探究小车速度随时间变化的规律
把每段平均速度描到 v-t 图上 · 匀变速直线运动的研究
公式值,不是实测
先猜把五个速度点连起来,会得到什么形状?
先选一个,再看结论和实验。
结论过原点的直线。小车匀加速,直线的斜率就是加速度。
第 1 镜 · 装纸带 纸带和 v-t 图都空着,2 个钩码挂好,先通电再放小车。
选好钩码个数,然后点播放,纸带上的点和右边的图一起长出来。
要点 · 记忆点
匀变速直线运动的研究每段平均速度都放在这段时间的中间时刻,五个点应排成一条直线,斜率就是加速度;理想情况下直线延长后过原点。
v-t 图的斜率是加速度
斜率等于速度的变化量除以时间。钩码从 1 个加到 3 个,斜率从 1.0 变成 3.0。
为什么取中间时刻
匀变速直线运动里,一段的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度。每 0.1 s 取一段,点就落在 0.05、0.15 一直到 0.45 s。
点距一段比一段长
小车在加速,同样 0.1 s 走过的路越来越长,纸带上的点距也跟着拉开。
先通电,再放小车
顺序反了,纸带开头可能没有点迹或点太密,开头那段就量不准。图线不过原点,还要查摩擦有没有平衡、计时起点是不是对准释放瞬间。
易错钩码越多,加速度越大,但不是越大越好用:真实实验里摩擦和细线质量都在,钩码太重要影响测量。
观察什么
2 个钩码时,五个点距一段比一段大,小车在匀加速。
五个点应落在同一条直线上,直线延长后过原点,斜率 2.0 m/s²,五个速度从 0.10 涨到 0.90 m/s。
1 个和 3 个钩码的图线斜率分别 1.0 和 3.0,延长后都指向原点,越陡说明加速度越大。
这个实验在说明什么
这一页把每段平均速度描到 v-t 图上,看五个点会不会排成一条直线。它要回答的是:纸带上的点距,怎样变成一条能读出加速度的图线。
只改钩码个数,小车和纸带跟着变快,质量不变;每 0.1 s 取一段,把这段的平均速度放在这段时间的中间时刻,点才落在 0.05、0.15 一直到 0.45 s。
直线延长后过原点是理想情况下的判断,真实实验里图线是拟合出来的,还要看摩擦有没有平衡、计时起点对不对准;每个钩码对应 1.0 m/s² 是设定值,斜率就是加速度。
每个钩码对应 1.0 m/s²、每 0.1 秒取一个计数点都是设定值;加速度按 a = F/m 算出,速度按 v = at 算出,是公式值,不是实测。忽略摩擦和细线质量。真实实验里图线是拟合出来的,「过原点」是把直线延长后的判断,还要看摩擦补偿和计时起点。教材:人教社电子课本 · 物理必修第一册。
讲给家长听
合上这一页,说说 v-t 图线的斜率表示什么。
卡住了?看一眼
斜率表示加速度,直线越陡,加速度越大。