2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律（课件+作业）-新教材高中物理必修第一册【优化指导】人教版

第1节　实验：探究小车速度随时间变化的规律 [对应学生用书P22] 一、实验目的 1．巩固打点计时器的使用、纸带数据处理和测量瞬时速度的方法． 2．通过实验探究，体验如何从实验中获取数据，学会利用图像处理实验数据的科学方法． 3．知道小车在重物牵引下运动速度随时间变化的规律． 二、实验思路 利用打点计时器打出的纸带上记录的数据，计算出各时刻的速度，再作出速度—时间的关系图像． 1．各计数点的瞬时速度可用以该点为中间时刻的一段时间内的平均速度来代替：vn＝. 2．用描点法可作出小车的v－t图像，若v－t图像为一倾斜直线，则物体做匀变速直线运动． 3．图线的斜率表示加速度． 三、实验器材 打点计时器、学生电源、复写纸、纸带、导线、一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、坐标纸． 四、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． 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． 4．换上新纸带，重复实验两次． 5．增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验． 五、数据处理 1．纸带的选取与测量 (1)在三条纸带中选择一条点迹最清晰的纸带． (2)为了便于测量，一般舍掉开头一些过于密集的点迹，找一个适当的点作计时起点(0点)． (3)每5个点(相隔0.1 s)取1个计数点进行测量(如图所示，相邻两点中间还有4个点未画出)． (4)采集数据的方法：不要直接去测量两个计数点间的距离，而是要量出各个计数点到计时零点的距离：d1、d2、d3、…然后再算出相邻的两个计数点的距离：x1＝d1；x2＝d2－d1；x3＝d3－d2；x4＝d4－d3；… 2．瞬时速度的计算 (1)瞬时速度的求解方法：时间间隔很短时，可用某段时间的平均速度表示这段时间内某一时刻的瞬时速度，即vn＝. .例如，图中计数点4的瞬时速度v4＝ (2)设计表格并记录相关数据 位置编号 0 1 2 3 4 5 时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 x/m (dn－dn－1) v/(m·s－1) 3．画出小车的v－t图像 (1)定标度：坐标轴的标度选取要合理，应使图像大致分布在坐标平面中央． (2)描点：描点时要用平行于两坐标轴的虚线标明该点的位置坐标．(所描的点一般用“·”标明) (3)连线：用一条曲线或直线“拟合”这些点． 仔细观察所描各点的分布情况．用一条直线“拟合”这些点，即让所画的直线连接尽可能多的点，不能连接的点应均匀分布在直线两侧，舍弃离直线较远的点． 4．分析实验结果，得出实验结论 如果画出的v－t图像是一条倾斜的直线，说明小车做速度均匀变化的直线运动．图像和纵坐标轴的交点表示开始计时时小车的速度——初速度． 六、注意事项 1．安装打点计时器时，应尽量使纸带、小车、细线和定滑轮的上边缘在一条直线上． 2．牵引小车的钩码质量要适宜．如果质量过大，纸带上打出的计时点太少；如果质量过小，打出的点过于密集，不便于测量距离． 3．实验前应让小车停在靠近打点计时器的位置，这样可以最大限度地利用纸带的有限长度． 4．实验时应先启动打点计时器，待其工作稳定后再释放小车，要避免小车和滑轮相碰，当小车到达滑轮前要及时用手按住小车，打完一条纸带要立即关闭电源，以避免打点计时器线圈过热而损坏． 5．选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少秒． 6．在坐标纸上画v－t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像尽量分布在较大的坐标平面内． 七、误差分析 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确带来误差． [对应学生用书P23] 要点一　实验数据处理方法 　如图1所示为用打点计时器研究小车运动情况的装置：实验时由静止释放钩码，小车开始做匀加速直线运动，在小车进入布面前钩码已经落地了，小车在平玻璃板上做匀速直线运动，后来在布面上做匀减速直线运动，所打出的纸带的一部分如图2所示，纸带上相邻两点对应的时间间隔T＝0.02 s，试分析：(以下结果均保留三位有效数字) 图1 图2 图3[来源:Z#xx#k.Com] (1)由图2可知，小车在玻璃板上做匀速运动的速度大小为v＝________m