新教材人教版高中必修第一册物物理理第1节实验：探究小车速度随时间变化的规律第二章匀变速直线运动的研究目录新课引入运动的描述 研究运动的两个基本概念描述运动的三个物理量质点(研究对象的理想模型）位移(位置的变化）速度(位置的变化快慢）加速度(速度的变化快慢）参考系(研究运动的参照物体）思考思考：研究一个物体的运动要用到学过的哪些概念及物理量？目录思考思考：要研究小车在重物牵引下速度随时间变化的规律，你认为如何设计此实验?需要测量哪些物理量?选用什么器材?请你把自己研究的方案写出来，并和同学交流。目录一、实验基础梳理一、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vt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vt图像，图线的_表示加速度的大小，如果vt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目录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目录三、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、槽码、刻度尺、坐标纸。目录四、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。目录实验步骤演示目录五、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，一般舍掉纸带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0.1s)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x1d1；x2d2d1；x3d3d2；x4d4d3；目录2瞬时速度的计算(2)设计表格并记录相关数据。v3/(ms1)v2/(ms1)v1/(ms1)0.50.40.30.20.10时间t/s543210位置编号目录3.画出小车的vt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：用一条平滑的曲线或直线“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实验结论如果画出的vt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。目录六、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vt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。目录二、二、典例探究分析典例探究分析【例1】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低压交变电源D低压直流电源E细绳和纸带F槽码和小车G秒表H一端有滑轮的长木板I刻度尺选出的器材有AEFH，还需要_。解析(1)在本实验中，不需要测量小车和槽码的质量，因此不需要天平，电磁打点计时器使用的是低压交变电源，因此不需要直流电源，同时电磁打点计时器记录了小车的运动时间，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。C、I探究1实验原理与操作目录(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将电磁打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，接上电源；C把小车停在靠近电磁打点计时器的地方，先放开小车，再启动电磁打点计时器；D断开电源，取下纸带；E把一条细绳拴在小车前端，绳跨过滑轮挂上槽码，把纸带固定在小车后端并让纸带穿过电磁打点计时器。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)。解析(2)以上步骤有错误的是C，应先启动电磁打点计时器，再放开小车。根据组装器材、进行实验、数据处理的顺序，操作步骤顺序为：BECDA。答案(1)C、I(2)C先启动电磁打点计时器，再放开小车BECDAC先启动电磁打点计时先启动电磁打点计时器，再放开小车器，再放开小车BECDA目录【训练1】关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作，下列说法不正确的是()A长木板不能侧向倾斜，但可适当一端高一端低B牵引小车的槽码个数越多越好C应先接通电源，待计时器打点稳定后再释放小车D要在小车到达定滑轮前使小车停止运动B目录探究2数据处理与误差分析【例2】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器使用的交变电源的频率为50Hz，记录小车运动的一段纸带如图所示，在纸带上选取A、B、C、D、E、F六个计数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出。(1)由纸带提供的数据求出打下C、E两点时小车的速度，填入下表：0.450.25打下计数点时小车的速度v/(ms1)0.30.20.10计数点对应的时刻t/sEDCB计数点序号0.350.55目录(2)根据上表中的数据，在图中作出小车运动的vt图线，分析可知小车速度随时间变化的规律为_。解析(2)画出的vt图像应为一条倾斜直线，如图所示。说明小车速度随时间均匀增加。(3)根据作出的vt图线可得小车运动的加速度为:_m/s2。答案(1)0.350.55(2)见解析图见解析(3)1.0目录数据处理的规范要求数据处理的规范要求(1)处理纸带时，一定要分清计时点和计数点，搞清计数点之处理纸带时，一定要分清计时点和计数点，搞清计数点之间的时间间隔间的时间间隔T。(2)明确坐标轴的意义并选取合适标度，既要把数据标注在坐明确坐标轴的意义并选取合适标度，既要把数据标注在坐标系中，又要匀称直观，合理分布，大小适中。标系中，又要匀称直观，合理分布，大小适中。(3)如果坐标系中的数据点大致落在一条直线上，作图线时应如果坐标系中的数据点大致落在一条直线上，作图线时应使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应均匀分布在使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应均匀分布在直线两侧；如果图线是曲线，要用平滑的曲线连接各点。直线两侧；如果图线是曲线，要用平滑的曲线连接各点。目录【训练2】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器的工作频率为50Hz，如图甲所示是一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E、F、G为计数点，相邻计数点间还有四个点未画出。(1)根据运动学有关公式可求得vB16.50cm/s，vC_cm/s，vD26.30cm/s；目录(2)利用求得的数值在图乙所示的坐标系中作出小车的vt图线(以打A点时开始计时)，并根据图线求出小车运动的加速度a_m/s2；解析(2)根据描点法作图，图像如图所示，由图可知加速度a0.50m/s2。(3)将图线延长使其与纵轴相交，交点的纵坐标是_cm/s，此速度的物理意义是_。解析(3)将图线延长使其与纵轴相交，交点的纵坐标约是11.60cm/s；此速度的物理意义是打点计时器打下计时点A时对应的小车的速度。答案(1)21.40(2)见解析图0.50(0.480.52均对)(3)11.60(11.3011.70均对)打点计时器打下计时点A时对应的小车的速度目录【例例3】如图是小球沿斜面滚下的频闪照片，照片中相邻小球像间的时间间隔是0.1 s，这样便记录了小球运动的时间。小球运动的位移可以通过刻度尺读出。(1)试作出小球滚下过程的vt图像；(2)求出小球滚下过程的加速度大小。先求各时刻瞬时速度，再在坐先求各时刻瞬时速度，再在坐标系中描点画线标系中描点画线利用速度利用速度时间图像求加速度时间图像求加速度探究3实验创新目录目录目录【训练3】做加速直线运动的小车，牵引一条纸带通过打点计时器，交流电源的频率是50Hz，由纸带上打出的某一点开始，每5个点剪下一段纸带，如图所示，每一小段纸带的一端与x轴相重合，左边与y轴平行，将纸带贴在坐标系中。(1)仔细研究图像，找出小车在相邻时间内位移存在的关系；(2)设T0.1s，请画出该小车的vt图像；(3)根据图像求其加速度。目录目录1231(2022湖北部分重点高中高一上期中)小明同学按如图所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验。(1)释放小车时，实验装置如图甲所示，指出该装置中操作错误的是_。A电磁打点计时器接在直流电源上了B小车质量没有远大于槽码质量C小车离打点计时器过远解析(1)电磁打点计时器应接在交变电源上；不需小车质量远大于槽码质量；小车离打点计时器过远，故选A、C。AC实验能力自测实验能力自测目录123(2)如图乙为改正装置后打下的一条纸带的中间部分，A、B、C、D为其中连续打出的四个点(已知打点计时器打点时间间隔T0.02s)。由于操作不慎，C点模糊了，小明仍用此纸带来研究。从图上可以读得A点在刻度尺上位置的读数为_cm，在打下C点时小车的速度最接近于_m/s(结果保留3位有效数字)。3.001.40目录1232如图所示是用打点计时器测瞬时速度实验时得到的一条纸带的一部分，从0点开始依照打点的先后依次标为0、1、2、3、4、5、6、，相邻两计数点的时间间隔用T来表示，现在量得0、1间的距离x15.18cm，1、2间的距离x24.40cm，2、3间的距离x33.62cm，3、4间的距离x42.78cm，4、5间的距离x52.00cm，5、6间的距离x61.22cm(电源频率为50Hz)。(1)根据上面记录，计算打点计时器在打3点时的速度并填在下表中(保留到小数点后2位)。0.400.601.001.20v/(ms1)54321位置0.80 目录123(2)根据(1)中表格，在图中画出小车的速度时间图像。解析(2)运用描点法作图过程注意：描的点要适当小一些，在连线过程要注意当有个别点不能落到同一条直线上时，可以尽量让他们分布在直线两侧。(3)在“使用打点计时器测速度”的实验中，除电源、纸带外，还需选用的仪器是_。A停表 B刻度尺 C天平 D打点计时器解析(3)由打点计时器在纸带上打下的点的间隔数可知任意两点间的时间间隔，故不需要停表，测速度不需要测出质量，故不需要天平。实验中需要用刻度尺测量纸带上各点间的距离，故需要用到刻度尺，故B、D正确，A、C错误。BD目录123(4)计算小车的加速度a_(保留2位有效数字)。目录1233某同学在玩具赛车的赛车场看赛车比赛时，用相机连拍功能对经过的某玩具赛车进行了连拍，然后他把连拍后的照片对应赛道位置排列好，排列好的位置关系如图所示。已知该照相机的连拍频率是每秒10片，照片与实物的比例为110。为了判断该赛车的运动情况，该同学对整理好的照片进行了研究。请根据图中数据回答下列问题：(1)该照相机连拍时，其拍摄周期为T_s。(2)图中从左向右玩具赛车在第二个位置的速度v2_m/s，赛车在第五个位置的速度v5_m/s。