2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律-2023-2024学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

2.1　实验：探究小车速度随时间变化的规律 本节目标 1.掌握打点计时器的使用方法。 2.掌握利用打点计时器研究物体运动的方法。 3.能够计算各个计数点的速度。 4.会根据纸带上计录的数据，在坐标纸上画出v-t图象。 世界上第一条商业运行的磁悬浮列车——“上海磁浮”，已于2003年10月1日正式运营。据报道，上海磁浮线路总长33km，一次试车时全程行驶了7min30s，其中以430km/h的最高速度行驶约30s。磁悬浮列车的行驶速度比汽车快得多，是不是它的加速度也会很大？ 物理定律不能仅靠“思维”来获得，还应致力于观察和实验。 ——普朗克 物理学家天地 普朗克，德国物理学家，量子论的奠基人。1900年，他在黑体辐射研究中引入量子，因此于1918年获得诺贝尔物理学奖。 实验基础梳理 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。 实验原理 1．利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点为__________取一小段位移，用这段位移的平均速度表示这点的__________。 2．用v－t图像表示小车的运动情况：以速度v为____轴、时间t为____轴建立直角坐标系，用描点法画出小车的v－t图像，图线的______表示加速度的大小，如果v－t图像是一条倾斜的直线，说明小车的速度是______变化的。 中间时刻 瞬时速度 纵 横 斜率 均匀 实验方案 打点计时器测量速度和时间 本槽码牵引小车在长木板上运动 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、槽码、刻度尺、坐标纸。 实验步骤 1．如图所示，把一端带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，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的槽码，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，先启动计时器，后释放小车，让小车拖着纸带运动，于是打点计时器就在纸带上打下一行小点。随后，立即关闭电源。 4．增减所挂的槽码(或在小车上放置重物)，更换纸带，再做两次实验。 数据处理 1.取计数点：舍掉开头一些过于密集的点，找一个适当的点作为计时起点（0点）；然后选取相隔T=0.1s（或更短）的若干计数点，并标明1、2、3、4…… 2.测量各计数点到0点的距离：……，填入表中。 3.求各计数点的瞬时速度：利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度，即…… 将各计数点的瞬时速度填入表中。 计数点序号 0 1 2 3 4 …… 计数点对应时刻t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 到计时起点的距离x/cm 0 各计数点的瞬时速度v/()           根据表格中的数据，分析速度随时间变化的规律——图象法 探究小车速度随时间变化规律 知识清单 误差分析 产生原因 减小方法 偶然误差 根据纸带测量的位移有误差 测量各计数点到起始点的距离而不是直接测量相邻计数点间的距离 系统误差 作v-t图像 不准确有误差 实验中作图时应选取合适的坐标单位 木板粗糙程度不完全相同 尽量选粗糙程度均匀的木板 知识点 实验原理与操作 例 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中， (1)下列给出的器材中，有一部分已经选好了，请选出还需要的器材. A.电磁打点计时器　B.天平　C.低压交流电源　D.低压直流电源　E.细绳和纸带　 F.钩码和小车　G.秒表 H.一端有滑轮的长木板　Ι.刻度尺 选出的器材有AEFH，还需要____. CI 解析：在本实验中，不需要测量小车和钩码的质量，因此不需要天平，打点计时器使用的是低压交流电源，因此不需要低压直流电源，同时打点计时器记录了小车运动时间，因此不需要秒表.测量点迹间的距离需要刻度尺，所以还需要的器材是：C、I. (2)某同学按照以下步骤进行操作： A.换上纸带重复做三次，选择一条较为理想的纸带； B.将打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，接上所需电源； C.把小车停在靠近打点计时器的地方，先放开小车，再启动计时器； D.断开电源，取下纸带； E.把一条细绳拴在小车前端，绳跨过滑轮挂上钩码，把纸带固定在小车后端并让纸带穿过打点计时器. 以上步骤有错误的是____(填步骤前的字母)，应更正为_________________________；步骤合理的顺序是________(填步骤前的字母). C 先启动计时器，再放开小车 BECDA 解析：以上步骤有错误的是C，应先启动计