高中物理人教版必修第一册2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律 导学案

第二章匀变速直线运动的研究§2.1实验：探究小车速度随时间的变化规律学习目标知识与技能1．根据相关实验器材，设计实验并熟练操作．2．会运用已学知识处理纸带，求各点瞬时速度．3．会用表格法处理数据，并合理猜想．4．巧用v-t图象处理数据，观察规律．5．掌握画图象的一般方法，并能用简洁语言进行阐述．过程与方法1．初步学习根据实验要求设计实验，完成某种规律的探究方法．2．对打出的纸带，会用近似的方法得出各点的瞬时速度．3．初步学会根据实验数据进行猜测、探究、发现规律的探究方法．4．认识数学化繁为简的工具作用，直观地运用物理图象展现规律，验证规律．5．通过实验探究过程，进一步熟悉打点计时器的应用，体验瞬时速度的求解方法．情感态度与价值观1．通过对小车运动的设计，培养学生积极主动思考问题的习惯，并锻炼其思考的全面性、准确性与逻辑性．2．通过对纸带的处理、实验数据的图象展现，培养学生实事求是的科学态度，能使学生灵活地运用科学方法来研究问题、解决问题、提高创新意识．3．在对实验数据的猜测过程中，提高学生合作探究能力．4．在对现象规律的语言阐述中，提高了学生的语言表达能力，还体现了各学科之间的联系，可引申到各事物间的关联性，使自己融入社会．5．通过经历实验探索过程，体验运动规律探索的方法．课前预习1.实验目的：探究小车的随变化的规律，学习运用实验研究物理运动规律的方法。2.实验原理：是利用打出的纸带上记录的数据来探究小车的运动规律。3.实验器材：打点计时器、一端附有的长木板、小车、低压_______电源、纸带、细绳、、、钩码4.实验步骤：①把一端附有定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上无定滑轮的一端，连接好电路；②把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器的限位孔，放在复写纸的下方，将另一端固定在小车的后面； ③把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，打完一条纸带后立即关闭电源。换上新纸带，重复实验三次．5.数据处理：从三条纸带中选择一条最的，舍掉开头一些过于的点迹，找一个适当的点作为__________，选择相隔____s的若干计数点，测量出各计数点间的距离，用第一章中的方法算出各计数点的瞬时速度，填入自己设计的表格。6.作v-t图：以速度v为_____轴、时间t为______轴建立直角坐标系，根据实验中的v、t数据在坐标系中描点，找出点的分布规律．7.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60cm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和人为选取的计数点，一般在纸带上每5个点取一个计数点，间隔为0.1s．预习评价1.使用电磁打点计时器时，纸带应穿过________，复写纸应套在________上，并要放在纸带的_______面．2.当纸带与运动物体连接时,打点计时器在纸带上打出点迹,下列说法正确的是（）A.点迹记录了物体运动的时间B.点迹记录了物体在不同时刻的位置或某段时间内的位移C.点迹在纸带上的分布情况反映了物体的形状D.点迹在纸带上的分布情况反映了物体的运动情况3.在探究小车速度随时间变化的规律的实验中，按照实验进行的先后顺序，将下述步骤的代号填在横线上。A．把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面B．把打点计时器固定在木板的没有滑轮的一端，并连好电路C．换上新的纸带，再重做两次D．把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面E．使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动F．把一条细线拴在小车上，细线跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码G．断开电源，取出纸带4.在下列给出的器材中，选出“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中所需的器材并填在横线上（填序号）．①打点计时器②天平③低压交流电源④低压直流电源⑤细线和纸带⑥钩码和小车⑦秒表⑧一端有滑轮的长木板⑨刻度尺 选出的器材是5.某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，算出小车经过各计数点的瞬时速度如表格中所示：计数点序号123456计数点对应时刻（s）0.10.20.30.40.50.6通过计数点的速度（m/s）44.062.081.0100.0110.0138.0请作出小车的v-t图象，并分析运动特点．评价等级:【】课程导学1.要想探究一个物体随时间变化的规律，必须知道物体在一系列不同时刻的速度，如何知道物体在不同时刻的速度？用什么仪器测？该仪器的使用方法？2.用打点计时器测小车的速度所需哪些实验器材、实验步骤？实验中应注意哪些问题？3.如何选取和分析纸带上的点？4.如何计算所取计数点小车所对应的速度？5.如何处理计算出来的数据？如何根据v、t的数据作出物体运动的速度-时间图象（v-t图象）？6.如何根据速度—时间图象（v-t图象）求小车的加速度和初速度？难点突破例1：在探究小车速度随时间变化规律的实验中，得到一条记录小车运动情况的纸带，如图2-1-1所示．图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点的时间间隔为T＝0.1s．(1)根据纸带上的数据，计算B、C、D各点的速度，填入表中． (2)在坐标纸上作出小车的v-t图象．图2-1-1例2：在研究匀变速直线运动的实验中，算出小车经过各计数点瞬时速度如下表所示：为了计算加速度，最合理的方法是()A.根据任意两计数点的速度用公式a=Δv/Δt算出加速度B．根据实验数据画出v-t图，量出其倾角，由公式a＝tana求出加速度C．根据实验数据画出v-t图，由图线上相距较远的两点所对应的速度、时间，用公式a=Δv/Δt算出加速度D．依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度例3：某实验小组用打点计时器探究小车运动情况，用打点计时器记录小车运动的时间，计时器所用电源的频率为50Hz，图2-1-2所示是与小车相连的纸带上记录的一些点，在每相邻的两点之间都有四个点未画出.用米尺量出A点距离B、C、D、E各点的长度如图上标度.该小组同学在教师的帮助下，设法算出了A、B、C、D、E各点的瞬时速度分别为（单位：m/s）：0.53、0.88、1.23、1.58、1.93.（学完下一章自己就能算出）图2-1-2（1）建立恰当的坐标系，在直角坐标系中描点，观察各数据点并思考怎样用一条线段将各点联系起来，并作出这个图象.（2）图线延长线与纵轴相交，交点的物理意义是什么?从图象可知，这是匀变速直线运动吗?说出原因.若是，请求出加速度. 方法与技巧展示自我小结自主评价1.下图2-1-3是作直线运动物体的速度-时间图象，其中表示物体作匀变速直线运动的是图().图2-1-324t/sv/m•s-1图2-1-402．一物体作匀变速直线运动，速度图象如图2-1-4所示，则在前4s内(设向右为正方向)()A．物体始终向右运动B．物体先向左运动，2s后开始向右运动C．前2s物体位于出发点的左方，后2s位于出发点的右方D．在t=2s时，物体距出发点最远3．关于打点计时器的使用，下列说法中正确的是()A．打点计时器应用低压交流电源，交流电频率为50HzB．纸带必须穿过限位孔，并注意把纸带压在复写纸的上面C．要先通电，后释放纸带，纸带通过后立即切断电源D．为减小摩擦，每次测量应先将纸带理顺 4．两做直线运动的质点A、B的v-t图象如图2-1-5所示，试分析它们的运动情况。vv1v20t2t1tBA图2-1-55．一个人沿平直的街道匀速步行到邮局去发信，又以原速率步行返回原处，设出发时的方向为正，在图2-1-6中近似描述他的运动的是（）Atv0Btv0Ctv0D图2-1-6tv06．甲、乙两物体在同一直线上运动，它们的v-t图象如图2-1-7，可知（）A．在t1时刻，甲和乙的速度相同B．在t1时刻，甲和乙的速度大小相等，方向相反C．在t2时刻，甲和乙的速度方向相同，加速度方向也相同D．在t2时刻，甲和乙的速度相同，加速度也相同图2-1-7甲t1t0t2乙v7．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图2-1-8给出了从0点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6都为计数点。测得：x1=1.40cm，x2=1.90cm，x3=2.38cm，x4=2.88cm，x5=3.39cm，x6=3.87cm。那么： x6x5x4x3x2x1图2-1-80123456（1）在计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为：v1=_________cm/s，v2=_________cm/s，v3=_________cm/s，v4=_________cm/s，v5=_________cm/s。（2）在平面直角坐标系中作出v-t图象。（3）分析小车运动速度随时间变化的规律。8．利用打点计时器研究一个约1.4m高的商店卷帘窗的运动.将纸带粘在卷帘底部，纸带通过打点计时器随帘在竖直面内向上运动.打印后的纸带如图2-1-9所示，数据如表格所示.纸带中AB、BC、CD……每两点之间的时间间隔为0.10s，根据各间距的长度，可计算出卷帘窗在各间距内的平均速度v平均.可以将v平均近似地作为该间距中间时刻的即时速度v.(1)请根据所提供的纸带和数据，绘出卷帘窗运动的v-t图象.(2)AD段的加速度为______m/s2，AK段的平均速度为______m/s.(2001年上海高考试题)卷帘运动数据间隔间距(cm)AB5.0BC10.0CD15.0DE20.0EF20.0FG20.0GH20.0IH17.0IJ8.0JK4.0图2-1-9 自主探究探究主题：1.计算机绘制v-t图象：按照课本P32的“做一做”中介绍的方法利用计算机绘制v-t图象，了解计算机作图的优越性．2．粘贴纸带看能否反映物体的运动规律：选择一条打点清晰的纸带，标上计数点，然后将纸带每隔相同时间间隔从计数点处剪下，连续剪下4～5段，分别排列在预先贴有双面胶带的小黑板上，排列时要求底边对齐.如图2-1-10所示，纸带的排列成“阶梯”状.那么，请你讨论这样处理能不能反映物体的运动规律？亲自动手实践一下.图2-1-10提示：因为每段纸带长度都对应物体在相等时间内的位移，所以纸带长度正比于运动速度，从纸带长度均匀增大也可以判定物体的运动速度均匀增大.