第2章 第1节 实验：探究小车速度随时间变化的规律-【一本】高中物理知识大盘点

第二章 匀变速直线运动的研究 1.通过实验，探究匀变速直线运动的特点，能用公式、图像等方法描述匀变速直线运动，理解 课 匀变速直线运动的规律，能运用其解决实际问题，体会科学思维中的抽象方法和物理问题研 标 究中的极限方法。 要 2.通过实验，认识自由落体运动规律。结合物理学史的相关内容，认识物理实验与科学推理 点 在物理学研究中的作用。 3.了解近代实验科学产生的背景，认识实验对物理学发展的推动作用。 盘 思维导图 打点 实验：探究小 计时器纸带 计算瞬时速度， 滑轮 △U 车速度随时间 变化的规律 作出v-t图像 △1+舍去 实验装置图 槽码0 w-1图像 匀变速直线运动的 速度与时间的关系 速度公式一u=vo+al 位移与时间的公式 一x=w1+2a 汽车启动 速度与位移的关系式一2-，2=2ax 匀 匀变速直线运动的 刹车问题 位移与时间的关系 平均速度一可=”= 推论 2 L位移差一△x=aT2 初速度为0的匀加速直线运动的规律 BO OB a=8← =0 物体只在重力作用下从静止开始 OA 定义一 自由落 下落的运动 体运动 速度公式一v=g1 自由落体运动 位移公式一h=28 竖直上抛运动 竖直上 物体以某一初速度竖直向上抛出，只在重力作用 抛运动 下所做的运动 。012● 目 盘 必备知识 ●●●● 必 第1节 实验： 探究小车速度随时间变化的规律年4男 ◆注意事项 知识点31 实验：探究小车速度随时间变化的规律 重点 ①实验开始前，注意调 册 节滑轮的高度，使细绳 1.实验过程 与长木板平行，以减小 第 拉力的变化。 章 利用打点计时器记录小车运动情况 计算出瞬时速 实验原理 作出-图像，进而分析小车的速度随时间变化 ②释放小车前，应使小 的规律 车处于靠近打点计时器 电火花计时器（或电磁打点计时器） 端有滑轮的 实验器材 长木板、小车、纸带、细绳、槽码 刻度尺、导 的位置，这样可以最大 线、电源、复写纸等 限度地利用纸带的有限 (①安装：固定好实验器材，并连接好电路： (2)靠近：小车停在靠近打点计时器的位置： 长度。 匀变速直线运动的研究 实验步骤 (3)顺序：先接通电源，后释放小车，让小车拖着纸 ③要避免小车和滑轮相 带运动， 打点计时器在纸带上打下一串小点： 碰，在小车与滑轮相碰前 (4)关闭：关闭电源，取下纸带： (⑤)更换：增减所挂的槽码（或在小车上放置重物）， 要及时用手按住小车。 更换新纸带，重复操作两次 ◆特别提醒 (①)在几条纸带中选择一条点迹最 清晰的。为了便宇测量，舍掉开 小车运动的v-t图像是 一些过于密集的点， 找 个记 一条倾斜直线，说明小 打点 当的点作计时起点，相邻计数点 计时器纸带 车做速度均匀增加的变 小车 滑轮 间的时间间隔T=0.1s(电源频率为 纸带 50Hz): 速直线运动。函数关系 的选 取与 2)采集数据：测出各个计数点到 测量 配霜满米评数点向斋 式可表示为v=t十h 的形式。 槽码 距离△x=x,△2=6-x,△y=一为，… 实验装置图 ◆知识拓展 △x1△x2△x3△x4 △xs 利用vt图像中图线斜 0"i…2…3…4·…5 率求加速度时，k≠tanO。 数据 -Xs 如图所示，甲、乙两图坐 处理 时间间隔很短时，我们可以用某 标轴的标度不同，依据 段时间内的平均速度表示这段时 相同数据作出的图线倾 计算 间内某时刻的瞬时速度，即v,= 瞬时 △x,+△x胆，如图所示。由此可以 角0就不同，通过tan0 2T 速度 求出的斜率是不同的。 求出各计数点的瞬时速度 四” 所以不能采用求正切值 △xn△xnt 的方法求加速度，应用 作-t 根据测得的、t数据在坐标系中描 a=合来求解。 图像 点、连线，作出小车运动的图像 u/(ms-1) 实验结论 小车运动的-图像是一条倾斜的直线，说明小车 2 做速度均匀增加的变速直线运动 0 2.实验误差分析 0 2 4 本实验参与计算的量有x和T,因此误差主要来源于x和T。 t/(m.s-) (1)相邻两计数点之间的距离x的测量不够精确，造成误差。 2 (2)打点计时器的打点周期T不稳定，造成误差。 X2 024t/s (3)纸带与打点计时器限位孔之间的摩擦造成误差。 ●013。 (4)作v-t图像时，坐标轴的单位长度选择不合适或人为作图 不准确造成误差。 必修第 ◆特别提醒 知识点2科学测量中的误差 误差不是错误，不可避 1.系统误差：由于实验方法不完善或仪器结构缺陷等造成的误 册 免，只能减小。 差。系统误差的特点是多次重复测量的结果总是偏大或 第二章 偏小。 2.偶然误差：测量过程中由于各种偶然因素而产生的误差。偶 然误差的特点是测量值时而偏大时而偏小；可以用多次测量 匀变速直线运动的研究 取平均值的办法来减小偶然误差。 3.绝对误差：测量值(x)与真实值(a)之差，称为绝对误差△x,即 △x=x-a。 4.相对误差：绝对误差与测量值的比值，称为相对误差。相对误 差通常用百分数表示。 ◆知识拓展 知识点33利用纸带求物体加速度的方法 ①贴纸带法 一“拼出” o-t图像 X X2 X3 0123 4 12 34 5 注意：此处x表示相邻两计数，点间的距离。 1.逐差法 (1)由△x=aT判断小车运动性质：若△x=x2一x=x3一x2= x4一x3=x6一x4=x6一x5=aT,则可判断小车做匀变速直线 运动。 (2)逐差法计算加速度T为相邻两计数点间的时间间隔。 T 3T 5T7T9T t 22 222 乙 根据x4一=x一x2=x6一x=3aT,求出a1=乙工 37T2 物体牵引纸带打出一系 列的点，每隔相等的时 a2=25-x2 3T2 a=,然后取平均值，即小车的加速度a= 3T2 间将纸带剪开。把剪开 的纸带以正确的顺序像 a1十a2十a3_(x4十x5十x6)一(x1十x2十x3) 9T2 图乙那样贴在一起，将 纸条上端中点连起来， 2.公式法：根据a=A☑求加速度 △t 得到一个速度一时间图 像。图乙中斜线就是速 根据瞬时速度公式以=+，十乙，求出各计数点所对应的速度 2T 度一时间图线，求此图 线的斜率，即可得到物 分别是、2、、4、5、6。分别以1、4,2、5,3、6点的速度计算 体运动的加速度。 ②频闪照相法 加速度，即a=,u=37,ag=7,加速度的平 3T 频闪照相法是利用照相 技术，每隔一定时间曝 均值a=十十a=u-)十(5-)十(-) 3 9T 光一次，从而形成间隔相 。014● 3.图像法：根据以上求出的多组瞬时速度，作出v-t图像，v-t图 同时间获得一次影像的 像的斜率表示物体运动的加速度，再用α一会恕来求加速度即 方法。当物体运动时， 利用频闪灯照明，照相 可，如图所示。 机可以拍摄出该物体每 修第 隔相等的时间所到达的 位置。 册 △U 第 △1+舍去 章 典例用雷达探测一高速飞行器的位置。从某时刻(t=0)开 始的一段时间内，该飞行器可视为沿直线运动，每隔1s测量 匀变速直线运动的研 一次其位置，坐标为x,结果见表格。 t/s 0 1 2 3 4 5 6 x/m 0 507 1094 1759 2505 33294233 回答下列问题： (1)根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加 速运动，判断的理由是 (2)当x=507m时，该飞行器速度的大小v= m/s; (3)这段时间内该飞行器加速度的大小a= m/s2(保 留两位有效数字)。 解析：(1)由题表可知，该飞行器第1s内的位移为507m,第 2s内的位移为587m,第3s内的位移为665m,第4s内的 位移为746m,第5s内的位移为824m,第6s内的位移为 904m,则相邻1s内的位移之差接近△x=80m,近似为定值， 可判断飞行器在这段时间内近似做匀加速运动。(2)当x= 507m时，飞行器的速度等于其在0~2s内运动的平均速度， 则0=1094m/s=547m/s,(3)由逐差法可得加速度的大小 2 a=x+%十)】(++）≈79m/s. 9T2 答案：(1)相邻1s内的位移之差近似为定值(2)547 (3)79 。015●