2022年高中物理必修第一册2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律 教案

2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律[目标定位] 1.进一步练习使用打点计时器并会利用平均速度求瞬时速度.2.会利用vt图象处理实验数据.3.尝试用vt图象表示运动规律．1．实验原理：由纸带还可以间接测量瞬时速度，方法是以某点为中间时刻取一小段位移，用这段位移的平均速度表示这点的瞬时速度．2．实验器材：打点计时器、交流电源、纸带、一端附有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、坐标纸．3．用vt图象表示小车的运动情况：以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，把小车不同时刻的速度进行描点，然后用平滑的曲线(包括直线)连接这些点． 想一想：若在描点作速度时间图象时，有个别点偏离大致位置较远，该怎么处理这些点？答案 在描点作图时，让图线通过尽可能多的点，不在图线上的点均匀分布在图线的两侧，偏差较大的点舍去．一、实验步骤1．如图211所示，把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，打点计时器固定在长木板没有滑轮的一端，连接好电路．图2112．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下面挂上适当的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的另一端固定在小车的后面．3．把小车停在打点计时器处，先接通电源，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，随后立即关闭电源．4．换上新纸带，重复实验三次．二、数据处理 1．表格法(1)从几条纸带选择一条点迹最清晰的．舍掉开头一些过于密集的点迹，找一个适当的点当作计时起点(0点)，每5个点(相隔0.1s)取一个计数点进行测量，如图212所示(相邻两点间还有四个点未画出)．标明0、1、2、3、4…，测量各计数点到0点的距离x，并记录填入表中．图212(2)分别计算出相邻的两计数点之间的距离x1、x2、x3….(3)利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度，即vn＝.例如，图中计数点4的速度v4＝.并将求得的各计数点1、2、3、4、5的瞬时速度，填入上面的表格中．(4)根据表格的数据，分析速度随时间怎么变化．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213所示．图213(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)根据画出的vt图象求出小车运动的加速度a＝.三、注意事项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．打点完毕，立即断开电源．4．选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点迹密集部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少．5．要逐次测量各段距离，应尽可能地一次测量完毕．6．在坐标纸上画vt图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象尽量分布在坐标平面中央．例1 在“探究小车的速度随时间变化的规律”的实验中，某同学操作过程中有以下实验步骤：A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源；B．将打点计时器固定在长木板上，并连接好电路；C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着适当重的钩码，放手后看小车能否在木板上做平稳的加速运动；D．取下纸带；E．把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使附有定滑轮的一端伸出桌面；F．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔；G．换上新纸带，重复操作两次．(1)其中有错误的步骤是____________；应改正为____________________．(2)将改正后的步骤按合理的顺序写在横线上：步骤顺序为______________________．解析 (1)打点计时器在使用时，为了使打点稳定，同时为了提高纸带的利用率，使尽量多的点打在纸带上，要应先接通电源，再放开纸带，故A错误．(2)本着先安装器材，后进行实验的思路，如在该实验中，先固定长木板，安装打点计时器，准备完毕开始进行实验，注意要先打点后释放小车，做完一次实验要及时关闭电源，故正确的实验步骤是EBCFADG.答案 (1)A 应先接通电源，再放开纸带 (D 取下纸带前应先断开电源) (2)EBCFADG例2 (2013～2014江苏高一期中)在《探究小车的速度随时间变化的规律》的实验中，利用打点计时器打出了如图214所示的一条纸带，其中1、2、3、4、5、6均为记数点，且相邻的两个计数点之间都还有4个点没有画出来，已知电源的频率为50Hz.现测得：s1＝1.40cm，s2＝1.90cm，s3＝2.40cm，s4＝2.90cm，s5＝3.40cm，s6＝3.90cm.图214(1)在打点计时器打出点2、3、4、5、6时，小车的速度分别为：v2＝________cm/s，v3＝________cm/s，v4＝________cm/s，v5＝________cm/s.(2)在图215的坐标纸上作出速度—时间图象(从1开始计时)． 图215(3)根据作出的速度—时间图象，求出小车的加速度为________m/s2(取二位有效数字)．解析 (1)打点计时器打出点2、3、4、5、6时小车的速度可利用平均速度求出，分别为v2＝＝16.50cm/s，v3＝＝21.50cm/s，v4＝＝26.50cm/s，v5＝＝31.50cm/s.(2)如图所示：(3)求出图象的斜率可得a＝k＝＝×10－2m/s2＝0.50m/s2答案 (1)16.50 21.50 26.50 31.50 (2)如解析图所示 (3)0.50m/s2 误差±0.03