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(共37张PPT)
主讲人：LWH
第1节 实验：探究小车速度随时间变化的规律
第2章
物体的运动通常是比较复杂的，物体的运动规律各不相同。
怎样探索速度随时间变化的规律呢？
高山滑雪、鸽子飞翔、猎豹捕食等这些运动中都有速度的变化。
物理定律不能单靠“思维”来获得，还应致力于观察和实验。
——普朗克
　 寻求一种运动的特点和规律，一般要从某个具体事例开始。那么，要研究小车的速度随时间变化的规律，我们该如何设计这个实验？又要测量哪些物理量？选用什么器材？
目 录
CONTENTS
实验目的与原理
01
实验器材
02
进行实验
03
数据记录与处理
04
01
实验目的与原理
1.进一步练习使用打点计时器.
2.会利用平均速度求瞬时速度.
3.会利用v－t图像处理实验数据，并根据图像能计算小车的加速度和判断小车的运动情况.
(一)实验目的
1.利用纸带计算瞬时速度
以纸带上某点为中间时刻点取一小段位移，用这段位移的平均速度表示这点的瞬时速度。
以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，用描点法画出小车的v-t图象，图线的斜率表示加速度，如果v-t图象是一条倾斜的直线，说明小车的速度是均匀变化的。
t/s
5
10
15
20
25
0
20
40
60
80
v/m s-1
2.用v-t图像表示小车的运动情况
(二)实验原理
02
实验器材
打点计时器(带导线)、交变电源、纸带、一端带有定滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、复写纸、坐标纸、固定夹。
槽码
打点计时器
纸带
小车
细绳
一端附有定滑轮的长木板
03
进行实验
①木板平放，使滑轮伸出桌面；
②木板远离滑轮的一端固定打点计时器，连接好电路；
③拴细线，穿纸带，挂钩码；
④先接通电源，再释放小车；
⑤断开电源，取出纸带；
⑥换上新纸带，重复操作两次，
选择一条点迹清晰的留用。
⑦增减所挂钩码，重复步骤③-⑥。
注意●问题
固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置
No1
滑轮不能过高,细绳应与木板平行
No2
先接通电源，后让纸带运动
No4
小车应由紧靠打点计时器处开始释放，在撞击长木板末端前应让小车停止运动,防止小车从板上掉下来
No3
打点结束后立即关闭电源
No5
　在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，
(1)下列给出的器材中，有一部分已经选好了，请选出还需要的器材.
A.电磁打点计时器　B.天平　C.低压交变电源　D.低压直流电源　E.细绳和纸带　F.槽码和小车　G.秒表　H.一端有滑轮的长铝板　Ι.刻度尺
选出的器材有AEFH，还需要________.
例1
C、I
(2)某同学按照以下步骤进行操作：
A.换上纸带重复做三次，选择一条较为理想的纸带；
B.将电磁打点计时器固定在长铝板上没有滑轮的一端，接上电源；
C.把小车停在靠近电磁打点计时器的地方，先放开小车，再启动电磁打
点计时器；
D.断开电源，取下纸带；
E.把一条细绳拴在小车前端，绳跨过滑轮挂上槽码，把纸带固定在小车
后端并让纸带穿过电磁打点计时器.
以上步骤有错误的是____(填步骤前的字母)，应更正为________________
_________________；步骤合理的顺序是________(填步骤前的字母).
C
先启动电磁打点计
时器，再放开小车
BECDA
04
数据处理
1、纸带计时起点的选择：选取点迹清晰的纸带，舍掉开头过于密集的点，从清楚的点开始， 每五个计时点取一个计数点，依次标号为0、1、2、3、4、5…….测量各计数点到0点的距离x。
0.10s
0.10s
过于密集/不清晰的点
△x1
△x2
△x3
△x4
△x5
x1
x2
x3
x4
x5
2、计数点瞬时速度的求法
取该计数点相邻两计数点，算出此段的平均速度，该点的瞬时速度近似等于此段的平均速度。例如：求3这个计数点的速度 （ 注意估读、单位以及有效数字）。
Δt 为多少
把各计数点的瞬时速度，填入表1中标有“v1 ” 的一行。同理，计算增减槽码后两次实验的速度，分别填入表1中标有“v2” 和“v3” 的两行内。
位置 0 1 2 3 4 5
时间/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
v1/m·s-1
v2/m·s-1
v3/m·s-1
3、记录数据
方法1:取任意两组数据求出Δv和Δt，然后代入Δv／Δt求解。
方法2:在v—t图象上取一段时间Δt（尽量取大一些），找出两个时刻对应的纵坐标值求出Δv，代入Δv／Δt求解。
画图时让不在直线上的点尽可能均匀地分布在直线两侧，就是为了使偏大或偏小的误差尽可能地抵消，所以图象也是减小误差的一种手段。
哪一种方法更好？
方法2好些
4、求加速度
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
t/s
o
0.10
0.20
0.30
0.40
v/(m/s)
×
×
×
×
×
与纵轴的交点是什么意思？
如何求加速度
？
△t=0.4s
△V=？
0.2m/s
1.图线的特点？
一条倾斜直线
2.小车的运动规律？
速度随时间均匀变化
3.如何求加速度？
4.a的特点？
不变
结论：小车做加速度不变的加速运动
实验视频
　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变电源的频率为50 Hz，记录小车运动的一段纸带如图甲所示，在纸带上选取A、B、C、D、E、F六个计数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出.
例2
(1)由纸带提供的数据求出打下C、E两点时小车的速度，填入下表：
计数点序号 B C D E
计数点对应的时刻t/s 0 0.1 0.2 0.3
打下计数点时小车的速度v/(m·s－1) 0.25 _____ 0.45 _____
0.35
0.55
(2)根据表中的数据，在图乙中作出小车运动的v－t图像，分析可知小车速度随时间变化的规律为____________.
计数点序号 B C D E
计数点对应的时刻t/s 0 0.1 0.2 0.3
打下计数点时小车的速度v/(m·s－1) 0.25 0.35 0.45 0.55
见解析
(3)根据作出的v－t图像可得小车运动的加速度为______ m/s2.(结果保留两位有效数字)
1.0
某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时，打点计时器所用电源的频率是50 Hz，在实验中得到一条点迹清晰的纸带，他把某一点记作O，再依次选6个点作为计数点，分别标以A、B、C、D、E和F，如图甲所示.
(1)如果测得C、D两点相距2.70 cm，
D、E两点相距2.90 cm，则在打D点
时小车的速度是_____ m/s.
针对训练
1.40
(2)该同学分别算出打各点时小车的速度，然后根据数据在v－t坐标系中已描好点，请在图乙中作出小车的v－t图像，并求出小车的加速度a＝_____ m/s2.
5.00
答案　见解析图　
小车的v－t图像如图所示，
针对训练
1
3
2
4
实验原理
实验仪器
实验步骤
数据处理
1.利用纸带计算瞬时速度;
2.v-t图象表示小车的运动;
打点计时器(带导线)、交变电源、纸带、一端带有定滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、复写纸、坐标纸、固定夹。
（1）v-t 图像是一个理想化的运动模型
（2）小车的速度随时间均匀变化
1.(2022·通许县实验中学高一阶段练习)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法正确的是
A.小车在槽码的牵引下运动时只需打出一条纸带，然后进行数据处理
B.为使测量更为严谨，应把打下的第一个点作为计时起点
C.为了便于测量，应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
D.两相邻计数点间的时间间隔必须是0.1 s
√
强化提升
2.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中：
(1)下列仪器需要用到的有________.
AB
强化提升
(2)某同学进行了以下实验操作步骤，其中有错误的步骤是_____.
A.将电火花计时器固定在长木板的一端，并接在220 V交变电源上
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，下面吊着适当重的槽码
D.将小车移到靠近打点计时器的一端后，放开小车，然后接通电源
D
(3)在实验中得到一条如图所示的纸带，已知电源频率为50 Hz，相邻两计数点间的时间间隔为0.1 s，测量出x5＝4.44 cm、x6＝4.78 cm，则打下F点时小车的瞬时速度v＝________ m/s.(结果保留两位有效数字)
0.46
强化提升
(4)若实验时电源频率大于50 Hz，而做实验的同学并不知道，则打下F点时小车的实际速度_______(选填“大于”“小于”或“等于”)测量速度.
大于
3.(2022·通海县第三中学高一阶段练习)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个点没有画出)，电火花计时器接220 V、50 Hz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
小车的瞬时速度如下表：
对应点 B C D E F
速度(m/s) 0.141 0.185 0.220 0.254 0.301
强化提升
两个相邻计数点的时间间隔t＝5T＝0.1 s.
(1)设电火花计时器的打点周期为T，计算vF的公式为vF＝_________；
强化提升
(2)根据表中的数据，以A点对应的时刻为t＝0，在图乙所示坐标系中合理地选择标度，作出v－t图像；
对应点 B C D E F
速度(m/s) 0.141 0.185 0.220 0.254 0.301
(3)利用该图像求得小车的加速度a＝_____ m/s2；(结果保留2位有效数字)
0.40
(4)如果当时电网中交变电流的电压变成210 V，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比______(选填“偏大”“偏小”或“不变”).
不变
如果当时电网中交变电流的电压变为210 V，而做实验的同学并不知道，但频率不变，故打点的周期不变，不影响测量情况，故加速度的测量值与实际值相比不变.
4.某同学在玩具赛车的赛车场看赛车比赛时，用相机连拍功能对经过的某玩具赛车进行了连拍，然后他把连拍后的照片对应赛道位置排列好，排列好的位置关系如图所示.已知该相机的连拍频率是每秒10张，照片与实物的比例为1∶10.为了判断该赛车的运动情况，该同学对整理好的照片进行了研究.请根据图中数据回答下列问题：
(1)该照相机连拍时，其拍摄周期为T＝_____ s.
0.1
(2)图中从左向右玩具赛车在第二个位置的速度v2＝______ m/s，在第五个位置的速度v5＝________ m/s.
2.6
3.2
(3)该玩具赛车在连拍时间内的平均加速度a＝____ m/s2.
2

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