2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律.ppt

第二章匀变速直线运动的研究第二章匀变速直线运动的研究 2.1 2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律实验：探究小车速度随时间变化的规律 物体的运动通常是比较复杂的。放眼所见，物物体的运动通常是比较复杂的。放眼所见，物体的运动规律各不相同。在生活中，人们跳远助跑、体的运动规律各不相同。在生活中，人们跳远助跑、水中嬉戏、驾车行驶、高山滑雪；在自然界里，雨水中嬉戏、驾车行驶、高山滑雪；在自然界里，雨点下落、鸽子飞翔、猎豹捕食、蜗牛爬行、蚂蚁搬点下落、鸽子飞翔、猎豹捕食、蜗牛爬行、蚂蚁搬家、飞机起飞家、飞机起飞这些运动中都有速度的变化。这些运动中都有速度的变化。物体的速度变化到底存在规律吗？怎样探索复物体的速度变化到底存在规律吗？怎样探索复杂运动蕴涵的规律呢？杂运动蕴涵的规律呢？在科学上，为了描述实验中测量的物理量之间在科学上，为了描述实验中测量的物理量之间的关系，先将其在坐标系中描点，然后用一条曲线的关系，先将其在坐标系中描点，然后用一条曲线（包括直线）（包括直线）“拟合拟合”这些点。例如，我们用打点这些点。例如，我们用打点计时器研究小车在重物牵引下的运动，如果小车是计时器研究小车在重物牵引下的运动，如果小车是做匀变速直线运动，那么根据测量的数据描点作出做匀变速直线运动，那么根据测量的数据描点作出的的v-tv-t图象，应该是什么曲线？如何求出小车的加图象，应该是什么曲线？如何求出小车的加速度？速度？主题主题1 1：进行实验进行实验 实验步骤实验步骤把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把把一端附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远离滑轮的一端，连接好电路。打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好电路。把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，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的后面。计时器，并把纸带的另一端固定在小车的后面。把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后释放小车，让小车把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列小点，换上新纸带，拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列小点，换上新纸带，重复该实验三次。重复该实验三次。从三条纸带上选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，从三条纸带上选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点来确定计数点。为了计算方便和在后边便于测量的地方找一个开始点来确定计数点。为了计算方便和减小误差，通常用连续打五个点的时间作为时间单位，即减小误差，通常用连续打五个点的时间作为时间单位，即0.1s0.1s。正确使用毫米刻度尺测量相邻两计数点间的距离，并填入表中。正确使用毫米刻度尺测量相邻两计数点间的距离，并填入表中。实验器材实验器材打点计时器，一端附有定滑轮的长木板，小车，纸带，细绳，钩码，打点计时器，一端附有定滑轮的长木板，小车，纸带，细绳，钩码，刻度尺，电源。刻度尺，电源。针对训练针对训练【例例1 1】从下列所给器材中，选出实验从下列所给器材中，选出实验“探究小车速度随时间变化的规律探究小车速度随时间变化的规律”中所需的器材有中所需的器材有 ；为达到实验目的，还缺少；为达到实验目的，还缺少 。打点计时器；打点计时器；天平；天平；低压直流电源；低压直流电源；细绳；细绳；纸带；纸带；小车；小车；钩码；钩码；秒表；秒表；一端有滑轮的长木板。一端有滑轮的长木板。【解析解析】打点计时器是一种计时仪器，所用电源为打点计时器是一种计时仪器，所用电源为4 46V6V交流电源，交流电源，因此因此不选，但缺少低压交流电源。该实验中不用测质量，因此不选，但缺少低压交流电源。该实验中不用测质量，因此不选。不选。在在“探究小车速度随时间变化的规律探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，按照实验进行的先后顺的实验中，按照实验进行的先后顺序，将下述步骤的代号填在横线上序，将下述步骤的代号填在横线上。A.A.把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面B.B.把打点计时器固定在长木板的没滑轮的一端，并连好电路把打点计时器固定在长木板的没滑轮的一端，并连好电路C.C.换上新的纸带，再重复做两次换上新的纸带，再重复做两次D.D.把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面E E.使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动F.F.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码G.G.断开电源，取出纸带断开电源，取出纸带低压交流电源低压交流电源、【评析评析】实验器材的选取要熟记，在记忆过程中要结合实验目的和实验实验器材的选取要熟记，在记忆过程中要结合实验目的和实验过程。过程。（2 2）纸带的选取与测量点的选取：从三条纸带中选取较理想的纸带，）纸带的选取与测量点的选取：从三条纸带中选取较理想的纸带，舍去点迹密集的部分；在后边便于测量的地方找一个开始点作为起舍去点迹密集的部分；在后边便于测量的地方找一个开始点作为起点，再往后选取点，再往后选取“测量点测量点”。测量点的选取一般用连续打。测量点的选取一般用连续打5 5个点的时个点的时间作为时间单位，即间作为时间单位，即T=0.1sT=0.1s。主题主题2 2：处理数据处理数据（1 1）由于小车做变速运动，因此要选取较短时间求平均速度，）由于小车做变速运动，因此要选取较短时间求平均速度，此时的平均速度与瞬时速度几乎相同，方法是：以待求点为中间此时的平均速度与瞬时速度几乎相同，方法是：以待求点为中间时刻，测出相邻的前后计数点之间的位移时刻，测出相邻的前后计数点之间的位移x x1 1和和x x2 2，则，则（3 3）测量与数据收集：用毫米刻度尺测量每相邻两测量点间的距）测量与数据收集：用毫米刻度尺测量每相邻两测量点间的距离，填表并计算瞬时度。离，填表并计算瞬时度。【例【例2 2】在】在“探究小车速度随时间变化的规律探究小车速度随时间变化的规律”的实的实 验中，打点计时器使用的交流电的频率为验中，打点计时器使用的交流电的频率为50Hz50Hz，记，记 录小车运动的纸带如图所示，在纸带上选择录小车运动的纸带如图所示，在纸带上选择0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5 共共6 6个计数点，相邻两计数点之间个计数点，相邻两计数点之间 还有四个点未画出，纸带旁并排放着带有最小分度还有四个点未画出，纸带旁并排放着带有最小分度 为毫米的刻度尺，零刻度线跟为毫米的刻度尺，零刻度线跟“0 0”计数点对齐，计数点对齐，由图可以读出三个计数点由图可以读出三个计数点1 1、3 3、5 5跟跟0 0点的距离填入点的距离填入 下列表格中下列表格中（1 1）填表：）填表：（2 2）计算小车通过计数点）计算小车通过计数点“2 2”的瞬时速度公式为的瞬时速度公式为v v2 2=_ (以以d d1 1、d d2 2及相邻及相邻 计数点间时间计数点间时间T T来表示来表示)代入得代入得v v2 2=_ m/sm/s。（结果保留两位有效数字）。（结果保留两位有效数字）距离距离d d1 1d d2 2d d3 3测量值测量值/cmcm【解析解析】（1 1）用毫米刻度尺测量纸带上各计数点的距离时，）用毫米刻度尺测量纸带上各计数点的距离时，尽量一次性测量完毕，注意到最小精确度为毫米，读数时要估尽量一次性测量完毕，注意到最小精确度为毫米，读数时要估读到毫米后一位，即读到毫米后一位，即d d1 1=1.20cm=1.20cm，d d2 2=5.40cm=5.40cm，d d3 3=12.00cm=12.00cm。（2 2）计数点）计数点“2 2”的瞬时速度的瞬时速度v v2 2可用计数点可用计数点“1 1”和和“3 3”间的间的平均速度来代替。即平均速度来代替。即v v2 2=(d=(d2 2-d-d1 1)/2T)/2T，代入数据得，代入数据得v v2 2=0.21m/s=0.21m/s。v v2 2=(d=(d2 2-d-d1 1)/2T)/2T0.210.211.201.205.405.4012.0012.00【评析评析】(1)(1)用毫米刻度尺测量各计数点到计数点用毫米刻度尺测量各计数点到计数点O O的距离时，的距离时，要注意读数的有效数字位数，当以要注意读数的有效数字位数，当以毫米毫米为单位时，读数保留到为单位时，读数保留到小数点后第一位，本题以厘小数点后第一位，本题以厘米米为单位，读数要保留到小数点后为单位，读数要保留到小数点后第第2 2位。位。（2 2）密切注意相邻计数点间的时间间隔）密切注意相邻计数点间的时间间隔T T，在本题中，相邻两，在本题中，相邻两计数点间计数点间“还有四个打点还有四个打点”，故，故T=5T=50.02s=0.1s0.02s=0.1s。小球做直线运动时的频闪照片如图所示。已知频闪周期小球做直线运动时的频闪照片如图所示。已知频闪周期T=0.1sT=0.1s，小球相邻位置的间距（由照片中的刻度尺量得）分，小球相邻位置的间距（由照片中的刻度尺量得）分别为别为O OA A6.51cm6.51cm，AB=5.59cmAB=5.59cm，BC=4.70cmBC=4.70cm，CD=3.80cmCD=3.80cm，DE=2.89cmDE=2.89cm，E EF F2.00cm2.00cm小球在位置时的速度大小小球在位置时的速度大小v vA A=_ m/s m/s；小球运动的加速度大小；小球运动的加速度大小a=a=_m/sm/s2 2。0.90.90.6050.605 针对训练针对训练 作出速度作出速度时间图象：以速度时间图象：以速度v v为纵轴，为纵轴，时间时间t t为横轴，建立直角坐标系，根据表为横轴，建立直角坐标系，根据表中数据描点，将这些点连成一条直线，连中数据描点，将这些点连成一条直线，连线时应使尽量多的点落在直线上，不在直线时应使尽量多的点落在直线上，不在直线上的点要尽量对称分布在直线两侧。误线上的点要尽量对称分布在直线两侧。误差较大的点可舍去。由差较大的点可舍去。由v-tv-t图象的特点，图象的特点，分析小车的运动情况，如果图象是一条倾分析小车的运动情况，如果图象是一条倾斜的直线，则表示小车做匀变速直线运动。斜的直线，则表示小车做匀变速直线运动。主题：主题：作出图像作出图像【例例3 3】在在“探究小车速度随时间变化的规律探究小车速度随时间变化的规律”实验中，实验中，如图所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中如图所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中A A、B B、C C、D D、E E为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔0.10.1。根据根据_计算各点瞬时速度，且计算各点瞬时速度，且 v vD D_ _ m/sm/s，v vC C_ _ m/sm/s，v vB B_m/sm/s。在如图所示坐标系中作出小车的在如图所示坐标系中作出小车的v v图图 象，并根据图象求出象，并根据图象求出a a_。将图线延长与纵轴相交，交点的速度将图线延长与纵轴相交，交点的速度 是是_，此速度的物理意义是，此速度的物理意义是_。【评析评析】作作v-tv-t图图象时，要象时，要标明纵轴标明纵轴和横轴对和横轴对应的字母、应的字母、单位、坐单位、坐标原点和标原点和标度。标度。钩码的个数决定小车所受的牵引力，小车在不同牵引力钩码的个数决定小车所受的牵引力，小车在不同牵引力作用下的运动不同，若钩码个数过多，在纸带上打的点过少，作用下的运动不同，若钩码个数过多，在纸带上打的点过少，若钩码个数过少，在纸带上打的点过密，这两种情况都不利若钩码个数过少，在纸带上打的点过密，这两种情况都不利于对实验数据的分析。于对实验数据的分析。结论：挂适当的钩码的目的是使纸带受适中的拉力，从结论：挂适当的钩码的目的是使纸带受适中的拉力，从而使纸带运动的速度适中，纸带上的点疏密适中。而使纸带运动的速度适中，纸带上的点疏密适中。1.1.教材上：教材上：“将细绳绕过滑轮，下面挂上适当的钩将细绳绕过滑轮，下面挂上适当的钩码，小车在钩码的牵引下运动。码，小车在钩码的牵引下运动。”其中，你对其中，你对“适当的钩码适当的钩码”如何理解如何理解?合作讨论合作讨论 （1 1）固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置。）固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置。（2 2）滑轮不能过高。）滑轮不能过高。（3 3）应考虑复写纸与纸带的位置关系。）应考虑复写纸与纸带的位置关系。（4 4）钩码数量不能过多，长木板两端高低相差不能太大。）钩码数量不能过多，长木板两端高低相差不能太大。（5 5）小车应由紧靠打点计时器处开始释放，以纸带上打出尽量多的点，）小车应由紧靠打点计时器处开始释放，以纸带上打出尽量多的点，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。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。（6 6）先接通电源，后释放纸带。）先接通电源，后释放纸带。（7 7）打点结束后立即关闭电源。）打点结束后立即关闭电源。（8 8）在用刻度尺测量各计数点间的距离时，应注意读数的有效数字位数，）在用刻度尺测量各计数点间的距离时，应注意读数的有效数字位数，以以mmmm为单位时，应保留到小数点后第一位。为单位时，应保留到小数点后第一位。（9 9）作）作v-tv-t图象时，应使尽量多的点位于图象时，应使尽量多的点位于v-tv-t图象上，不在图象上，不在v-tv-t图象上的点图象上的点应分布在应分布在v-tv-t图象两侧。图象两侧。2.2.用用v-tv-t图象描述物体的运动规律有什么优点？图象描述物体的运动规律有什么优点？3.3.做探究匀变速直线运动实验时应注意的问题有哪些？做探究匀变速直线运动实验时应注意的问题有哪些？用用v-tv-t图象描述物体的运动规律的最大优点是直观形象、具体。图象描述物体的运动规律的最大优点是直观形象、具体。合作讨论合作讨论（1 1）根据纸带测量的位移有误差。根据纸带测量的位移有误差。（2 2）根据位移计算的瞬时速度有误差。根据位移计算的瞬时速度有误差。（3 3）木板的粗糙程度并非完全相同。木板的粗糙程度并非完全相同。4.4.做探究匀变速直线运动实验时产生做探究匀变速直线运动实验时产生误差误差的的来源有哪些？来源有哪些？合作讨论合作讨论课堂反馈课堂反馈完成完成课时练课时练第第1515页页课堂评价课堂评价1-61-6课后作业课后作业完成完成课时练课时练第第1616页页课堂评价课堂评价1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、8 8