2019-2020年人教版高中物理必修1第2章第1节2-1实验探究小车速度随时间变化的关系（教案）【知识与技能】1、能熟练使用打点计时器。2、会根据相关实验器材，设计实验并完成操作。3、会处理纸带求各点瞬时速度。4、会设计表格并用表格处理数据。5、会用v-t图像处理数据，表示运动规律6、掌握图象的一般方法，并能用语音描述运动的特点。【过程与方法】1、初步学习根据实验要求，设计实验，探究某种规律的研究方法。2、经历实验过程，及时发现问题并做好调整。3、初步学会根据实验数据发现规律的探究方法。。【情感态度与价值观】1、体会实验的设计思路，体会物理学的研究方法。2、培养根据实验结果作出分析判断并得出结论。【教学过程】★实验目的(1)进一步练习使用打点计时器．(2)会利用平均速度求瞬时速度．(3)会利用v－t图象处理实验数据，并据此判断物体的运动性质．(4)能根据实验数据求加速度．★实验原理1．瞬时速度的计算：各计数点的瞬时速度可用以该点为中间时刻的一段时间内的平均速度来代替：vn＝2．根据v－t图象判断运动性质：用描点法可作出小车的v－t图象，根据图象的形状可判断小车的运动性质。3．加速度的计算：利用v－t图象的斜率求出小车的加速度。★实验器材打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、复写纸片、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源。
★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，重复实验两次。5．增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验。★数据处理1．纸带的选取从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头一些过于密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点来确定计数点．说明：为了计算方便和减小误差，通常用连续打5个点的时间作为时间间隔，即T＝0.1s.2．采集数据的方法如图所示，一般不是直接测量相邻两个计数点间的距离，而是先测量出各个计数点到计时零点的距离x1、x2、x3、x4、x5，再计算出相邻的两个计数点的距离．Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4.3．速度的计算方法各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替，即
v1＝，v2＝，…(T为相邻两个计数点间的时间间隔)4．设计表格并记录相关数据将各计数点对应的时刻及瞬时速度填入下表中，并据此分析速度随时间的变化关系.5.作出小车运动的v－t图象(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，不在直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．6．实验中计算加速度的两种方法(1)公式法：利用已测得的两组数据(tn，vn)和(tm，vm)代入公式a＝＝求解．(2)图象法：在v－t图象上任意取两个间隔较远的点(这两个点不是我们表格中已测得的点)，找出它们的坐标值，然后把它们的坐标值代入公式a＝＝中求出加速度，即用图线的斜率求加速度．
★误差分析1．木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀．2．根据纸带测量的位移有误差，从而计算出的瞬时速度有误差．3．作v－t图象时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差．★实验注意事项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，计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源。3．要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时用手按住它。4．牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小，而使各段位移无多大差别，从而使误差增大，加速度的大小以能在50cm长的纸带上清楚地取得六、七个计数点为宜。5．要区别计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个点取一个计数点，即时间间隔为T＝0.02×5s＝0.1s。6．不要分段测量各段位移，应尽可能地一次测量完毕(可先统一量出各计数点到计数起点O之间的距离)。读数时应估读到毫米的下一位。7．描点时最好用坐标纸，在纵、横轴上选取合适的单位，用细铅笔认真描点。特别提醒处理纸带六大注意本实验很重要的一个实验目的是学会用打上点的纸带研究物体的速度随时间变化的规律．纸带上各点表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置，通过研究纸带上各点之间的间隔，可以判断物体的运动情况．因此，会处理纸带是一项基本功，处理纸带需注意以下几点：1.区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点．2.区别打点计时器打点的周期(即两个相邻实际点的时间间隔)与两个计数点间的时间间隔．3.为了减小实验误差，应舍掉开头比较密集的点，从间距较大的点开始进行测量．4.为了方便测量，可以用每打5个点间隔的时间作为计时单位，这样，在两个计数点间的时间间隔为T＝5×0.02s＝0.1s.5.以能在50cm长的纸带上清楚地取到7～8个计数点为宜，必须注意，计数点不能少于6个．6.在测量各段位移时，不要逐段测量各段的位移，应该用长刻度尺一次测量分段读数，以避免多次移动刻度尺造成累积误差；还应注意，读数时应读到毫米的下一位.【典型例题】如图是“研究匀变速直线运动”实验中得到的一条纸带，从O点开始每5个点取一个计数点（打点计时器的电源频率是50Hz），依照打点的先后依次编为1、2、3、4、5、6，量得1=2.21cm，2=3.00cm，3=3.81cm，4=4.63cm，5=5.45cm，6=6.28cm。
（1）该打点计时器依次打出各计数点的时间间隔为T=s（2）打点计时器打计数点5时，小车的速度大小是v5=m/s。（结果保留两位有效数字）（3）为了尽量减小实验误差，利用该实验数据计算出小车的加速度大小为a=m/s2（结果保留两位有效数字）。【答案】（1）0.10（2）0.59（3）0.82
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