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第二章 匀变速直线运动的研究
第1节 实验：探究小车速度随时间变化的规律
速度是描述物体运动快慢的物理量，用它可以描述物体的具体运动情况。我们可以通过机动车的速度计得知机动车某时刻的速度大小。
小明同学利用课余时间自己想办法探究物体的运动规律。他利用频闪相机在公路旁拍摄了摩托车运动的情景，他拍摄的照片如图所示：
根据照片，如何研究摩托车的运动规律？
要知道摩托车在不同时刻的速度
1.进一步练习使用打点计时器。
2.能从纸带上获取实验数据计算各点的瞬时速度。
3.学会用图像法处理实验数据,并能根据v-t图像描述小车运动速度随时间的变化规律。
实验思路
要研究小车在重物牵引下速度随时间变化的规律，你认为如何设计此实验？需要测量哪些物理量？选用什么器材？请你把自己研究的方案写出来，并和同学交流。
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。
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。
2.小车速度随时间变化的探究方法
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
二、实验器材
在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中：
（1）下列哪些器材是多余的____________________.
①电磁打点计时器②天平③低压直流电源④细绳⑤纸带
⑥小车⑦钩码⑧秒表⑨一端有滑轮的长木板
（2）达到实验目的还需要的器材是：_____________ .
②③⑧
低压交流电源、刻度尺
练一练
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。
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的没有滑轮的一端，并连好电路
C．换上新的纸带，再重做两次
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．把一条细线拴在小车上，细线跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码
G．断开电源，取出纸带
DBAFEGC
练一练
回忆
纸带能给我们提供哪些信息？
通过测量或计算还能得到哪些信息？
四、数据分析
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0.1 s)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)
0.10s
0.10s
过于密集/不清晰的点
1.怎样分析和选取纸带上的点？
例：求3这个计数点的速度：
T为多少
x1
x2
x3
x4
x5
2.如何计算出所取点的瞬时速度？
v3===
3.数据处理
(1)表格法:
①测量各计数点1、2、3、……到计时起点0的距离x。
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根据△x和△t计算纸带在相邻计数点间的平均速度v
位置 0 1 2 3 4 5 6 7
时刻t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
x/(m)
△x/(m)
v/(m·s-1)
位置 0 1 2 3 4 5
时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
v1/m·s-1
v2/m·s-1
④同理：计算增减钩码后两次实验的速度并将数据填入下表
(2)图像法（v - t 图像）
① 根据所得数据，选择合适的标度建系（图像尽量分布在整个坐标系内）
② 根据所得数据确定点的位置，观察和思考点的分布规律。
③ “拟合”图像
位置 0 1 2 3 4 5
t / s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
v/m·s-1 0.30 0.45 0.60 0.74 0.89 1.03
t/s
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.2
1.0
0.8
0.6
0.4
v/(m·s-1)
从点的分布看：这些点应该在一条直线上。
画出一条直线，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。
实例：
五、实验注意事项和误差分析
(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。
1.实验注意事项
(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)。
(1)木板的粗糙程度不同,摩擦不均匀。
(2)根据纸带测量的位移有误差,从而计算出的瞬时速度有误差。
(3)作v-t图像时单位选择不合适或人为作图不准。
2.误差分析
t/s
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.2
1.0
0.8
0.6
0.4
v/(m·s-1)
结论：小车 v-t 图线是一条斜直线，则小车做速度均匀变化的直线运动
六、实验结论
在探究小车速度随时间变化的规律的实验中,利用打点计时器打出了如图所示的一条纸带,其中1、2、3、4、5、6、7均为计数点,且相邻的两个计数点之间都还有4个点没有画出来,已知电源的频率为50 Hz(打点周期T=0.02 s)。现测得x1=1.40 cm,x2=1.90 cm,x3=2.40 cm,x4=2.90 cm,x5=3.40 cm,x6=3.90 cm。
(1)在打点计时器打出点2、3、4、5时,小车的速度分别为v2=　 　 cm/s,v3=　　　　 cm/s,v4=　　　　 cm/s,v5=　　　　 cm/s。
16.50
21.50
26.50
31.50
练一练
(2)在如图所示的坐标纸上作出速度—时间图像。
(3)根据作出的速度—时间图像,求出小车的加速度为　　　 　 m/s2(结果保留小数点后两位数字)。
0.50(0.47~0.53)
探究小车速度随时间变化的规律
实验原理
瞬时速度的求法
小车速度随时间变化的探究方法
实验器材
实验步骤
安装器材，多次进行实验并记录数据
数据分析
实验注意事项和误差分析
挑选纸带并测量
数据分析，绘制图像，得出结论

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