2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 课件 -2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

实验：探究小车速度随时间变化的规律 1.进一步练习使用打点计时器。 2.会测量小车的瞬时速度。 3.会用v－t图像处理实验数据，并会计算小车的加速度(重点)。 学习目标 一、实验思路 1.实验方案：槽码牵引小车在长木板上运动。 2.物理量的直接测量： (1)位移：用刻度尺测量； (2)时间：由纸带获取。 二、实验装置 打点计时器(带导线)、_________、纸带、一端带有定滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、________、复写纸、坐标纸。 三、进行实验 1.在长木板上固定打点计时器，并使滑轮伸出桌面，连接电路。让小车停在______打点计时器的位置，安装好纸带，连接细绳和槽码。 2.先_______________，后_________，打点完成后_________，观察纸带的点迹是否清晰。 3.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。 交流电源 刻度尺 靠近 启动打点计时器 释放小车 关闭电源 四、数据分析 1.求解并记录各计数点的瞬时速度 (1)取该计数点相邻两计数点，算出此段的平均速度，用此段的平均速度表示该点的瞬时速度(注意估读、单位以及有效数字)。 v1＝，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。 0.1 (2)把各计数点的瞬时速度填入表中标有“vⅠ ” 的一行。同理，计算增减槽码后两次实验的速度分别填入表中标有“vⅡ” 和“vⅢ” 的两行内。 位置编号 0 1 2 3 4 5 6 … 时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6   vⅠ/(m·s－1)                 vⅡ/(m·s－1)                 vⅢ/(m·s－1)                 测量示例 位置 0 1 2 3 4 5 6 时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 v/(m·s－1)   0.45 0.60 0.74 0.89 1.03 1.19 2.作出v－t图像 (1)在坐标纸上建立坐标系，描出数据点，如图所示； (2)用一条平滑曲线(包括直线)“拟合”这些点，让这条线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在线两侧，偏差比较大的点忽略不计。 v－t图像的数据点几乎分布在一条直线上。 五、实验结论 小车运动的v－t图像是一条倾斜的直线，说明速度随时间均匀增加，它们成“线性关系”，即小车运动的加速度_____。 六、注意事项 1.开始放开小车时，应使小车靠近打点计时器。 2.先启动打点计时器，等打点稳定后，再放开小车。 3.打点完毕，立即__________。 不变 关闭电源 4.选取一条点迹清晰的纸带，舍掉开头点迹密集部分，选取适当的计数点(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。 5.不要分段测量各段距离，应尽可能地一次测量完毕(可统一量出各计数点到计时起点的距离)。 6.在坐标纸上画v－t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像大致布满坐标纸。 　 (2024·枣庄市高一期末)(1)在“用打点计时器测速度”的实验中，打点计时器是一种计时仪器，其电源频率为50 Hz，常用的电磁打点计时器和电火花计时器使用的是　　　 (选填“直流电”或“交流电”)，它们是每隔　　 s打一个点。  例1 交流电 0.02 常用的电磁打点计时器和电火花计时器使用的是交流电。 电源频率为50 Hz，则每隔T＝ s＝0.02 s 打一个点。 (2)在“用打点计时器测速度”的实验中：除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外，在下面仪器和器材中，必须使用的有　　 (填选项代号)。  A.电压合适的50 Hz交流电源 B.电压可调的直流电源 C.刻度尺 D.秒表 E.天平 AC 需要使用电压合适的50 Hz交流电源，A正确，B错误； 刻度尺用来测纸带上计数点间的距离，C正确； 打点计时器就是计时仪器，不需要秒表，D错误； 实验是“用打点计时器测速度”，因此不需要天平测小车的质量，E错误。 (3)实验过程中，下列做法正确的是　　　。  A.先释放小车，再接通电源 B.先接通电源，再释放小车 C.将接好纸带的小车停在靠近滑轮处 D.将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处 BD 先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车，纸带会得到充分利用，纸带上会得到更多的数据，会减小实验误差，A错误，B正确； 将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处，小车会在长木板上运动更长的距离，纸带上会打出更多的计数点，从而得到更多的数据，C错误，D正确。 　某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点。其相邻两点间的距离如图所示，在每两个相邻的计数点之间还有4个点未画出，打点计时器的工作频率为50 Hz。 例2 (1)试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下B、F两个点时小车的瞬时速度，并将这两个速度值填入下表。(结果均保留3位有效数字) 速度 vB vC vD vE vF 数值(m·s－1)   0.479 0.560 0.640   0.400 0.721 由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔T＝0.1 s， vB＝ m/s＝0.400 m/s vF＝ m/s＝0.721 m/s (2)将B、C、E、F各个时刻的瞬时速度标在直角坐标系中(D时刻的已标出)，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。 答案　见解析图 小车的瞬时速度随时间变化的关系图线如图所示。 (3)由所画速度—时间图像求出小车加速度为_______ m/s2。(结果保留2位有效数字)  0.80 小车加速度a＝ m/s2 ＝0.80 m/s2。 (4)写出图线与纵轴的交点的物理意义：____________________________ ________。  打计数点A时刻小车对应的瞬 时速度 图线与纵轴的交点表示打计数点A时刻小车对应的瞬时速度。 　(来自教材)为研究小车沿斜面向下运动的规律，把打点计时器纸带的一端固定在小车上，小车拖动纸带运动时，纸带上打出的点如图所示。 例3 (1)某同学用以下方法绘制小车的v－t图像。先把纸带每隔0.1 s剪断，得到若干短纸条。再把这些纸条由短到长并排贴在一张纸上，使这些纸条下端对齐，作为横轴，标出时间(表示时间轴)。最后将纸条上端中心连起来，于是得到v－t图像。请你按以上办法(用一张薄纸压在图上，复制得到纸带)绘制这个图像。 答案　见解析 如图所示 (2)这样做有道理吗？说说你的看法。 答案　见解析 有道理。因为剪下的纸条长度表示0.1 s时间内位移大小Δx，这些纸带 构成上述所示的直方图。小车运动速度大小近似认为v ＝，由于 v∝Δx，所以纸带长度反映了小车运动速度的大小。 用纸带的段数表示时间(横轴)，用纸带的长度表示速度(纵轴)，体现了等效的思想，这是一种利用图像处理数据的方法。 总结提升 巩固练习 01 1.(多选)(安徽省六安一中高一期中)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，下列说法正确的是 A.通过调节，使小车、纸带、细绳和定滑轮上边缘在一条直线上(使细绳 和木板平面平行) B.小车应放在靠近打点计时器的一端 C.实验时应先启动电源，待打点稳定后再释放小车，打完点要先断开电 源后取纸带 D.槽码的质量越大越好 √ √ √ 实验中调节定滑轮的高度使小车、纸带、细绳和定滑轮上边缘在一条直线上(使细绳和木板平面平行)，才会使小车速度随时间均匀变化，还可以减小摩擦，所以A正确； 打点计时器与定滑轮间的距离要尽可能大，小车尽可能靠近打点计时器，都是为了使小车运动的距离较大，尽可能打出较多的点，所以B正确； 要先启动电源后释放小车，打完点要先断开电源后取纸带，所以C正确； 槽码的质量要适中，不要太大也不要太小，所以D错误。 2.(多选)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，为了减小测量小车运动加速度的相对误差，下列措施中哪些是有益的 A.使小车运动的加速度尽量小一些 B.适当增加挂在细绳下的槽码的个数 C.在同样条件下，打出多条纸带，选其中一条最理想的进行测量和计算 D.舍去纸带上较密集的点，然后选取计数点，进行计算 √ √ √ 实验中如果加速度太小，会导致各段位移差太小，计算中会使误差增大，所以要适当增加槽码个数来增大小车的加速度；为了便于测量和减小误差，应该打出多条纸带，选择点迹清晰的理想纸带，舍去纸带上比较密集的点，故选B、C、D。 3.(惠州市高一期末)如图为某同学利用电火花计时器得到表示小车运动过程的一条纸带，通过数据处理和分析判断小车的运动性质，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的频率f＝50 Hz，其中：x1＝7.71 cm，x2＝8.12 cm，x3＝8.53 cm， x4＝8.94 cm，x5＝9.35 cm，x6＝9.76 cm。 (1)电火花计时器所用电源为　　　　。  A.直流220 V B.直流8 V C.交流220 V D.交流8 V C 电火花计时器所用电源为交流220 V，故选C。 (2)通过分析纸带，在表中列出了打点计时器打下B、C、E、F时小车的瞬时速度大小，则打点计时器打下D点时小车的瞬时速度大小为　　　　　m/s (结果保留三位有效数字)。  位置 B C D E F 速度(m·s－1) 0.792 0.833   0.915 0.956 0.874 每相邻计数点的时间间隔T＝0.02×5 s＝0.1 s， 打点计时器打下D点时小车的瞬时速度大小为 vD＝ cm/s≈0.874 m/s (3)根据表中的实验数据，以A点为计时起点，在图中画出小车的速度—时间图像。 答案　见解析图 画出小车的速度—时间图像： (4)根据v－t图像求出小车的加速度a＝ 　　　　 m/s2(结果保留两位有效数字)。  0.41 由图像的斜率k＝表示加速度， 可得a≈0.41 m/s2 $