吉林省长白山第一高中物理必修一课件：2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律

学案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学点1进行实验(1)实验器材打点计时器，一端附有定滑轮的长木板，小车，纸带，细绳，钩码，刻度尺，电源。(2)实验步骤①把一端附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远离滑轮的一端，连接好电路。②把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行，然后把纸带穿过打点计时器，并把纸带的另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，换上新纸带，重复该实验三次。④从三条纸带上选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，在便于测量的地方找一个开始点来确定计数点。为了计算方便和减小误差，通常用连续打五个点的时间作为时间单位，即T＝0.1s。正确使用毫米刻度尺测量相邻两计数点间的距离，并填入表中。打点计时器是一种计时仪器，所用电源为6V以下的交流电源，因此③⑧不选，但缺少低压交流电源。该实验中不用测出质量，因此②不选。【例1】从下列所给器材中，选出实验“探究小车速度随时间变化的规律”中所需的器材有____________________；为达到实验目的，还缺少____________________。①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。低压交流电源实验器材的选取要熟记，在记忆过程中要结合实验目的和实验过程。①④⑤⑥⑦⑨1.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，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长木板上没有滑轮的一端，并连好电路C.换上新的纸带，再重复做两次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.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码G.断开电源，取出纸带DBFAEGC学点2处理数据(1)由于小车做变速运动，因此要选取较短时间求平均速度，此时的平均速度与瞬时速度几乎相同，方法是：以待求点为中间时刻，测出相邻的前后计数点之间的位移x1和x2，则v==[(x1+x2)/(2T)](T=0.1s)。(2)纸带的选取与测量点的选取：从三条纸带中选取较理想的纸带，舍去点迹密集的部分；在后边便于测量的地方找一个开始点作为起点，再往后选取“测量点”。测量点的选取一般用连续打5个点的时间作为时间单位，即T=0.1s。(3)测量与数据收集：用毫米刻度尺测量每相邻两测量点间的距离，填表并计算瞬时速度。v【例2】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流电的频率为50Hz，记录小车运动的纸带如图2-1-1所示，在纸带上选择0、1、2、3、4、5共6个计数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出，纸带旁并排放着带有最小分度为毫米的刻度尺，零刻度线跟“0”计数点对齐，由图可以读出三个计数点1、3、5跟0点的距离填入下列表格中距离d1d2d3测量值/cm图2-1-1(2)计算小车通过计数点“2”的瞬时速度公式为v2=___________(以d1、d2及相邻计数点间时间T来表示)代入得v2=_______m/s。(结果保留两位有效数字)(1)填表：(1)用毫米刻度尺测量各计数点到计数点0的距离时，要注意读数的有效数字位数，当以毫米为单位时，读数保留到小数点后第一位，本题以厘米为单位，读数要保留到小数点后第2位。(2)密切注意相邻计数点间的时间间隔T，在本题中，相邻两计数点间“还有四个点”，故T=5×0.02s=0.1s。(1)用毫米刻度尺测量纸带上各计数点的距离时，尽量一次性测量完毕，注意到最小精确度为毫米，读数时要估读到毫米后一位，即d1=1.20cm，d2=5.40cm，d3=12.00cm。(2)计数点“2”的瞬时速度v2可用计数点“1”和“3”间的平均速度来代替。即v2=(d2-d1)/(2T)，代入数据得v2=0.21m/s。(1)1.205.4012.00(2)(d2-d1)/(2T)0.212.如图2-1-2甲、乙所示，为同一打点计时器打出的两条纸带，由纸带可知()A.在打下计数点“0”至“5”的过程中，纸带甲的平均速度比乙的大B.在打下计数点“0”至“5”的过程中，纸带甲的平均速度比乙的小C.纸带甲的加速度比乙的大D.纸带甲的加速度比乙的小BD图2-1-2学点3作出v-t图象作出速度—时间图象：以速度v为纵轴，时间t为横轴，建立直角坐标系，根据表中数据描点，将这些点连成一条直线，连线时应使尽量多的点落在直线上，不在直线上的点要尽量对称分布在直线两侧。误差较大的点可舍去。由v-t图象的特点，分析小车的运动情况，如果图象是一条倾斜的直线，则表示小车做匀变速直线运动。图2-1-3图2-1-4计数点序号BCDE计数点对应的时刻t/s00.10.20.3通过计数点时小车的速度v/(m·s-1)0.250.45(1)由纸带提供的数据求出打下C、E点时小车的速度，填入下表：【例3】在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz，记录了小车运动的一段纸带如图2-1-3所示，在纸带上选择A、B、C、D、E、F六个计数点，相邻两个计数点之间还有四个点未画出。(2)根据上表中的数据，在图2-1-4中作出小车运动的v-t图线；(3)根据作出的v-t图线可得小车运动的加速度为__________m/s2。(1)用一段时间的平均速度替代中间时刻的瞬时速度，则vC=BD/(2T)=(AD-AB)/(2T)=0.35m/s；vE=(AF-AD)/(2T)=0.55m/s。(2)画出的v-t图象应为一条倾斜直线，如图2-1-5所示。(3)由图象的斜率可求得加速度a=Δx/Δt=1m/s2。(1)0.350.55(2)见解析图(1)1图2-1-53.某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，用打点计时器记录被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，其相邻点间的距离如图2-1-6所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.1s。(1)试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下B、C、D、E、F五个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下式(要求保留三位有效数字)：vB=________m/s；vC=_________m/s，vD=________m/s，vE=_________m/s，vF=________m/s。(2)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在图2-1-7所示的坐标纸上，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。(3)根据第(2)问中画出的v-t图线，求出小车运动的加速度为________m/s2。(保留两位有效数字)图2-1-6图2-1-70.4000.4790.5600.6400.7210.801.小球做直线运动时频闪照片如图2-1-8所示，已知频闪周期T=0.1s，小球相邻位置间距(由照片中的刻度尺量得)分别为OA=6.51cm，AB=5.59cm，BC=4.70cm，CD=3.80cm，DE=2.89cm，EF=2.00cm。则小球在位置A时的速度大小vA=_______m/s，小球运动的加速度的大小a=______m/s2。0.9图2-1-80.6052.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图2-1-9给出从0点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6都为计数点。测得x1=1.40cm，x2=1.90cm，x3=2.38cm，x4=2.88cm，x5=3.39cm，x6=3.87cm。那么(1)在计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为：v1=___cm/s，v2=____cm/s，v3=___cm/s,v4=____cm/s,v5=____cm/s。(2)在平面直角坐标系中作出v-t图象。(3)分析小车运动速度随时间变化的规律。(1)16.5021.4026.3031.3536.30(2)见解析中图(3)v-t图线是一条倾斜的直线，说明速度随时间均匀增加，它们成线性关系。图2-1-9