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(共33张PPT)
2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律
第二章、匀变速直线运动的研究
世界上第一条商业运行的磁悬浮列车——“上海磁浮”，已于2003年10月1日正式运营。据报道，上海磁浮线路总长33km，一次试车时全程行驶了7min30s，其中以430km/h的最高速度行驶约30s。磁悬浮列车的行驶速度比汽车快得多，是不是它的加速度也会很大？
物理学家天地
物理定律不能仅靠“思维”来获得，还应致力于观察和实验。
普朗克，德国物理学家，量子论的奠基人。
1900年，他在黑体辐射研究中引入量子，因此于1918年获得诺贝尔物理学奖。
打点计时器可以直接测量什么物理量？
位移、时间 （测量位移与时间的仪器）
位 移
用直接用刻度尺测量
时 间
两记数点点的时间间隔为 0.02s
可以求两点间的平均速度→一点的瞬时速度→加速度
通过打点计时器打出的纸带可以间接求什么物理量？
科学研究方法
质 点
理想化模型
速 度
比值定义法
瞬时速度
极限思想
测量瞬时速度
较短位移或者时间下，用平均速度表示瞬时速度
寻求运动规律和特点
通过具体事例来寻找运动的特点和规律
实验：探究小车速度随时间变化的规律
实验思路
实验原理
实验器材
进行实验
实验步骤1
实验步骤2
实验步骤3
实验步骤4
实验步骤5
数据记录
设计表格并记录相关数据
速度计算
数据测量
纸带选取
数据分析
作出小车v-t图像
实验结论
实验：探究小车速度随时间变化的规律
实验思路
问题一
研究小车在重物牵引下速度随时间变化的规律，如何设计实验？
问题二
需要测量哪些物理量？
问题三
选用什么器材？
实验：探究小车速度随时间变化的规律
实验思路
测量的物理量：位移、时间
1．瞬时速度的计算
各计数点的瞬时速度可用该点前后一段时间内的平均速度来代替
实验：探究小车速度随时间变化的规律
实验思路
实验器材
需要哪些仪器？
电源，刻度尺
钩码
小车
细绳
纸带
打点计时器
一端附有定滑轮的长木板
实验：探究小车速度随时间变化的规律
进行实验：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。
实验：探究小车速度随时间变化的规律
进行实验：实验步骤
2.把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上钩码，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，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。
4.换上新的纸带，重复实验两次。
5.增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验。
实验：探究小车速度随时间变化的规律
进行实验：实验步骤演示
实验：探究小车速度随时间变化的规律
数据记录：纸带的选取
1.纸带的选取
开头过于密集的点舍掉，从清楚的点开始,每隔五个间隔取一个计数点，(每两个计数点之间的时间间隔是0.1s）。
0
1
2
3
实验：探究小车速度随时间变化的规律
数据记录：数据测量
2.数据的测量
如图所示，一般不是直接测量相邻两个计数点间的距离,而是先测量出各个计数点到计时 0 点间的距离x1、x2、x3、x4、x5，再计算出相邻的两个计数点间的距离。
实验：探究小车速度随时间变化的规律
数据记录：速度计算
3.瞬时速度的计算
各计数点的瞬时速度可用该点前后一段时间内的平均速度来代替
0
1
2
3
1.2cm
1.6cm
2.0cm
2.4cm
平均速度 → 瞬时速度（如何测 x）
△
实验：探究小车速度随时间变化的规律
数据处理:列表法
- -
0.201
0.280
0.432
0.355
0.512
同理，可求出另外两条纸带的情况
小车的瞬时速度随时间增大而增大。
思考:小车的具体运动规律是什么
实验：探究小车速度随时间变化的规律
数据处理:图象法
① 根据所得数据，选择合适的标度建立直角坐标系（图象尽量分布在坐标系平面的大部分面积）。
② 根据所得数据描出各点的位置（描点法）,观察和思考各点的分布规律。
实验：探究小车速度随时间变化的规律
数据分析：实验演示
实验：探究小车速度随时间变化的规律
t/s
v/(m/s)
0.1
0
0.12
0.3
0.4
0.5
0.6
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
描绘小车的 v-t 图
各点的分布大致都落在一条直线上，因此，我们可以推断：如果没有实验误差的理想情况下，所描出的各点应全部落到这条直线上。画直线时，让尽可能多的点处在这条直线上，其余均匀分布，去掉偏差太大的点。
通过图像可以判断小车做匀加速直线运动
实验：探究小车速度随时间变化的规律
如何利用 v-t 图求加速度
哪一种方法更好？
① 取任意两组数据求出Δv 和Δt ，然后代入 求解。
△v
a = —
△t
② 在v -t 图象上取一段时间Δt（尽量取 大一些），找出 Δt 对应的Δv ，代入 求解。
△v
a = —
△t
（画图时让不在直线上的点尽可能等量地分布在直线两侧，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，也就是说应该用图象上的点，而不是用实验所得到的数据）
实验：探究小车速度随时间变化的规律
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)
如何求加速度？
△t=0.4s
△V=？
0.2m/s
×
×
×
×
×
与纵轴的交点是什么意思？
实验：探究小车速度随时间变化的规律
注意事项
1. 固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置；滑轮不能过高,细绳应与木板平行
2.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器
3.先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再释放小车，当小车停止运动时及时断开电源
4.实验时要注意保护小车及滑轮，要避免它们被碰坏或跌坏。所以，当小车到达滑轮前及时用手按住它，防止小车从板上掉下来
5.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，或加速度太小使各段位移无法区别，从而使误差增大
6.打点结束后立即关闭电源
实验：探究小车速度随时间变化的规律
如何利用 v-t 图求加速度
利用打点计时器“探究小车的速度随时间变化的规律”，打出的纸带如图所示，已知交流电源的频率为50 Hz，从计数点1开始，每相邻两个计数点之间还有四个点没有画出，图中1、2、3、4、5、6、7为连续的计数点，测得s1＝1.40 cm，s2＝2.00 cm，s3＝2.60 cm，s4＝3.20 cm，s5＝3.80 cm，s6＝4.40 cm。
(1)相邻计数点之间的时间间隔为________s。
(2)小车的加速度为________m/s2。
0.1
0.6
实验结论与拓展
研究表明，小车在重物牵引下的运动，速度随时间的变化是均匀的。
研究还表明，小车在沿斜坡下滑过程中速度随时间的变化也是均匀的。
更多类似的运动，其速度随时间的变化很可能都是均匀的。
拓展
本节小结
1.运用实验探究的方法对小车的运动进行研究。
2.使用打点计时器测量速度。
3.用 v-t 图像分析小车运动的特点和规律。
【练习1】在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中：
（1）下列操作中正确的有________；
A．在释放小车前，小车要靠近打点计时器
B．打点计时器应放在长木板的有滑轮一端
C．应先接通电源，后释放小车
D．电火花计时器应使用低压交流电源
【正确答案】AC
【练习1】（2）某同学用如图（a）所示的装置测定匀加速直线运动的加速度，打出的一条纸带如图（b）所示，A、B、C、D、E为在纸带上所选的计数点，相邻计数点间的时间间隔为0.1s：
①打点计时器打下C点时小车的速度大小为______m/s；
②由纸带所示数据可算出小车的加速度大小为______m/s2。
【参考答案】 0.30 0.40
【练习2】一小球在桌面上从静止开始做加速直线运动，现用高速摄影机在同一底片上多次曝光，记录下小球每次曝光的位置，并将小球的位置进行编号。如图甲所示，1位置恰为小球刚开始运动的瞬间，作为零时刻。摄影机连续两次曝光的时间间隔均相同，小球从1位置到6位置的运动过程中经过各位置的速度分别为v1＝0，v2＝0.06 m/s，v3＝________ m/s，v4＝0.18 m/s，v5＝________ m/s。在图乙所示的坐标纸上作出小球的速度－时间图像_________（保留描点痕迹）；根据图像可求出加速度a＝________ m/s2。（结果保留两位有效数字）
【答案】
0.12
0.24
0.12
【练习3】（2021·北京市第五十中学高一期中）实验课上：同学们利用打点计时器等器材，研究小车做匀变速直线运动的规律。主要实验步骤有：
A．把小车停在靠近打点计时器处，接通电源放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打一系列的点。
B．把细绳拴在小车上，并在另一端挂上适当的钩码，使之跨过定滑轮，调整装置，使小车能在长木板平稳地加速滑行。把纸带穿过打点计时器，并将其一端固定在小车的后面。
C．把一端装有定滑轮的长木板平放在实验桌上，使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在木板没有滑轮的一端。
D．更换新纸带，重复实验三次，选择一条最理想的纸带进行分析。
（1）对上述实验步骤进行合理排序_______（写步骤前的字母）。
【参考答案】CBAD
（2）其中一个小组的同学从所打的几条纸带中选取了一条点迹清晰的纸带。如图所示，图中A、B、C、D、E是按打点先后顺序依次选取的计数点，相邻计数点间的时间间隔T=0.1s。由图中的数据可知，打点计时器打下C点时小车运动的速度是_______m/s，小车运动的加速度是_______m/s2。
【参考答案】
【典例4】某一学习小组的同学想通过打点计时器在纸带上打出的点迹来探究小车速度随时间变化的规律，实验装置如图所示。
（1）常见的打点计时器有两种：________和_______，它们使用的都是_______电源（填“直流”或“交流”），当电源频率为50Hz时，每隔______s打一个点。
（2）关于本实验，下列说法正确的是_______。
A．释放纸带的同时，接通电源
B．先接通电源打点，后释放纸带运动
C．先释放纸带运动，后接通电源打点
D．纸带上的点迹越密集，说明纸带运动的速度越小
【参考答案】 电磁打点计时器 电火花计时器 交流 0.02 BD
（3）要测量小车的速度。除打点计时器（含所用电源、纸带、墨粉纸盘）外还必须使用的测量工具是_______。
（4）该小组在规范操作下得到一条点迹清晰的纸带如图所示，在纸带上依次选出7个计数点，分别标上O、A、B、C、D、E和F，每相邻的两个计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源的频率是50Hz。
①每相邻两计数点的时间间隔为________s，如果测得C、D两点间距x4＝2.70cm，
D、E两点间距x5＝2.90cm，则打D点时小车的速度vD＝________m/s（结果保留3位有效数字）。
刻度尺 0.1 0.280
②该同学分别算出其他各点的速度：vA＝0.220m/s，vB＝0.241m/s，vC＝0.258m/s，vE＝0.300m/s，请在如图所示的坐标系中作出小车运动的v－t图像_______，并求出小车的加速度= _______ m/s2（结果保留3位有效数字）。

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