高中物理第二章匀变速直线运动的研究2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律课件新人教版必修.ppt

,-,*,-,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,1,实验,:,探究小车速度随时间变化的规律,一,二,三,四,一、实验目的,1,.,会运用已学知识处理纸带,求各点的瞬时速度。,2,.,巧用,v,-,t,图象处理数据,观察规律。,3,.,掌握画图象的一般方法,并能用简洁的语言进行阐述。,一,二,三,四,二、实验器材,小车,细绳,钩码,一端附有定滑轮的长木板,打点计时器,低压交流电源,导线两根,纸带,刻度尺等。,一,二,三,四,三、实验原理,1,.,瞬时速度的计算,:,计算打各计数点时小车的速度,应在计数点附近取一个很短的时间,t,把,t,时间内的平均速度当作打该点时小车的瞬时速度。,2,.,加速度的计算,:,逐差法。,(1),由纸带判断物体是否做加速度恒定的直线运动。,实验打出的纸带如图所示,O,、,A,、,B,、,C,、,D,、,E,、,F,为每隔时间,t,选定的一系列计数点。我们可以认为,OA,、,AB,、,、,EF,段的平均速度就等于这些段位移所对应时间的中间时刻的瞬时速度,从而可得,一,二,三,四,若小车做加速度恒定的直线运动,则,a,1,=a,2,=,=a,5,即有,x,2,-x,1,=x,3,-x,2,=,=x,6,-x,5,=,x=at,2,因此,小车是否做加速度恒定的直线运动,只要看小车在各个连续相等时间内的位移差是否都相等即可。,一,二,三,四,一,二,三,四,温馨提示,逐差法将,x,1,、,x,2,、,、,x,6,各实验数据都利用了,没有丢失数据,使正负偶然误差尽可能抵消,算出,a,值误差较小。因此,实验中要采用逐差法求加速度。,一,二,四,三,四、实验步骤,1,.,按图所示,把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。将纸带穿过打点计时器,并把纸带的一端固定在小车的后面。,一,二,四,三,3,.,把小车停在靠近打点计时器处,接通电源后放开小车,让小车拖着纸带运动,打点计时器就会在纸带上打下一列点。取下纸带后,将所用钩码质量标注在纸带上,并给纸带编号。换上新纸带,改变钩码质量,重复实验,2,次。,4,.,从,3,条纸带中选择一条比较理想的纸带。为了便于测量,舍掉开头一些过于密集的小点,在后面便于测量的地方,找一个适当的小点当作起始点。,5,.,为了测量方便,我们选择相隔,0,.,1 s(,每打,5,次点的时间间隔,),的若干计数点进行测量。在选好的起始点下面标上,0,在第,6,点下面标上,1,在第,11,点下面标上,2,在第,16,点下面标上,3,以此类推,点,0,、,1,、,2,、,3,、,4,、,叫计数点,两个相邻计数点间的位移分别是,x,1,、,x,2,、,x,3,、,一,二,四,三,6,.,根据纸带的长度和计数点的多少选择若干个计数点,一般取,7,个计数点为宜,并测出,6,段位移,:,x,1,、,x,2,、,x,3,、,x,4,、,x,5,、,x,6,把测量结果填入自制表格中。,7,.,利用实验原理中提示的方法,计算出各计数点的瞬时速度,把计算结果记录在自制表格中。,温馨提示,小车所挂钩码的个数既不能太多也不能太少,以免加速度过大而使纸带上的点太少,或者加速度太小而使各段位移无多大差别,从而使误差增大。加速度的大小以能在,50,cm,长的纸带上清楚地取得六七个计数点为宜。,一,二,三,一、实验注意事项,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,.,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。,5,.,选择一条理想的纸带,“,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,.,每打一条纸带前,先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,),。读数时应估读到分度值的下一位。,一,二,三,二、误差分析,1,.,小车拉着纸带所做的加速运动的加速度不恒定,这样测量得到的加速度只能是所测量段的平均加速度。,2,.,纸带上计数点间距离测量带来偶然误差。,3,.,用作图法作出的,v,-,t,图线并非一条直线。,一,二,三,三、数据处理,1,.,纸带的选取和处理,:,(1),从多条纸带中选取一条点迹清晰且点迹排成直线的纸带进行处理。,(2),舍掉开头一段过于密集的点,找一个适当的点做计时起点,为了减小测量误差和便于计算,每隔,4,个,“,计时点,”,选取一个,“,计数点,”,进行测时,相邻计数点的时间间隔为,0,.,1 s,。,(3),测量距离是从选取的计时起点到各个计数点的距离。,一,二,三,2,.,数据处理,:,用描点法作速度,时间图象。,(1),把各点的瞬时速度填入下表,:,(2),作,v,-,t,图象,:,建立坐标系,纵坐标轴为速度,v,横坐标轴为时间,t,。,对坐标轴进行适当分度,使测量点差不多布满坐标系。,描出测量点,应尽可能清晰。,用一条光滑的曲线,(,直线,),连接坐标系中的点,明显偏离曲线,(,直线,),的点视为无效点,连线时应使连线两侧的点分布大致相同。,从最终结果看出小车的,v,-,t,图象是一条倾斜的直线。,一,二,三,温馨提示,我们在作图时,用一条曲线,(,包括直线,),去拟合数据点,即所画曲线尽可能贴近数据点,并使两侧点的分布大致相同,从而使每个有意义的数据点都发挥了作用,取数据点的平均位置相当于初中实验数据处理中的取平均值,是减小偶然误差的一种最简单的方法。,类型一,类型二,类型三,【例题,1,】,在,“,探究小车速度随时间变化的规律,”,的实验中,使用电磁打点计时器,(,所用交流电源的频率为,50 Hz),得到如图所示的纸带。图中的点为计数点,相邻两计数点间还有四个点未画出,下列表述正确的是,(,),A.,实验时应先放开纸带再接通电源,B.(,x,6,-x,1,),等于,(,x,2,-x,1,),的,6,倍,C.,从纸带可求出计数点,B,对应的速度,D.,相邻两个计数点间的时间间隔为,0,.,02 s,类型一,类型二,类型三,解析,:,实验时应先接通电源再放开纸带,选项,A,错误,;,x,6,-x,1,=,5,aT,2,x,2,-x,1,=aT,2,是,5,倍的关系,选项,B,错误,;,计数点,B,对应的速度等于,AC,过程的平均速度,即,C,正确,;,由题意知,相邻计数点间的时间间隔,T=,0,.,1,s,选项,D,错误。,答案,:,C,题后反思,正确理解实验原理,恰当取舍纸带上的计数点可以有效地减小实验误差。,类型一,类型二,类型三,【例题,2,】,某同学在研究小车的运动实验中,获得一条点迹清晰的纸带。已知打点计时器每隔,0,.,02 s,打一个点,该同学如图所示选取了,A,、,B,、,C,、,D,、,E,、,F,六个计数点,对计数点进行测量的结果记录在图中,单位是,cm,。,(,保留三位有效数字,),(1),纸带在,AE,段运动的平均速度为,。,(2),打,B,、,E,两点时速度分别为,v,B,=,;,v,E,=,。,(3),如果小车做运动速度随时间均匀增加的直线运动,则纸带的加速度,a=,。,类型一,类型二,类型三,点拨,求加速度时,可根据逐差法来求。,类型一,类型二,类型三,答案,:,(1)0,.,495 m/s,(2)0,.,415 m/s,0,.,655 m/s,(3)2 m/s,2,题后反思,处理纸带问题,要注意相邻计数点间的时间间隔是多少。求加速度时,一般是利用逐差法,这样可以有效地减小误差,计算时要注意单位的统一。,类型一,类型二,类型三,【例题,3,】,在做,“,探究小车速度随时间变化规律,”,的实验时,某同学得到一条用打点计时器打下的纸带,并在其上取了,A,、,B,、,C,、,D,、,E,、,F,6,个计数点,(,每相邻两个计数点间还有,4,个打点计时器打下的点,本图中没有画出,),打点计时器接的是,220 V,、,50 Hz,的交流电源。他把一把毫米刻度尺放在纸带上,其零刻度和计数点,A,对齐。,类型一,类型二,类型三,(1),按照有效数字的读数规则读出相邻计数点,AB,、,BC,、,CD,、,DE,、,EF,间的距离,x,1,、,x,2,、,x,3,、,x,4,、,x,5,它们依次为,cm,、,cm,、,cm,、,cm,、,cm,。,(2),由以上数据可计算出打点计时器在打,B,、,C,、,D,、,E,各点时,物体的瞬时速度,v,B,、,v,C,、,v,D,、,v,E,依次是,m/s,、,m/s,、,m/s,、,m/s,。,类型一,类型二,类型三,(3),根据,(2),中得到的数据,试在下边所给的坐标系中,用作,v,-,t,图象的方法,从图象中求出该物体的加速度,a=,。,(,要标明坐标及其单位,单位大小要取得合适,使作图和读数方便,并尽量充分利用坐标纸,),类型一,类型二,类型三,点拨,:,毫米刻度尺的精确度为,1,mm,要注意估读一位。物体做加速度不变的运动时,中间时刻的瞬时速度等于这一过程的平均速度。在,v,-,t,图象中,图线的斜率表示物体的加速度。,类型一,类型二,类型三,类型一,类型二,类型三,答案,:,(1)1,.,00,1,.,40,1,.,84,2,.,26,2,.,67,(2)0,.,120,0,.,162,0,.,205,0,.,247,(3),图象见解析,0,.,425 m/s,2,题后反思,作图象时,以速度,v,为纵轴,时间,t,为横轴建立坐标系,描点后根据点迹分布规律拟合图线。求图线的斜率时,要在图线上选取间隔距离适当较远的两个点。,