2.1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第1节：实验：探究小车速度随时间变化的规律一、实验步骤二、数据处理的方法三、误差分析四、注意事项五、随堂演练实验:探究小车速度随时间变化的规律回顾：打点计时器（1）作用：计时仪器，每隔0.02s打一次点。（2）工作条件电磁打点计时器：6V以下交流电源电火花式打点计时器：220V交流电源（3）纸带上点的意义：①表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置。②通过研究纸带上各点之间的间隔,可以判断物体的运动情况！求某点瞬时速度的方法理论依据：用平均速度近似代替瞬时速度。TxvACB2OABCDACxBDx2BDCxvT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、钩码、刻度尺、坐标纸。实验器材(1)把附有滑轮的长木板放在实验桌上，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。实验步骤(2)把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上钩码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面。(3)把小车停在靠近打点计时器处，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。关闭电流。(4)换上新的纸带，重复实验两次。(5)增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验。实验步骤1．表格法(1)从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点，作为计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标明0、1、2、3…，测量各计数点到0点的距离x，并记录填入表中。数据处理(2)分别计算出与所求点相邻的两计数点之间的距离Δx1、Δx2、Δx3…。(3)计算平均速度，用平均速度代替相关计数点的瞬时速度，填入上面的表格中。(4)根据表格中的数据，分析速度随时间怎么变化。2．图像法(1)在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点。(2)画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计。(3)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律。数据处理4．实验结论分析小车运动的v－t图象，描述小车的运动速度随时间的变化规律．如果画出的v－t图象是一条倾斜的直线，说明小车做速度均匀变化的直线运动．图象和纵坐标的交点表示开始计时时小车的速度—初速度．产生原因减小方法偶然误差根据纸带测量的位移有误差，知根据位移计算的瞬时速度有误差测量各计数点到起始点的距离而不是直接测量相邻计数点间距离系统误差木板的粗糙程度不完全相同尽量选用各处粗糙程度均匀的木板1．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器．2．先接通电源，等打点稳定后，再释放小车．3．取下纸带前，先断开电源．4．要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时用手按住它．5．牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小，而使各段位移无多大差别，从而使测量误差增大，加速度的大小以能在50cm长的纸带上清楚地取得六、七个计数点为宜．6．要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸带上每五个点取一个计数点，即时间间隔为T＝0.02×5s＝0.1s．要舍掉开头过于密集的点，这样误差小．7．在坐标纸上画v－t图象时，注意坐标轴单位长度的选取要适当，应使图线尽量分布在较大的坐标平面内.[例1]在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，利用打点计时器在纸带上打的点记录小车的运动情况。某同学做此实验时步骤如下：A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，放开纸带，再接通电源。B．将打点计时器固定在长木板上，并接好电路。C．把一条绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的钩码。D．小车停止运动后，直接取下纸带。E．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔。F．换上新纸带，重复操作三次，然后从所有纸带中选取一条点迹清晰的进行数据处理。其中错误或遗漏的步骤有：(1)_________________________________________；(2)_________________________________________。将以上步骤完善后按合理的顺序填写在下面横线上。______________________________________________。[解析]实验过程中应先接通电源，再放开纸带，取纸带前应先断开电源，所以错误操作是步骤A、D。错误操作：(1)A选项中应先接通电源，再释放纸带；(2)D选项中取纸带前应先断开电源。合理顺序：BECADF。[例2]在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图2－1－3所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，(A点为第一个点)相邻计数点间的时间间隔T＝0.1s。(1)根据________________计算各点瞬时速度，且vD＝________m/s，vC＝________m/s，vB＝________m/s。(2)在坐标系中画出小车的v－t图线，并根据图线求出a＝________。(3)将图线延长与纵轴相交，交点的物理意义是_____________________________________________________。[解析](1)若时间较短，平均速度可以代替中间时刻的瞬时速度。D点的瞬时速度vD＝xCE2T＝78.00cm0.2s＝390cm/s＝3.90m/s，C点的瞬时速度vC＝xBD2T＝52.80cm0.2s＝264cm/s＝2.64m/s，B点的瞬时速度vB＝xAC2T＝27.60cm0.2s＝138cm/s＝1.38m/s。(2)由上述数据画出小车的v－t图像如图所示，由图线的斜率可求得它的加速度a＝ΔvΔt＝1.26m/s0.1s＝12.6m/s2。(3)将图线延长后，与纵轴的交点的速度表示零时刻小车经过A点的速度大小。6.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流电的频率为50Hz，记录小车做匀变速运动的纸带如图所示，在纸带上选择标出0～5六个计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点没有画出.纸带旁并排放着带有最小刻度为毫米的刻度尺，零刻度跟计数点0对齐.由图可以读出1、3、5三个计数点跟0点的距离x1、x3、x5，请将测量值填入表中.则小车通过计数点2的瞬时速度为_____m/s;通过计数点4的瞬时速度为_____m/s；小车的加速度是_____m/s2.【解析】测距时用的是毫米刻度尺，故读数时应估读到0.1毫米，计数点1、3、5到0点的距离分别为x1=1.20cm,x3=5.40cm,x5=12.00cm,计数点2、4的瞬时速度分别为，v4=加速度答案：1.205.4012.000.210.330.603125.401.200.01xxvm/s0.21m/s2T20.15312.005.400.01xxm/s0.33m/s2T20.12242vv0.330.21am/s0.60m/s2T20.1[例3]在用打点计时器“研究物体的速度随时间的变化规律”的实验中，某同学将打点计时器打出的三条纸带，分别以间隔相同点迹的方式依次剪成短纸条，按先后顺序一端对齐粘贴在一起。然后用平滑线段将各段纸带顶端的中点连起来，形成如图2－1－5所示的图像，则根据纸带的特点即可研究物体的速度随时间的变化规律。以下说法不正确的是()A．图甲表示物体做匀速直线运动B．图乙表示物体做匀速直线运动C．图乙表示物体的速度随时间均匀增加D．图丙表示物体的速度先随时间均匀增加，后保持不变[解析]短纸带的高度即表示相应时间内物体的位移Δx；因点迹间隔相同，故发生各位移Δx的时间间隔Δt相等，而纸带宽度是相同的，正好可以用水平方向的宽度来表示时间。Δt相同时，v＝ΔxΔt∝Δx，即纸带的高度恰可反映小车的速度大小。综上可知，平滑的线段可表示物体运动的v－t图像，故选项A、C、D正确。[答案]B关于位移图象和速度图象的对话有些位移图象和速度图象看起来十分相似，但表示的意义截然不同．差别就在于它们的纵轴表示的物理意义不同，你能简单地说一下两图分别代表什么运动吗？图7－4解析：甲图表示的是物体先向前匀速直线运动，接着倒回来匀速运动，回到原出发点，然后又向前和返回，直到再次回到出发点．乙图表示的是物体先向前匀加速直线运动，接着向前匀减速直线运动，然后再向前做匀加速和匀减速运动，而物体是始终朝前走．NEXT气垫导轨