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1、第1节 实验：探究小车速度随时间变化的规律第2章物体的运动通常是比较复杂的，物体的运动规律各不相同。怎样探索速度随时间变化的规律呢？高山滑雪、鸽子飞翔、猎豹捕食等这些运动中都有速度的变化。物理定律不能单靠物理定律不能单靠“思维思维”来获得，还应致力于来获得，还应致力于观察和实验。观察和实验。普朗克普朗克 寻求一种运动的特点和规律，一般要从某个寻求一种运动的特点和规律，一般要从某个具体事例具体事例开始。开始。那那么，要么，要研究研究小车的速度随时间变化的规律，我们该如何设计这个实小车的速度随时间变化的规律，我们该如何设计这个实验？又要测量哪些物理量？选用什么器材？验？又要测量哪些物理量？选用什么
2、器材？目 录CONTENTS实验目的与原理01实验器材02进行实验03数据记录与处理0401实验目的与原理1.1.进一步使用进一步使用打点计时器打点计时器.2.2.会利用平均速度求会利用平均速度求瞬时速度瞬时速度.3.3.会会利利用用vt图图像像处处理理实实验验数数据据，并并根根据据图图像像能能计算小车的计算小车的加速度加速度和判断小车的和判断小车的运动运动情况情况.(一)实验目的1.1.利用纸带计算利用纸带计算瞬时速度瞬时速度以以纸带上某点为中间时刻点取一小段位移，用这段位移的纸带上某点为中间时刻点取一小段位移，用这段位移的平均速度平均速度表示表示这点的瞬时速度。这点的瞬时速度。以速度以速度
3、v v为为纵轴纵轴、时间、时间t t为为横轴横轴建立直角坐标系，建立直角坐标系，用描点法画出小车的用描点法画出小车的v-tv-t图象，图线的图象，图线的斜率斜率表表示加速度，如果示加速度，如果v-tv-t图象是一条倾斜的直线，图象是一条倾斜的直线，说明小车的速度是说明小车的速度是均匀变化均匀变化的。的。t/s510 15 20 25020406080v/ms-12.2.用用v-t图像图像表示小车的运动情况表示小车的运动情况(二)实验原理02实 验 器 材打点计时器(带导线)、交变电源、纸带、一端带有定滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、复写纸、坐标纸、固定夹。槽码打点计时器纸带小车细绳一端
4、附有定滑轮的长木板03进 行 实 验木板平放，使滑轮伸出桌面；木板远离滑轮的一端固定打点计时器，连接好电路；拴细线，穿纸带，挂钩码；先接通电源，再释放小车；断开电源，取出纸带；换上新纸带，重复操作两次，选择一条点迹清晰的留用。增减所挂钩码，重复步骤-。注意问题固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置No1滑轮不能过高,细绳应与木板平行No2先接通电源，后让纸带运动No4小车应由紧靠打点计时器处开始释放，在撞击长木板末端前应让小车停止运动,防止小车从板上掉下来No3打点结束后立即关闭电源No5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
5、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.一端有滑轮的长铝板.刻度尺选出的器材有AEFH，还需要_.例1C、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.将电磁打点计时器固定在长铝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
6、字母).C先启动电磁打点计时器，再放开小车BECDA04数 据 处 理1、纸带计时起点的选择：选取点迹清晰的纸带，舍掉开头过于密集的点，从清楚的点开始，每五个计时点取一个计数点，依次标号为0、1、2、3、4、5.测量各计数点到0点的距离x。0.10s0.10s过于密集/不清晰的点x1x2x3x4x5x1x2x3x4x52、计数点瞬时速度的求法取该计数点相邻两计数点，算出此段的平均速度，该点的瞬时速度近似等于此段的平均速度。例如：求3这个计数点的速度（注意估读、单位以及有效数字）。t为多少?把各计数点的瞬时速度，填入表1中标有“v1”的一行。同理，计算增减槽码后两次实验的速度，分别填入表1中标有
7、“v2”和“v3”的两行内。位置012345时间/s00.10.20.30.40.5v1/ms-1v2/ms-1v3/ms-13、记录数据方法方法1:取任意两组数据求出取任意两组数据求出v和和t，然后代入，然后代入vt求解。求解。方法方法2:在在vt图象上取一段时间图象上取一段时间t（尽量取大一些），找出两个时刻对应的（尽量取大一些），找出两个时刻对应的纵坐标值求出纵坐标值求出v，代入，代入vt求解。求解。画图时让不在直线上的点尽可能均匀地分布在画图时让不在直线上的点尽可能均匀地分布在直线两侧，就是为了使偏大或偏小的误差尽可直线两侧，就是为了使偏大或偏小的误差尽可能地抵消，能地抵消，所以图象也
8、是减小误差的一种手段所以图象也是减小误差的一种手段。哪一种方法更好？哪一种方法更好？方法方法2好些好些4、求加速度0.10.20.30.40.50.6t/so0.100.200.300.40v/(m/s)与纵轴的与纵轴的交点是什交点是什么意思？么意思？如如何何求求加加速速度度？t=0.4sV=？0.2m/s1.1.图线的特点？图线的特点？一条倾斜直线一条倾斜直线2.2.小车的运动规律？小车的运动规律？速度随时间速度随时间均匀变化均匀变化3.3.如何求加速度？如何求加速度？4.a4.a的特点？的特点？不变不变结论：小车做加速度不变的加速运动结论：小车做加速度不变的加速运动实验视频在“探究小车速度
9、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甲所示，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.例2(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：计数点序号BCDE计数点对应的时刻t/s00.10.20.3打下计数点时小车的速度v/(ms1)0.25_0.45_0.350.55(2)根据表中的数据，在图乙中作出小车运动的vt图像，分析可知小车速度随时间变化的规律为_.计数点序号BCDE计数点对应的时刻t/s00.10.20.3打下计数点时小车的速度v/(ms1)0.250.350.45 0
10、.55见解析(3)根据作出的vt图像可得小车运动的加速度为_m/s2.(结果保留两位有效数字)1.0某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时，打点计时器所用电源的频率是50Hz，在实验中得到一条点迹清晰的纸带，他把某一点记作O，再依次选6个点作为计数点，分别标以A、B、C、D、E和F，如图甲所示.(1)如果测得C、D两点相距2.70cm，D、E两点相距2.90cm，则在打D点时小车的速度是_m/s.针对训练1.40(2)该同学分别算出打各点时小车的速度，然后根据数据在vt坐标系中已描好点，请在图乙中作出小车的vt图像，并求出小车的加速度a_m/s2.5.00答案见解析图小车的vt图像
11、如图所示，针对训练1324实验原理实验仪器实验步骤数据处理1.1.利用纸带计算瞬时速度利用纸带计算瞬时速度;2.2.v-tv-t图象表示小车的运动图象表示小车的运动;打点计时器打点计时器(带导线带导线)、交变电源交变电源、纸带、一纸带、一端带有定滑轮的长木端带有定滑轮的长木板、小车、细绳、槽板、小车、细绳、槽码码、刻度尺刻度尺、复写纸、复写纸、坐标纸、固定夹。坐标纸、固定夹。（1 1）v-t v-t 图像是一个理想化的运动模型图像是一个理想化的运动模型（2 2）小车的速度随时间均匀变化）小车的速度随时间均匀变化1.(2022通许县实验中学高一阶段)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下
12、列说法正确的是A.小车在槽码的牵引下运动时只需打出一条纸带，然后进行数据处理B.为使测量更为严谨，应把打下的第一个点作为计时起点C.为了便于测量，应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D.两相邻计数点间的时间间隔必须是0.1s强化提升2.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中：(1)下列仪器需要用到的有_.AB强化提升(2)某同学进行了以下实验操作步骤，其中有错误的步骤是_.A.将电火花计时器固定在长木板的一端，并接在220V交变电源上B.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的槽码D.将小车移到靠近打点计时器
13、的一端后，放开小车，然后接通电源D(3)在实验中得到一条如图所示的纸带，已知电源频率为50Hz，相邻两计数点间的时间间隔为0.1s，测量出x54.44cm、x64.78cm，则打下F点时小车的瞬时速度v_m/s.(结果保留两位有效数字)0.46强化提升(4)若实验时电源频率大于50Hz，而做实验的同学并不知道，则打下F点时小车的实际速度_(选填“大于”“小于”或“等于”)测量速度.大于3.(2022通海县第三中学高一阶段)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图甲所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点(每相邻两个计数点间还有4个点
14、没有画出)，电火花计时器接220V、50Hz交变电源.他经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时小车的瞬时速度如下表：对应点BCDEF速度(m/s)0.1410.1850.2200.2540.301强化提升两个相邻计数点的时间间隔t5T0.1s.(1)设电火花计时器的打点周期为T，计算vF的公式为vF_；强化提升(2)根据表中的数据，以A点对应的时刻为t0，在图乙所示坐标系中合理地选择标度，作出vt图像；对应点BCDEF速度(m/s)0.1410.1850.2200.2540.301(3)利用该图像求得小车的加速度a_m/s2；(结果保留2位有效数字)0.40(4)如果当时电
15、网中交变电流的电压变成210V，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比_(选填“偏大”“偏小”或“不变”).不变如果当时电网中交变电流的电压变为210V，而做实验的同学并不知道，但频率不变，故打点的周期不变，不影响测量情况，故加速度的测量值与实际值相比不变.4.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.已知该相机的连拍频率是每秒10张，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.0.1(2)图中从左向右玩具赛车在第二个位置的速度v2_m/s，在第五个位置的速度v5_m/s.2.63.2(3)该玩具赛车在连拍时间内的平均加速度a_m/s2.2谢 谢 各 位 的 聆 听！
