21实验探究小车速度随时间变化的规律(实际授课用)

2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律•打点计时器可以测量什么物理量？(1)打点计时器打出的纸带可以直接测出:位移△x（用刻度尺对纸带上点间距离进行测量）；时间间隔△t（对纸带上点迹分析可得出，注意当交流电频率为50HZ时纸带上相邻两计时点的时间间隔为0.02s）(2)通过打点计时器打出的纸带可以间接求出：任意两点间的平均速度—→某点的瞬时速度（）—→加速度（可以用加速度定义求也可以用V—t图求）。（即可以研究纸带所连物体的运动情况）复习：xvt0tttvvtva1212vkatsmscmvv//1322625.125.126202.040.145.6smscmvv//354025.25.202202.045.655.142/005.1904.0263.1025.2smttvva如图为打点计时器打出的一条纸带，其上各点均为计时器实际打出的一系列点，各点处的数据表示该点到0点的距离；试计算点2、4的速度及纸带运动的加速度导入：•实验：小车运动是物理学中最简单物体运动，哪它的运动的速度随时间变化有什么规律呢？•我们可以通过什么方法来探究？通过试验来探究!即可以通过打点计时器等实验仪器来探究小车速度随时间变化的规律•哪如何设计实验？一、实验原理：把纸带跟运动物体（小车）连接在一起，并通过打点计时器，这样纸带上的点不但记录了物体运动的时间，而且相应地表示出了运动物体在不同时刻的位置。研究这些点的情况就可以了解物体的运动过程及规律实验设计：打点计时器、学生电源、导线、试验小车、细绳、纸带、复写纸、一端带定滑轮的长木板、最小刻度毫米的刻度尺二、实验器材：实验仪器怎样安装放置？课本P31图2.1－1三、实验装置图电磁打点计时器纸带带定滑轮的长木板小车细线钩码复写纸水平桌面四、实验步骤⑴将带定滑轮的长木板平放在桌面上（可作适当倾斜以让小车匀加速下滑，此时小车前面即可以不用挂上钩码了），并使滑轮伸出桌面边缘；把打点计时器固定在长木板没有定滑轮一端，并使计时器限位孔位于板的中央；连接好电路；⑵挂钩码：将细线一端系在小车前面并绕过定滑轮，线另一端挂上适当的钩码；⑶装纸带：将纸带一端穿过电磁打点计时器限位孔并压在复写纸下方，另一端连接在小车后面；⑷把小车停在靠近打点计时器的位置，先接通电源，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，打完一条纸带后立即关闭电源；⑸换上新纸带重复操作并再打出两条纸带五、实验注意•1．固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央轴线位置。•2．滑轮不能过高，细绳应与木板平行.•3．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。•4．先接通电源，后让纸带运动。•5．打点结束后立即关闭电源。六、纸带分析：•一）怎样分析和选取纸带上的点★将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）；★取六个计数点，标号0，1，2，3，4，5•二）如何计算出所取点的瞬时速度？利用：平均速度→瞬时速度（△t→0)（如何测△x—先测出各计数点到点0的距离再通过计算求出）•即用求平均速度的方法来代替某点瞬时速度（用计算较准确的平均速度来代替），•如何代替？（选择包括所求该点在内的一段位移Δx，找出对应的时间Δt，用Δx／Δt作为该点的瞬时速度）；可以表示D、F及它们中间任意一点的瞬时速度•１．列表法（注意列表要求—见14页）•２．V——t图象法：•①根据所得数据，选择合适的标度建立坐标系（让图象尽量分布在坐标系平面的大部分面积）。•②描点：观察和思考点的分布规律。•③拟合：从点的分布可以发现这些点应该在一条直线上，用直线拟合，让尽可能多的点处在直线上，不在直线上的点应对称地分布在直线两侧。●三）如何设计表格记录数据？NEXT3、用列表法及图像表示速度的实际处理实例一（1）演练处理。OABCD)44,40,36,32,28,24(cmxcmxcmxcmxcmxcmxFGEFDECDBCAB练习：如图为打点计时器打出的一条纸带，A、B、C、D、E是我们在纸带行所选的计数点，相邻计数点之间有4个计时点没有标出，试求打点计时器打下B、C、D、E、F各点时的瞬时速度。Esmsm/26.0/1.0210522scmvscmvsmvsmvFEDC/42.0,/38.0,/34.0,/30.0FG50.020.1Ts2ACBxvT2ABBCBxxvTNEXT（2）列表记录练习：利用v—t图像将上题体现出来，并确定物体做什么运动？（设从A点为计时原点）计数点ABCDEF……时刻/s0……速度/m·s－1……1_/smv2.04.06.0st/O1.02.03.04.05.06.07.0NEXT（3）作图演练。计数点ABCDEF……时刻/s00.10.20.30.40.5……速度/m·s－1……0.260.300.340.380.42……1_/smv2.04.06.0st/O1.02.03.04.05.06.07.0练习：利用表中数据作出v—t图像，并确定物体做什么运动？（设从A点为计时起点）NEXT（1）在研究小车速度随时间变化规律的实验中，得到一条记录小车运动情况的点迹清晰的纸带，如图所示，图中A、B、C、D、E为相邻计数点。①根据纸带上的数据，计算下表中各点速度；②在图中作出v-t图像；③小车速度随时间变化有什么规律？（已知在两个计数点间还有4个点没有画出）OABCDEFG5.76.273.60cm单位：6.105位置编号ABCDE时间/s0瞬时速度/m·s—1//3、用列表法及图像表示速度的实际处理实例二NEXTABCDOEFG5.76.273.60cm单位：6.105smvsmvDC/90.3,/64.250.020.1Ts2ACBxvT227.610/1.38/220.1ABBCBxxvmsmsTNEXT位置编号ABCDE时间/s00.10.20.30.4瞬时速度/m·s—1/1.382.643.90/列表记录ABCDOEFG5.76.273.60cm单位：6.105NEXT（1）……②在图中作出v-t图像。③小车速度随时间变化有什么规律？1_/smv123st/O1.02.03.0位置编号ABCDE时间/s00.10.20.30.4瞬时速度/m·s—1/1.382.643.90/4解答：小车做初速度不为零的匀加速直线运动！tvvaBD2/2.038.190.3sm2/6.12sm作图演练。特别注意：物体的加速度等于直线的斜率，但一般不等于直线与横轴间夹角的正切(如将图中的一坐标轴的单位长度改变后图线与t轴的夹角必改变即其正切必改变，但其加速度却不变），只有在横纵坐标轴上的单位值的长度大小相同时才会相等。方法一：取任意两组数据求出Δv和Δt，然后代入Δv／Δt求解。方法二：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坐标值求出Δv，代入Δv／Δt求解。•哪一种方法更好？（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即尽可能减小实验中的偶然误差，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）——方法二更好五）：纸带上零时刻的速度和末速度如何求？（根据图象来求，这样可以减小误差）如在“例2”中由第19页的V—t图可得四）：如何根据速度—时间图象（v—t图象）求小车的加速度和初速度？0.12/Avms同理可求出E、F、G点的速度/1.3812.60.1DBBAAvvvvvatt实例探究：•在研究匀变速直线运动的实验中，算出小车经过各计数点瞬时速度如下计数点序号123456计数点对应的时刻（s）0.100.200.300.400.500.60通过计数点的速度（cm／s）44.062.081.0100.0110.0168.0为了计算加速度，合理的方法是（）•A．根据任意两计数点的速度用加速度定义公式算出加速度•B．根据实验数据画出v－t图，量出其倾角A，由公式a=tgA求出加速度•C．根据实验数据画出v－t图，由图线上相距较远的两点所对应的速度、时间，用加速度定义公式算出加速度•D．依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度•分析：方法A偶然误差较大。方法D实际上也仅由始末两个速度决定，偶然误差也比较大，只有利用实验数据画出对应的v－t图，才可充分利用各次测量数据，减少偶然误差。由于在物理图象中，两坐标轴的分度大小往往是不相等的，根据同一组数据，可以画出倾角不同的许多图线，方法B是错误的。正确的方法是根据图线找出不同时刻所对应的速度值，然后利用公式算出加速度，即方法C。•答案C•［例2］在研究匀变速直线运动的实验中，某同学操作以下实验步骤，其中错误或遗漏的步骤有（遗漏步骤可编上序号G、H……）•A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处放开纸带，再接通电源•B．将打点计时器固定在平板上，并接好电路•C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码•D．取下纸带•E．将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速运动•F．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔•将以上步骤完善后写出合理的步骤顺序。•解析：（1）问A中应先通电，再放纸带。•（2）D中取下纸带前应先断开电源。•（3）补充步骤G：换上新纸带，重复三次。•步骤顺序为：BFECADGNEXT速度变化快慢的描述—加速度电磁式打点计时器电火花式打点计时器电源类型10V以下的交流电源民用220V交流电源打点频率50Hz50Hz相邻两点时间间隔0.02s0.02s二者联系1、打点计时器是一种记录物体在一定时间间隔内位移的工具。（可测：时间、位移、平均速度、运动性质）电火花式摩擦阻力小！2、使用时，一定要注意：先接通电源，再释放纸带，实验完之后马上关闭电源！1、打点计时器NEXT1、打点计时器实验：用打点计时器测速度（1）打点计时器的作用①测时间(电源频率50Hz，每隔________秒打一个点)OABCDs02.0s02.0s02.0s02.0说明：一般情况下，都以0.1s为一个计时单位，即每隔4个点为一个计数点！OABs1.0s1.0NEXT1、打点计时器实验：用打点计时器测速度（1）打点计时器的作用说明：一次测出各计数点到O点的距离然后算出相邻二计数点间的位移，这样可以保证所有的点在一条直线上，且能够尽量减小长度测量中的偶然误差。②测位移：用刻度尺测量，注意保留到最小的刻度的下一位！OABCDOAxABxBCxCDxNEXT1、打点计时器实验：用打点计时器测速度（1）打点计时器的作用③测平均速度OABCDOAxOAOAOAtxvACACACtxv,,说明：测量时要注意单位、时间的问题！问题：计算P20/图1.4-4，求DG之间的平均速度？ACxNEXT2、用打点计时器测量瞬时速度实验：用打点计时器测速度（1）理论依据：用平均速度近似代替瞬时速度。OABCDACxTxvACB2BDxsT02.0txvTxvBDC2,（2）思考二：如果纸带上点迹分布不均匀，那么，点迹密集的地方表示运动的速度较大还是较小？为什么？思考三：若速度越来越快，则哪边与物体（手）链接？NEXT3、用图像表示速度实验：用打点计时器测速度（1）演练处理。OABCD)44,40,36,32,28,24(cmxcmxcmxcmxcmxcmxFGEFDECDBCAB练习：如图为打点计时器打出的一条纸带，A、B、C