人教版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年高中物理探究小车速度随时间变化的规律学案新人教版必修1【学习目标】1.掌握利用打点计时器研究物体运动的方法。2.会计算纸带上各个计数点的速度。3.会根据计算出的速度，在坐标纸上画出物体运动的v-t图象。4、会根据物体的运动v-t图象分析物体的运动规律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)把一条细线拴在小车上，使细线跨过滑轮，下边挂上合适的________．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________后，放开________，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一行小点，随后立即关闭电源．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，舍掉开头比较密集的点迹，在后边便于测量的地方找一个点做计时起点．为了测量方便和减少误差，通常用每打五次点的时间作为时间的单位，即T＝0.02s×5＝0.1s．在选好的计时起点下面标明A，在第6点下面标明B，在第11点下面标明C，……，点A、B、C、……叫做计数点，两个相邻计数点间的距离分别是x1、x2、x3、…….(5)利用________________求解各计数点的瞬时速度．下图为打点计时器打出的纸带的一部份，点间时间隔为T，尽可能精确测B点的瞬时速度的表达式是VB=ABCDOEx5x4x1x2x3(6)以速度v为____轴，时间t为____轴建立直角坐标系，根据表中的数据，在直角坐标系中描点．(7)通过观察思考，找出这些点的分布规律.【合作探究】一、操作注意及误差分析1．注意事项 (1)开始释放小车时，应使小车靠近________________．(2)先__________________，计时器工作后，再________________，当小车停止运动时要及时________________．(3)要防止钩码落地和小车跟________相撞，在小车到达滑轮前及时________________．(4)牵引小车的钩码个数要适当，以免____________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．(5)应先选好________和计数点并进行编号，然后再测距离．测量长度时不要用短刻度尺________________________的长度，最好用长刻度尺对齐各计数点(不要移动尺子)，读出各计数点间的长度值，避免测量误差的积累．(6)在坐标纸上画v－t图象时，注意________________________的选取，使图象尽可能地均匀分布在坐标平面上．2．误差分析(1)减小测量误差：为了便于测量，舍掉开始的一些过于密集的点，找一个点做计时起点，量出________到该点的距离．(2)减小测量误差：一般隔5个计时点，选取一个计数点，则每两个计数点的时间间隔为T＝________.二、实验数据的处理探究1．请同学们思考在前面的学习中我们利用了什么方法求某一点的瞬时速度？  2．在画速度—时间图象时是否可以把每个点都用图线连接起来呢？  3．长木板光滑和不光滑对本实验的实验目的有无影响？4．两种情况下得到的图象有何区别？(所挂钩码个数相同) 三、解题方法探究例1 在研究匀变速直线运动的实验中，算出小车经各计数点的瞬时速度如下：计数点序号123456计数点对0.100.200.300.400.500.60 应时刻(s)通过计数点的速度(cm·s－1)44.062.081.0100.0110.0168.0(1)为了计算加速度，合理的方法是(  )A．根据任意两计数点的速度公式，用a＝Δv/Δt算出加速度B．根据实验数据画出v－t图象，量出其倾角，由公式a＝tanα求加速度C．根据实验数据画出v－t图象，由图线上任意两点所对应的速度，用公式a＝Δv/Δt求加速度D．依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出其平均值作为小车的加速度(2)由上表中给出的数据，用作图法求其加速度．解析： (1)①方法A虽能求出其加速度，由于只利用了其中的两组数据，偶然误差较大，方法D也具有方法A相同的缺点，如a1＝(v2－v1)/T，a2＝(v3－v2)/T，…，a5＝(v6－v5)/T，求平均值时，a＝(v6－v1)/5T，只用了v6和v1两组数据．②作图法是求物体加速度的一个行之有效的方法，具有减小偶然误差的效果，但方法B也是不可用的，因两坐标轴的分度大小往往是不相等的，也就是说同一组数据，可以画出许多倾角不同的图线，再加上测量角度时测量误差较大，故不能被采用，常用方法C求其加速度．(2)由上表中给出的数据，用作图法求其加速度．具体作法如下：①由表中给出的数据选好标度；②描点；③用直线把描的点连起来，使所描的点尽可能在直线上或对称地分布在两旁，个别离直线较远的点应舍去；④选图线中相距较远的两点由a＝Δv/Δt求加速度，如图虚线所示，则a＝(150－50)/(0.52－0.17)cm/s2≈286cm/s2＝2.86m/s2.【基础达标】1．关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作，下列说法中错误的是(  ) A．长木板不能侧向倾斜，但可一端高一端低B．在释放小车前，小车应紧靠在打点计时器上C．应先接通电源，待打点计时器开始打点后再释放小车D．要在小车到达定滑轮前使小车停止运动2．试分析如图3所示的物体在4s内的运动情况．3．在“探究匀变速直线运动”的实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz，记录小车运动的纸带如图4所示，在纸带上依次选择6个实际点A、B、C、D、E、F，各相邻点间的距离依次是2.0cm、3.0cm、4.0cm、5.0cm、6.0cm.图4根据学过的知识可以求出小车在B点的速度为vB＝______m/s(保留两位小数)，CE间的平均速度为____m/s(保留两位小数)．【能力提升】1、在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图1所示给出了从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：图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.【延伸拓展】1、在“利用打点计时器测定匀加速直线运动的加速度”的实验中，打点计时器接在50Hz的低压交变电源上．某同学在打出的纸带上每5点取一个计数点，共取了A、B、C、D、E、F六个计数点(每相邻两个计数点间的四个点未画出)．从每一个计数点处将纸带剪开分成五段(分别为a、b、c、d、e段)，将这五段纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在xOy坐标系中，如图2所示，由此可以得到一条表示v－t关系的图线，从而求出加速度的大小．