第二章勻變速直線運動的研究2.1實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律學(xué)習(xí)目標1.通過實驗探究物體運動的速度隨時間變化的規(guī)律，提升實驗設(shè)計、處理信息、做出解釋等科學(xué)探究方面的能力。為建構(gòu)勻變速直線運動的模型奠定基礎(chǔ)。2.描繪物體運動的v-t圖像，并通過對擬合成的圖線觀察、思考，找出物體速度變化的規(guī)律。3.經(jīng)歷探究小車速度隨時間變化的規(guī)律，體會研究直線運動的一般思路。4.學(xué)習(xí)借助計算機數(shù)表軟件繪制v-t圖像，并選擇適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)擬合數(shù)據(jù)，得到物體速度隨時間變化的規(guī)律。SZ-LWH情境導(dǎo)入物體的運動通常是比較復(fù)雜的，物體的運動規(guī)律各不相同。高山滑雪、鴿子飛翔、獵豹捕食等這些運動中都有速度的變化。物體的運動通常是比較復(fù)雜的，物體的運動規(guī)律各不相同。導(dǎo)彈發(fā)射老虎捕食滑板車滑板車、導(dǎo)彈發(fā)射、老虎捕食等這些運動中都有速度的變化。怎樣探索速度隨時間變化的規(guī)律呢？尋求一種運動的特點和規(guī)律，一般要從某個具體事例開始。這一節(jié)我們研究小車在重物牽引下的運動，看看小車的速度是怎樣隨時間變化的。要想知道速度隨時間變化的規(guī)律，必須知道物體在一系列不同時刻的速度。我們可以用頻閃相機拍下運動的變化，但是這樣還不故精確，為此我們要借助打點計時器。物理定律不能單靠“思維”來獲得，還應(yīng)致力于觀察和實驗。

——普朗克尋求一種運動的特點和規(guī)律，一般要從某個具體事例開始。那么，要研究小車的速度隨時間變化的規(guī)律，我們該如何設(shè)計這個實驗？又要測量哪些物理量？選用什么器材？1.需要測量哪些物理量速度時間瞬時速度時刻如何測量頻閃照相——位置的記錄不夠精準，不便于位移的測量。打點計時器——準確的記錄物體的位置信息和運動時間。2.建立運動模型——變速直線運動實驗思路3.需要用到的實驗儀器小車打點計時器定滑輪長木板細繩紙帶槽碼坐標紙刻度尺1.利用紙帶計算瞬時速度：以紙帶上某點為中間時刻取一小段位移，用這段位移的平均速度表示這點的瞬時速度。2.用v－t圖像表示小車的運動情況：以速度v為縱軸、時間t為橫軸，建立直角坐標系，用描點法畫出小車的v－t圖像，圖線的傾斜程度表示加速度的大小，如果v－t圖像是一條傾斜的直線，說明小車的速度是均勻變化的，加速度是恒定的。實驗原理放置長木板固定打點計時器安裝墨粉紙盤裝紙帶小車?？吭诳拷螯c計時器的位置先啟動電源再釋放小車打點結(jié)束關(guān)閉電源改變槽碼質(zhì)量把一端帶有滑輪的長木板平放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，打點計時器固定在長木板沒有滑輪的一端，連接好電路。讓小車一端連接穿過打點計時器的紙帶，另一端連接繞過滑輪系有槽碼的細繩，把小車停在靠近打點計時器的位置。先接通電源啟動計時器，然后放開小車，讓它拖著紙帶運動，打點計時器在紙帶上打下一行小點。隨后，立即關(guān)閉電源。增減所掛的槽碼（或在小車上放置重物），更換紙帶，再做兩次實驗。注意事項：1.開始釋放小車的時候，小車應(yīng)該靠近打點計時器。2.限位孔要與紙帶保持平行。3.先通電，后釋放小車。4.打點完畢，馬上關(guān)閉電源。5.鉤碼的質(zhì)量要適中，不能質(zhì)量太大，也不能質(zhì)量太小。6.實驗時要注意保護小車及滑輪，要避免它們被碰壞或跌壞。數(shù)據(jù)記錄為了便于測量，舍掉紙帶開頭一些過于密集的點，找一個適當(dāng)?shù)狞c作為計時起點?？蛇x擇相隔0.1s（也就是相隔四個點）的若干計數(shù)點進行測量。記入自己設(shè)計的表格，利用第一章第3節(jié)所學(xué)的方法得出各計數(shù)點的瞬時速度，填入表1中標有“v1”的一行?！鱴0△x1△x20123實驗誤差：1.應(yīng)選擇點跡小而清晰的紙帶，且要用分度值為1mm的刻度尺測量，并估讀到0.1mm。2.讀數(shù)時，眼睛要正對點和刻度尺，以減小誤差。3.小車速度應(yīng)適當(dāng)大些，這樣可以減小測量長度帶來的誤差。4.適當(dāng)選幾個計時點的時間間隔作為單位時間，可減小測量紙帶長度帶來的誤差；測量兩計數(shù)點間的距離時，要一次性測量，不要分段測量。平均速度：計算瞬時速度位置編號0123456、、、時間t/s00.10.20.30.40.50.6v1（m·s-1）v2（m·s-1）v3（m·s-1）、、、同理，計算增減槽碼后兩次實驗的速度，分別填入表1中標有“v2”和“v3”的兩行內(nèi)。你能否從表格中的數(shù)據(jù)看出小車速度隨時間變化的定量關(guān)系？如果不能，怎么辦？數(shù)據(jù)分析1、以時間t為橫軸、速度v為縱軸、建立直角坐標系。2、根據(jù)表1中的v、t數(shù)據(jù)，在坐標系中描點作出v-t圖像。3、通過觀察、思考，找出這些點的分布規(guī)律。4、讓盡可能多的點處在直線上，不在直線上的點應(yīng)對稱地分布在直線兩側(cè)?？梢钥紤]用v-t圖像分析速度v與時間t的定量關(guān)系。v(m/s)t/s（1）如果畫出來的v-t圖像是一條傾斜的直線，說明小車做勻變速直線運動。（2）圖線的延長線與縱軸的交點表示開始計時時小車的初速度。（3）圖線的延長線與橫軸的交點表示計時開始一段時間后小車才開始運動。觀察圖像求加速度方法1:取任意兩組數(shù)據(jù)求出Δv和Δt，然后代入Δv／Δt求解。方法2:在v—t圖象上取一段時間Δt（盡量取大一些），找出兩個時刻對應(yīng)的縱坐標值求出Δv，代入Δv／Δt求解。哪一種方法更好？畫圖時讓不在直線上的點盡可能均勻地分布在直線兩側(cè)，就是為了使偏大或偏小的誤差盡可能地抵消，所以圖象也是減小誤差的一種手段。方法二更好，誤差小。計算方式：找圖像上相距較遠的兩個點用公式計算(1)電源頻率不穩(wěn)定導(dǎo)致計時誤差。(2)木板粗糙程度不同，摩擦不均勻。(3)紙帶上計數(shù)點間測量的距離存在誤差,讀數(shù)時，眼睛要正對點和刻度尺。(4)v-t圖像中，單位選擇不準確或作圖不準確帶來誤差。實驗誤差【練習(xí)】一小球在桌面上從靜止開始做加速直線運動，現(xiàn)用高速攝影機在同一底片上多次曝光，記錄下小球每次曝光的位置，并將小球的位置進行編號。如圖甲所示，1位置恰為小球剛開始運動的瞬間，作為零時刻。攝影機連續(xù)兩次曝光的時間間隔均相同，小球從1位置到6位置的運動過程中經(jīng)過各位置的速度分別為v1＝0，v2＝0.06m/s，v3＝________m/s，v4＝0.18m/s，v5＝________m/s。在圖乙所示的坐標紙上作出小球的速度－時間圖像_________(保留描點痕跡)；根據(jù)圖像可求出加速度a＝________m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)課堂練習(xí)0.120.12

0.24【練習(xí)】某一學(xué)習(xí)小組的同學(xué)想通過打點計時器在紙帶上打出的點跡來探究小車速度隨時間變化的規(guī)律，實驗裝置如圖所示。(1)常見的打點計時器有兩種：________和_______，它們使用的都是_______電源(填“直流”或“交流”)，當(dāng)電源頻率為50Hz時，每隔______s打一個點。(2)關(guān)于本實驗，下列說法正確的是_______。A．釋放紙帶的同時，接通電源B．先接通電源打點，后釋放紙帶運動C．先釋放紙帶運動，后接通電源打點D．紙帶上的點跡越密集，說明紙帶運動的速度越小課堂練習(xí)電磁打點計時器電火花計時器交流0.02BD【練習(xí)】某一學(xué)習(xí)小組的同學(xué)想通過打點計時器在紙帶上打出的點跡來探究小車速度隨時間變化的規(guī)律，實驗裝置如圖所示。(3)要測量小車的速度。除打點計時器(含所用電源、紙帶、墨粉紙盤)外還必須使用的測量工具是_______。(4)該小組在規(guī)范操作下得到一條點跡清晰的紙帶如圖所示，在紙帶上依次選出7個計數(shù)點，分別標上O、A、B、C、D、E和F，每相鄰的兩個計數(shù)點間還有四個點未畫出，打點計時器所用電源的頻率是50Hz。①每相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為________s，如果測得C、D兩點間距x4＝2.70cm，D、E兩點間距x5＝2.90cm，則打D點時小車的速度vD＝________m/s（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。課堂練習(xí)刻度尺0.10.280【練習(xí)】某一學(xué)習(xí)小組的同學(xué)想通過打點計時器在紙帶上打出的點跡來探究小車速度隨時間變化的規(guī)律，實驗裝置如圖所示。②該同學(xué)分別算出其他各點的速度：vA＝0.220m/s，vB＝0.241m/s，vC＝0.258m/s，vE＝0.300m/s，請在如圖所示的坐標系中作出小車運動的v－t圖像_______，并求出小車的加速度=______