第2章 1. 实验：探究小车速度随时间变化的规律(讲义)-【红对勾讲与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第一册(人教版)

1 实验:探究小车速度随时间变化的规律 [核心素养]1.巩固打点计时器的使用；会利用平均速度求解瞬时速度；能根据实验数据求解加速度。 (物理观念) 2.初步学习根据实验要求设计实验思路、方案，通过观察图像得出规律，会进行实验误差分析。 (科学 探究)3.初步学会根据实验数据发现规律的研究方法。 (科学思维)4.通过经历实验探究过程，体验运动 规律探究的方法，感受实验对物理发展的推动作用，体会实验在发现自然规律中的作用。 (科学态度与 责任) 一、实验原理与方法 1.利用打点计时器所打的纸带记录小车的运动 信息,用一小段时间间隔的 代替某 点的瞬时速度。 2.用描点法作出小车的v t图像,根据图像的 形状判断小车的运动性质。 3.利用v t图像求出小车的加速度。 二、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、槽码、 、导线、 电源。 三、实验步骤 1.如图所示,把一端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 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 边挂上槽码,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 打点计时器处,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列小点。 4.换上新的纸带,重复实验两次。 5.增减所挂槽码,按以上步骤再做两次实验。 四、数据记录及分析 1.采集数据 舍掉纸带开头一些过于密集的点,找一个适 当的点作为计时起点。可选择相隔0.1 s(或 更短)的若干计数点进行测量。 如图所示,先测量出各个计数点到计时起点 的距离:x1、x2、x3、x4、x5、…,再计算出相邻 的两个计数点间的距离:Δx1=x1,Δx2= x2-x1,Δx3=x3-x2,Δx4=x4-x3,Δx5= x5-x4,…,填入自己设计的表中。 2.求各计数点的瞬时速度 (1)各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代 替,即v1= Δx1+Δx2 2T ,v2= ,… T 为相邻两个计数点间的时间间隔,若交流 电源频率为50 Hz,每5个点取一个计数点 (中间隔4个点),则T= s。 思考：求解各计数点瞬时速度的依据是什么? 提示: 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 029 (2)设计表格并记录相关数据 位置编号 0 1 2 3 4 5 6 … 时间t/s 0 0.10.20.30.40.50.6 v1/(m·s-1) v2/(m·s-1) v3/(m·s-1) … 3.数据分析 (1)在坐标纸上建立直角坐标系,横轴表示 ,纵轴表示 ,并根据表格中 的数据在坐标系中描点。 (2)画一条直线,让这条直线通 过尽可能多的点,不在直线上 的点均匀分布在直线的两侧, 偏差比较大的点忽略不计,如 图所示。 (3)观察所得到的直线,分析物体的速度随时 间的变化规律。 思考：若某物体的v t图像是一条倾斜的直线, 说明该物体的运动有何特征? 提示: (4)根据所画v t 图像求出小车运动的加 速度。 五、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.先 ,计时器工作后,再放开小车,当小 车停止运动时及时断开电源。 3.要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞,当小车 到达滑轮前及时用手按住它。 4.牵引小车的槽码个数要 ,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60 cm长的纸带上 清楚地取得六七个计数点为宜。 5.要区别计时器打出的点和人为选取的计数 点。一般在纸带上每5个点取一个计数点,相 邻计数点间的时间间隔为 s。 六、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。 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 实验原理和操作 􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠 􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠 【典例1】 某同学用打点计时器研究小车 的直线运动,并测量小车的速度。 (1)打点计时器是利用 (选填“直 流”或“交流”)电源进行打点计时的