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 导学案

2019-2020年高三物理一轮复习《2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律》学案_学习目标:了解打点计时器的构造、原理和使用方法。学会使用打了点的纸带研究物体的运动情况。掌握△S=aT2的物理含义，知道怎样判断一个直线运动是否为匀变速直线运动。知道怎样利用匀变速运动的规律求某点的瞬时速度。理解和掌握通过打点纸带用逐差法、v-t图象求匀变速直线运动的加速度。学习重点:1.打点计时器的的使用。2.纸带上数据的处理。学习难点：对纸带的处理。主要内容：一、练习使用打点计时器1．实验原理电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，它的工作电压是4～6V，电源频率是50Hz，它每隔0．02s打一次点。电火花计时器是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示出点迹的计时仪器，使用220V交流电压，当电源频率为50Hz时，它每隔0．02s打一次点。如果运动物体带动的纸带通过打点计时器，在纸带上打下的点就记录了物体运动的时间，纸带上的点子也相应地表示出了运动物体在不同时刻的位置，研究纸带上点子之间的间隔，就可以了解在不同时间里，物体发生的位移和速度的大小及其变化，从而了解物体运动的情况。2．注意事项①打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点，如遇到打出的是短横线，应调整一下振针距复写纸片的高度使之增大一点。 ②使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器稳定后，再释放纸带。③释放物体前，应使物体停在靠近打点计时器的位置。④使用电火花计时器时，应注意把两条白纸带正确穿好，墨粉纸盘夹在两纸带之间，使用电磁打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸下面。二、研究匀变速直线运动1．实验目的①进一步熟悉怎样使用打点计时器。②测定匀变速直线运动的加速度。2．实验原理①理解和推得△S=aT2②用逐差法求加速度：设物体做匀变速直线运动，加速度是a，在各个连续相等时间T内的位移分别是S1、S2、S3……，则有S2-S1=S3-S2=…=Sn-Sn-1=△S=aT2，由上式可以得到：S4-S1=S5-S2=S6-S3=3aT2，所以，测出各段位移sl、s2、s3……用逐差法求出a1=（S4-S1）/3T2，a2=（S5-S2）/3aT2，a3=（S6-S3）/3aT2。再由al、a2、a3算出平均值a，就是所要测的加速度。③v-t图象法求加速度3．注意事项(1)钩码的质量适当大一些，使绳对小车的拉力始终远大于小车所受的摩擦力，保证外力基本恒定。(2)调整滑轮架的角度，使小车的拉绳与长木板板面平行。(3)开始时，应将小车位置摆正，使纸带与拉绳的方向一致，且不与打点计时器的限位孔边相摩擦。(4)先启动打点计时器，再释放小车，小车行至终点时切断电源或脉冲输出开关。(5)要防止钩码落地和小车跟定滑轮相撞。(6)选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰，适当舍弃点子密集部分，适当选取计数点，弄清楚所选的时间间隔T等于多少秒。 4．实验步骤(1)把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，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，细绳跨过滑轮，下边挂上台适的钩码，把纸带穿过打点计时器并把它的一端固定在小车的后面。实验装置见图。(3)把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点。换上新纸带，重复实验三次。（4）从三条纸带中选择一条比较理想的使用，舍掉开头的比较密集的点子，在后边便于测量的地方找一个开始点，我们把每打五次点的时间作为时间的单位，也就是T=0．02×5=0．1s，在选好的开始点下面标明0，在第六点下面标明1，在第十一点下面标明2，在第十六点下面标明3……标明的点O，1，2，3……叫做记数点，两个相邻记数点间的距离分别是S1，S2，S3(5)测出六段位移S1，S2，S3，……S6的长度，把测量结果填入表中。(6)根据测量结果，利用前面的公式，计算出a1、a2、a3的值，注意T=0．02×5=ls。(7)求出a1、a2、a3的平均值，它就是小车做匀变速直线运动的加速度。【例一】用打点计时器研究匀变速直线运动的实验中，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．长度测量不精确B．打点间隔不均匀C．运动中受摩擦力作用D．木板未调成水平【例二】在测定匀变速直线运动的加速度的实验中，为了减小测量小车运动加速度的相对误差，下列列举的措施中，哪些是有益的？ 使小车运动的加速度尽量小一些适当增加挂在细绳下的钩码个数C．在同样条件，打出多条纸带，选其中一条最理想的进行测量和计算；D．舍去纸带上密集的点，然后选取计数点，进行计算。【例三】如图是小车在斜面上滑动时，通过计时器所得的一条纸带，测得各段长度为OA=6．05厘米，0B=13．18厘米，0C=21．40厘米，OD=30．7厘米，0E=41．10厘米，OF=52．58厘米，根据这些数据，可判断小车做_________运动，判断依据是：_________。【例四】测定匀变速直线运动的加速度的实验中，打点计时器记录纸带运动的时间，计时器所用电源的频率为50赫兹。如图为做匀变速直线运动的小车带动的纸带上记录的一些点，在每相邻的两点中间都有四个点未画出。按时间顺序0、1、2、3、4、5六个点用尺量出1、2、3、4、5点到O点的距离分别是：(单位：厘米)8．7816．0821．8726．1628．94由此得出小车加速度的大小为_________米／秒2，方向__________。课堂训练:1．电磁打点计时器是一种使用__________(交流?直流?)电源的________仪器，它的工作电压是__________伏特。当电源频率是50赫兹时，它每隔________s打一次点。2．根据打点计时器打出的纸带，我们可以从纸带上直接得到的物理量是()A．时间间隔B．位移c．加速度D．平均速度。3．下列有关小车运动情况的说法中，哪些是正确的?()A．小车在任意两个连续相等的对间里的位移相等，小车的运动一定是匀加速运动；B．若小车做匀加速直线运动，则它在任意两个连续相等时间里的位移之差，一定相等：C．若小车做匀加速直线运动，则它在任意两个连续相等时间里的位移之差不断增大：D．若小车通过任意两个连续相等的位移的时间之差相等，则小车做的是匀变速直线运动。4．某同学在用打点计时器测定匀变速直线运动的加速度时，得到了如图所示的纸带，他舍弃密集点后，从o点开始每隔两个点取一个计数点?则每两个计数点的时间间隔_________s，测得OA=3．20厘米，DE=9．27厘米，则物体运动的加速度为________米／秒2。课后作业：1．关于计数点的下列说法中，哪些是正确的?() A．用计数点进行测量计算，既方便，又可减小误差：B．相邻计数点间的时间间隔戍是相等的；C．相邻计数点间的距离麻当是相等的；D.计数点是从计时器打出的实际点中选出来，相邻计数点间点痕的个数相等。2．本实验中，关于计数点间时间间隔的下列说法中正确的有()A．每隔四个点取一个计数点，则计数点问的时间间隔为0．10秒；B．每隔四个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔是O．08秒：C．每隔五个点取一个计数点，则计数点问的时间间隔为0．08秒；D．每隔五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0．10秒：E．每五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0．08秒。3．接通电源与让纸带(随物体)开始运动，这两个操作的时间关系应当是：()A．先接通电源，后释放纸带：B．先释放纸带，后接通电源；C．释放纸带的同时接通电源；D．先接通电源或先释放纸带都可以。4．当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点痕，下列关于纸带上的点痕说法中，哪些是正确的?A．点痕记录了物体运动的时间：B，点痕记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移；C．点在纸带上的分布情况，反映了物体的质量和形状；D．纸带上点痕的分布情况，反映物体的运动情况。5．打点计时器振针打点的周期，决定于：()A．交流电压的高低；B．交流电的频率；C．永久磁铁的磁性强弱；D．振针与复写纸的距离。6．采取下列哪些措施，有利于减少纸带受到摩擦而产生的误差?() A．改用直流6伏电源；B．电源电压越低越好；C．用平整的纸带，不用皱折的纸带；D．纸带理顺摊平，不让它卷曲、歪斜。7．如图所示的四条纸带，是某同学练习使用打点计时器得剑的纸带的右端后通过打点计时器。从点痕的分布情况可以断定：纸带________是匀速通过打点计时器的，纸带______是越走越快的，纸带——是先越走越快，后来又越走越慢。8．若所用电源频率是50赫，图中D纸带，从A点通过计时器到B点通过计时器，历时____s，位移为_______米，这段时间内纸带运动的平均速度是_____m／s。BC段的平均速度是_________m／s，而AD段的平均速度是_______m／s。9．在研究匀变速直线运动的实验中，打点计时器在纸带上打出了一系列的点，其中a、b、c、d，e、f、g、h是连续的8个点。若选a点为第1计数点，将刻度尺的零刻度对准点a时，可测得ab=O．9cm，ac=2cm，ad=3．3cm，ae=4．8cm，水6．5cm，ag=8．4cm，ah=10．5cm，因为________，所以物体的运动是匀加速直线运动．若打点计时器每打相邻两点的时间间隔为O．02s，则b点的瞬时速度为________，g点的瞬时速度为_______，物体运动的加速度为_________。