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1 实验:探究小车速度随时间变化的规律学习目标1.会正确使用打点计时器打出的匀变速直线运动的纸带.2.会用描点法作出vt图象.3.能从vt图象分析出匀变速直线运动的速度随时间的变化规律.4.培养学生的探索发现精神.自主探究1.打点计时器使用的是    电源,且打点周期取决于电源的    ,当电源频率为50Hz时,打点计时器每隔    s打一个点;现在用打点计时器测定小车的速度,当电源的频率低于50Hz时,若仍按50Hz的时间间隔打一个点计算,则测出的速度值将比小车真实的速度值    . 2.本节实验的实验器材有: . 合作探究1.实验操作步骤(1)把一端带有滑轮的长木板平放在实验桌上,并使    ,把打点计时器固定在    ,连接好电路. (2)把    拴在小车上,使细绳跨过滑轮,下面挂上合适的    ,放手后看    ,然后把    穿过打点计时器的限位孔,并把    的另一端固定在小车后面. (3)把小车停靠在    处,先    ,然后    ,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,换上纸带,重复实验3次. (4)增减所挂的钩码,或在小车上放置重物,再做两次实验,每次实验打3条纸带.2.实验操作过程中应注意以下几点:(1)开始释放小车时,应使小车    打点计时器. (2)先    ,计时器工作后,再    ,当小车停止运动时要及时    . (3)要防止钩码落地时与小车和滑轮相撞,当小车到达滑轮前应及时    . (4)牵引小车的钩码数量要适当,以免加速度太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,从而增大误差.3.纸带上各计数点的瞬时速度可以用计数点内的    来代替;通过测得的速度,描绘出小车运动的速度—时间图象,然后求出图象的    ,其即为小车运动的加速度. 4.纸带的选取原则: . 5.如果每5个点取一个计数点,则每相邻两个计数点间的时间间隔是    . 6.作速度—时间图象:(1) . (2)严格按实验数据描点,根据点的分布分析速度的变化特点.(3)用一条    来    坐标系中描出的点. 课堂检测1.用打点计时器研究加速度不变的直线运动的实验中,造成各连续相等的时间间隔内位移之差不是一个恒量的主要原因是(  )A.长度测量不准确B.打点时间间隔不均匀C.运动中受摩擦力作用D.木板未调成水平 2.在研究加速度不变的直线运动的实验中,算出小车经过各计数点的速度,如下表所示:计数点序号123456计数点对应时刻/s0.10.20.30.40.50.6通过计数点的速度/(cm·s-1)44.062.081.0100.0110.0168.0  为了算出加速度,合理的方法是(  )A.根据任意两计数点的加速度公式a=算出加速度B.根据实验数据,画出vt图象,量出其倾角α,由公式a=tanα算出加速度C.根据实验数据,画出vt图象,由图线上任意两点所对应的速度,用公式a=算出加速度D.依次算出通过连续两计数点间的加速度,其平均值作为小车的加速度3.关于用打点计时器探究小车速度随时间变化规律的实验,下列说法中正确的是(  )A.打点计时器应固定在长木板上,且靠近滑轮一端B.开始实验时小车应靠近打点计时器一端C.应先接通电源,待打点稳定后再释放小车D.牵引小车的钩码个数越多越好4.一打点计时器固定在倾角为θ的斜面上,一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下,打出的纸带的一段如图所示.纸带上0、1、2、3、4、5、6是计数点,每相邻计数点之间的时间间隔为0.1s.(1)根据纸带上记录的数据判断小车是做    运动. (2)若小车做速度随时间均匀增加的运动,则加速度的大小a=    . (3)在打下计数点3时小车对应的速度大小为v=    . 5.在用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,如图所示的是某次记录小车运动情况的纸带,图中A、B、C、D、E为相邻的计数点,相邻计数点间还有四个点未画出.(1)根据    可以判定小车做速度随时间均匀增加的直线运动. (2)根据有关公式可求得vB=1.38m/s,vC=    m/s,vD=3.90m/s. (3)利用求得的数值作出小车的vt图线(以打A点时开始计时),并根据图线求出小车运动的加速度a=    m/s2.  (4)将图线延长与纵轴相交,若交点的纵坐标是0.12m/s,此交点的物理意义是    . 6.一位同学设计了用打点计时器测量小车沿斜面下滑的加速度的实验,实验装置示意图如图甲所示.已知打点计时器使用的电源的频率为50Hz,图乙是所打出的纸带的一段,用毫米刻度尺量得数据如下:x1=1.69cm,x2=2.28cm,x3=3.04cm,x4=3.82cm,x5=4.58cm,x6=5.36cm,x7=6.14cm.甲(1)由图乙可知,相邻两计数点之间的时间间隔Δt=    s. 乙(2)利用所测数据计算小车沿斜面下滑的加速度时,有一数据不可靠,这一数据是    (填数据的字母代号). (3)去掉这一不可靠数据,利用其余数据可求出小车下滑的加速度大小a=    m/s2(取三位有效数字). 参考答案自主探究1.交流 频率 0.02 大2.一端带有定滑轮的长木板、小车、带小钩的细绳、钩码、打点计时器、纸带、刻度尺、学生电源和导线合作探究1.(1)滑轮伸出桌面 长木板的另一端 (2)细绳 钩码 小车能否在木板上平稳地加速滑行 纸带 纸带 (3)打点计时器 接通电源 释放小车2.(1)靠近 (2)接通电源 释放小车 关闭电源 (3)用手按住3.平均速度 斜率4.点迹清晰、计时点间的距离适当5.0.1s6.(1)以速度v为纵轴,时间t为横轴建立直角坐标系,并根据实验所得数据选择合适的标度(图象尽量分布在坐标系的大部分面积)(3)直线 拟合 课堂检测1.A2.C 解析:选项A偶然误差较大.选项D实际上也仅由始、末两个速度决定,偶然误差也比较大,只有利用实验数据画出对应的vt图象,才可充分利用各次测量数据,减小偶然误差.由于在物理图象中两坐标轴的分度大小往往是不相等的,根据同一组数据,可以画出倾角不同的许多图线,选项B是错误的.正确的方法是根据图线找出不同时刻所对应的速度值,然后利用公式a=算出加速度,即选项C正确.3.BC 解析:打点计时器应固定在长木板上没有滑轮的一端,选项A错误;小车开始时靠近打点计时器是为了使小车的运动距离较大,选项B正确;若先释放小车后接通电源只能在纸带的后面部分打点,选项C正确;钩码个数少,打点密集,钩码个数多,打点太少,都会带来实验误差,选项D错误.4.解析:(1)连续相等时间内的位移x1=6.00cm,x2=16.00cm-6.00cm=10.00cm,x3=30.00cm-16.00cm=14.00cm,x4=48.00cm-30.00cm=18.00cm,x5=70.00cm-48.00cm=22.00cm,x6=96.00cm-70.00cm=26.00cm.因为x2-x1=x3-x2=x4-x3=x5-x4=x6-x5=4.00cm,即连续相等时间内的位移差都相等,所以小车做的是速度随时间均匀增加的直线运动.(2)由Δx=aT2,得小车运动的加速度a==m/s2=4.00m/s2.(3)根据中间时刻的瞬时速度等于平均速度可知v==m/s=1.6m/s.答案:(1)速度随时间均匀增加的直线 (2)4.00m/s2 (3)1.6m/s5.解析:(1)计算得相邻计数点间的位移分别为x1=7.50cm,x2=20.10cm,x3=32.70cm,x4=45.30cm,相邻计数点间的位移差分别为x2-x1=12.60cm,x3-x2=12.60cm,x4-x3=12.60cm,可见,小车做速度随时间均匀增加的直线运动.(2)相邻计数点之间的时间间隔T=5×0.02s=0.1s.打C时的瞬时速度等于BD过程的平均速度vC==m/s=2.64m/s.(3)在如图所示的坐标系中作出vt图,图线的斜率即加速度a==m/s2=12.6m/s2. (4)此交点的物理意义是打点计时器打下计时点A时纸带对应的速度.答案:(1)相邻相等时间间隔内的位移差相等(2)2.64(3)12.6(4)打点计时器打下计时点A时纸带对应的速度6.解析:(1)交流电源的频率为50Hz,因此打点计时器的打点周期为0.02s,所以Δt=3×0.02s=0.06s. (2)求出连续相等时间内的位移差:x2-x1=0.59cm,x3-x2=0.76cm,x4-x3=0.78cm,x5-x4=0.76cm,x6-x5=0.78cm,x7-x6=0.78cm.可见x1不可靠.(3)由逐差法可得a=,代入数据得a=2.14m/s2.答案:(1)0.06 (2)x1 (3)2.14