，正确的顺序应为DBFAEGC.针对训练2如图甲所示的(图中长木板水平固定)是高中物理常用的力学实验装置，现用该装置完成“探究小车速度随时间变化的规律”．(1)图乙中的实验照片中是否有实验错误、不合理或不必要之处？若存在问题，请指明问题所在．解析：照片A：实验有错误之处，选用蓄电池作为电源．照片B：实验有不合理之处，小车起始点离打点计时器过远．

(2)下列哪些措施能有助于减小实验的误差____．A．选用输出电压稳定性更佳的恒定电源B．选用输出电压变化周期更稳定的交变电源C．调节滑轮高度，使拉线与长木板平行D．实验中满足槽码质量m远小于小车的质量ME.实验前先平衡小车与木板间的摩擦力BC解析：选用输出电压稳定性更佳的稳定电源，打点计时器不能计时，A错误；选用输出电压变化周期更稳定的交变电源可使打点周期稳定，减小误差，B正确；调节滑轮高度，使拉线与长木板平行，可减小误差，C正确；测定小车的速度不需要满足槽码的质量m远小于小车的质量M，也不需要实验前先平衡小车与木板间的摩擦力，D、E错误．类型二实验数据处理典例示范例2[利用纸带研究物体的运动]如图所示是某同学用打点计时器研究小车运动规律时得到的一段纸带，根据图中的数据，计算小车在AB段、BC段、CD段和DE段的平均速度大小，判断小车运动的性质．(电源的频率为50Hz)【答案】先加速运动后匀速运动

判断小车运动情况的方法(1)直接由纸带上打出的点的疏密程度粗略判断；(2)先算出各段的平均速度，再由平均速度的大小判断；(3)利用所画的v­t图像，直接判断．例3[利用纸带计算速度和加速度]在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中：(1)如图甲所示，所用计时器的工作电压为_____；A．直流220VB．交流220VC．直流6V

D．交流8VB【解析】

电火花计时器的工作电压为220V交变电源，而电磁打点计时器工作电压约为8V交变电源，图中为电火花计时器，故B正确．(2)某次实验得到如图乙所示的一条清晰纸带，截取了其中一段用刻度尺(单位：cm)进行测量，在纸带上标注了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点(每两个点迹标注一个计数点)，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，取计数点A对应时刻为0.其中计数点E所在位置的刻度尺读数为________cm，小车加速过程中DF段的平均速度为________m/s(计算结果保留两位有效数字)，用这一速度表示小车通过E点时的瞬时速度，并将其描点在坐标纸(下图)上(其中B、C、D、F四个点已描点完成)．请同学们在坐标纸上拟合图线，并求解小车运动的加速度大小a＝_______m/s2(计算结果保留两位有效数字)．14.501.13.0

针对训练3

做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验．

(1)用一条纸带穿过计时器，该同学发现有图甲中的两种穿法，感到有点犹豫．你认为___(选填“A”或“B”)的穿法效果更好．B解析：纸带应穿过打点计时器的限位孔，压在复写纸下面，据图甲可知B穿法正确．(2)完成实验后，小明用刻度尺测量纸带距离时如图乙，B点的读数是_____cm，已知打点计时器每0.02s打一个点，则B点对应的速度vB＝_____m/s(vB结果保留三位有效数字)．3.001.35

(3)某实验小组中的四位同学利用同一条纸带的数据作v-t图像，分别作出了如图所示的四幅v-t图像，其中最规范的是_____．A解析：描绘图像时取坐标单位的时候不能随意，要使得大部分点落在整个坐标区域中，描完点后，先大致地判断这些点是不是在一条直线上，然后画一条直线，让这些点均匀地散落在这条直线的两侧，故A正确，B、C、D错误．评价检测•素养达标1.(多选)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列方法有助于减小实验误差的是(

)A．选取计数点，把每打5个计时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．舍去开始时纸带上密集的点，只利用点迹清晰、间隔适当的那一部分进行测量、计算D．尽量减少挂在细绳下槽码的个数答案：AC解析：实验中应区别打点计时器打出的点迹与人为选取的计数点，通常每5个计时点选1个计数点，这样计数点间的距离大些，测量位移时相对误差较小，A正确；小车的加速度应适当大一些，从而使纸带上计数点间的距离较大，测量的误差较小，B错误；舍去开始时纸带上密集的点，只利用点迹清晰、间隔适当的那一部分进行测量，这样测量的误差较小，C正确；使挂在细绳下槽码的个数适当，使实验既可以打出足够多的点，又可以让计数点间的位移比较大，有利于减小误差，D错误．2．(多选)在用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，下列关于作出v-­t图像的说法中，正确的是(

)A．只要确定了v-­t图像中的两点，就可以得出小车运动的v­t图像，因此，实验只需要测出两组数据B．作v-­t图像时，所取的点越多，图线就越准确C．作出的v­t图线应该通过所有的点，图线曲折也可以D．对于偏离直线较远的点，说明误差太大，应舍去答案：BD解析：作v­-t图像时，选取的点越多，作出的图线越准确，但由于实验存在误差，实验时得到的各点不可能全部在同一直线上，因此，应使落不到直线上的点均匀分布在直线的两侧，以减小实验误差．3．如图甲是某同学做“探究小车速度随时间变化的规律”实验时获得的一条纸带．(1)打点计时器电源频率为50Hz.A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点，F点由于不清晰而未画出．试根据图中提供的数据，推算出对应F点的速度vF＝_____m/s(计算结果保留两位有效数字)．

(2)图乙是该同学根据纸带上的数据，作出的v­-t图像．根据图像，t＝0时的速度v0＝_____m/s，加速度a＝____m/s2(计算结果保留两位有效数字)．0.70

0.205.0

4．如图甲所示，用打点计时器记录小车的运动情况．小车开始在水平玻璃板上运动，后来在薄布面上做减速运动．所打出的纸带及相邻两点间的距离(单位：cm)如图乙所示，纸带上相邻两点间时间间隔为0.02s.(1)计算打点计时器打出点2、3时小车的速度大小，填入表中；计数点序号12345速度vn/(m·s