1 实验：探究小车速度随时间变化的规律

物理定律不能单靠“思维”来获得，还应致力于观察和实验。——普朗克

世界上第一条商业运行的磁浮列车——“上海磁浮”，已于2003年10月1日正式运营。据报道，上海磁浮线路总长33 km，一次试车时全程行驶了约7min30s，其中以430km/h的最高速度行驶约30 s。

磁浮列车的行驶速度比汽车快得多，是不是它的加速度也会很大？学过这一章后你会看到，根据报纸上的数据，再按照实际情况做些简化的假设，你自己就能估算它的加速度

寻求一种运动的特点和规律，一般要从某个具体事例开始。这一节我们用打点计时器研究小车在重物牵引下的运动，看看小车的速度是怎样随时间变化的。

进行实验

如图2.1-1，把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，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。为了研究小车的速度随时间变化的规律，需要把打点计时器固定在长木板上，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面。

把小车停在靠近打点计时器的位置。启动计时器，然后放开小车，让它拖着纸带运动。于是，打点计时器在纸带上打下一行小点。随后立即关闭电源。

换上新纸带，重复操作两次。

处理数据

在三条纸带中选择一条最清晰的。为了便于测量，舍掉开头一些过于密集的点迹，找一个适当的点当做计时起点。

我们仍然选择相隔0.1 s的若干计数点进行测量，记入自己设计的表格，利用第一章的方法得出各计数点的瞬时速度，填入下表标有“v₁”的一行。

增减所挂的钩码，或在小车上放置重物，再做两次实验，填人上表标有“v₂”和“v₃”的两行。

作出速度-时间图象

以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系。根据表中的v、t数据，在直角坐标系中描点（图2.1-2）。通过观察、思考，找出这些点的分布规律。

我们会看到，对于每次实验，描出的几个点都大致落在一条直线上。因此，可以有很大把握说，如果是没有实验误差的理想情况，代表小车速度与时间关系的点真的能够全部落在某条直线上。

有了这些考虑之后，我们就可以用一条直线去代表这些点，并且可以说，小车运动的v-t图象是一条倾斜的直线。

你能用自己的语言描述小车运动速度随时间变化的规律吗？

做一做

用计算机绘制v-t图象

借助常用的数表软件，可以迅速、准确地根据表中的数据作出v-t图象，甚至能够写出图象所代表的公式。下面以WPS表格软件为例作简要说明，有兴趣的同学可以试一试。

在WPS表格软件工作簿的某一列的单元格中依次输入测量时间，在相邻的一列输入对应的速度值（图2.1-3）。用鼠标选中这些数据，按照“插入”中的“图表”的提示就能一步步地得到所画的图象（图2.1-4）。

操作过程中WPS会要求确定“图表类型”，这时可以选择“平滑散点图”；还会出现“添加趋势线”的对话框，里面也有一个“类型”标签，其中有几种可选择的函数。由于我们这个的数据几乎分布在一条直线上，所以应该选择“线性”类型。

问题与练习

1．火车沿长直坡路向下行驶。开始时速度表上的读数是54 km/h，以后每5s读取一次数据，见下表。

（1）在表中填写以米每秒为单位表示的速度。

（2）建立v-t坐标系（v的单位用米每秒），描出与表中各时刻速度相对应的点。

（3）作出表示列车速度与时间关系的图线。这是一条什么图线？

2．在同一公路上有A、B、C三辆汽车，它们的v-t图象a、b、c如图2.1-5所示。根据图象中的数据，请你尽可能详尽地描述它们的运动。

3．为研究实验小车沿斜面向下运动的规律，把打点计时器纸带的一端固定在小车上，小车拖动纸带运动时，纸带上打出的点如图2.1-6所示。

（1）某同学用以下方法绘制小车的v-t图象。先把纸带每隔0.1s剪断，得到若干短纸条。再把这些纸条并排贴在一张纸上，使这些纸条下端对齐，作为时间坐标轴，标出时间。最后将纸条上端中心连起来，于是得到v-t图象。请你按以上办法（用一张薄纸压在图2.1-6上，复制得到纸带）绘制这个图象。

（2）这样做有道理吗？说说你的看法。

4．把纸带穿过打点计时器，用手握住，启动计时器。用手拉动纸带，在纸带上记录了一行小点。从便于测量的位置找一个点当做起始点，在每隔相等时间间隔（例如0.1 s）的位置剪开。请你试着用上题所述粘贴的方法得到一个直方图，从中可以看出手拉纸带的速度是怎样变化的。 

发布时间：2015/10/3 下午5:00:39  阅读次数：2014