实验：探究小车速度随时间变化的规律

1实验：探究小车速度随时间变化的规律学案

【学习目标】

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，体验如何从实验研究中获取数据，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。 【重点难点】

教学重点：对运动的速度随时间变化规律的探究。 教学难点

1、各点瞬时速度的计算。

2、对实验数据的处理、规律的探究。 知识点一 实验探究 一、实验目的

1．进一步练习使用打点计时器．

2．利用v t 图象处理数据，并据此判断物体的运动性质． 3．能根据实验数据求加速度． 二、实验原理

1．利用打点计时器所打纸带的信息，代入计算式1

2n n n x x v T

++=，即用以n 点为中心的一小段时间间隔的平均速度代替n 点的瞬时速度．

2．用描点法作出小车的v t 图象，根据图象的形状判断小车的运动性质，若所得图象为一条倾斜直线则表明小车做匀变速直线运动． 3．利用v t 图象求出小车的加速度． 三、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、刻度尺、导线、交流电源． 四、实验步骤

1．如图所示，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．

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列小点． 4．换上新的纸带，重新实验两次．

5．增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验． 控制实验条件的原因

①细线、纸带保持水平状态：保证小车运动的加速度不变． ②小车要靠近打点计时器：保证纸带上打出足够多的点． ③钩码个数适当：便于分析实验数据和作图． ④先打点后释放小车：保证纸带上有足够多的点． 知识点二 数据处理 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、4、…，如图所示．

(2)依次测出01、02、03、04、…的距离x 1、x 2、x 3、x 4、…，填入表中.

位置 1 2 3 4 5 6 长度 x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 各段长度 0～2 1～3 2～4 3～5 4～6 时间间隔 v (m ·s －

1)

(3)1、2、3、4、…各点的瞬时速度分别为：212x v T =

、3122x x v T -=、42

32x x v T

-=、

53

42x x v T

-=

、…将计算得出的各点的速度填入表中． (4)根据表格中的数据，分析速度随时间变化的规律． 处理纸带需注意两点

(1)区别打点计时器打点的周期和计数周期．

(2)在测量各段位移时，应测量各计数点到第一个计数点的距离．读数应估读到分度值的下一位，这样便于减小测量误差． 2.图象法：

(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，如图所示．

(3)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律． (4)根据所画v t 图象求出小车运动的加速度a ＝

v

t

△△.图象法处理数据时的两点注意 (1)坐标轴单位长度的选取要合适，使图象分布在坐标平面的中央面积上． (2)如果作出的v t 图象是一条直线，则直线的斜率表示加速度a 的大小.

【巩固练习】

1.在“研究匀变速直线运动”的实验中,包含下列四个步骤:①把长木板放在实验台上,用木块垫高;②把纸带穿过打点计时器,并固定在小车后面;③把打点计时器固定在长木板垫高的一端,连接好电路;④把小车停在靠近打点计时器处,接通电源后,放开小车。正确的操作顺序是( ) A.①②③④

B.①②④③

C.②①③④

D.①③②④

2.如图是一同学在研究匀变速直线运动时得到的一条纸带，相邻两计数点间的时间为T ，下列能精确计算加速度a 的方法中正确的有( )

A.测出AB 和BD ，用22BD AB

T T a T

-

=

B.测出AB 和BD ，用2

23BD AB

a T -=

C.测出AD ，用2

29AD

a T

=

D.认为模糊中点是C 点，测出AB 和BC ，用2

BC AB

a T -=

3.在“测定匀变速直线运动加速度”的实验中，交流电的周期是0.02 s ，得到的纸带如图所示，图中的点为记数点，在每两相邻的记数点间还有4个点没有画出，则小车运动的加速度为( )

A.20.2m/s

B.22.0m/s

C.220.0m/s

D.2200.0m/s

4.在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，根据打点计时器打出的纸带，可以直接测量得到的物理量是( ) A ．位移

B ．速度

C ．加速度

D ．平均速度

5.在测定匀变速直线运动的加速度的实验中，得到一条如下图所示的纸带，按时间顺序取0、1、2、3、4、5、6共七个计数点，每相邻两个计数点间各有四个打出的点未画出，用刻度尺测得1、2、3、…、6各点到0点的距离分别为8.69 cm,15.99 cm,21.87 cm,2

6.35 cm,29.45 cm,31.17 cm ，打点计时器每隔0.02 s 打一次点．求

(1)小车的加速度；

(2)打计数点3时小车的速度．

6.为了测定气垫导轨上滑块的加速度，滑块上安装了宽度为L ＝3.0 cm 的遮光板，滑块在牵引力作用下先后匀加速通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为Δt 1＝0.30 s ，通过第二个光电门的时间为Δt 2＝0.10 s ，遮光板从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间间隔为Δt ＝3.0 s ．试估算： (1)滑块的加速度多大(保留两位有效数字)? (2)两个光电门之间的距离是多少？

7.为了迎接外宾,对国宾车队要求非常严格。设从同一地点先后开出的甲、乙两辆不同型号的国宾汽车在平直的公路上排成直线行驶。汽车甲先开出,汽车乙后开出。汽车甲从静止出发先做加速度为1a 的匀加速直线运动,达到速度v 后改为匀速直线运动。汽车乙从静止出发先做加速度为221()a a a >的匀加速直线运动,达到同一速度v 后也改为匀速直线运动。要使甲、