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年高中物理第二章实验探究小车速度随时间变化的规律学案新人教版必修1四、实验过程1.实验步骤(1)如图所示，把一端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)将一条细绳拴在小车上，将细绳跨过滑轮，下边挂上适当的钩码，使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，先接通电源，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。2.数据处理(1)表格法。① 从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点，作为计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标明0、1、2、3、4…测量各计数点到0点的距离x，并填入表中。位置编号0123456时间t/sx/mv/m·s-1②分别计算出与所求点相邻的两计数点之间的距离Δx1、Δx2、Δx3…③利用某点的瞬时速度等于以它为中间时刻的一小段时间内的平均速度，求得各计数点1、2、3、4、5的瞬时速度，填入表格中。④根据表格中的数据，分析小车速度随时间变化的规律。2)图象法。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，偏差比较大的点舍弃不用，如图所示。③观察所得到的直线，分析小车速度随时间变化的规律。五、实验注意事项(1)打点计时器纸带限位器要与长木板的中心线对齐后再固定在长木板上，使纸带、小车、细绳和定滑轮在一条直线上。(2)牵引小车的钩码质量应在25g～100g为宜。若无钩码，也可以用沙子和小桶代替钩码，还可以用带盖小塑料瓶代替小桶。(3)开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。(4)先接通电源，计时器工作稳定后，再释放小车，当小车停止运动时及时断开电源。5)测量长度时要用长刻度尺对齐各计数点，在不移动刻度尺的前提下，读出各计数点对应的刻度值，然后求得各相邻计数点间的长度值，避免测量误差的积累。(6)在坐标纸上画v-t图象时，注意坐标轴单位长度的选取，使图象分布在坐标平面的大部分面积上。(7)画v-t图象时，不能用折线将坐标系中所描绘的点连接起来，而应该用一条平滑曲线(或直线)来“拟合”坐标系上所描出的点。当曲线不能通过所有点时，应使点均匀分布在曲线两侧。六、实验误差的来源(1)使用电磁打点计时器测小车的运动速度,多处摩擦会影响小车的运动,使用电火花计时器可较好地避免这些摩擦。(2)所使用的电源频率不稳定,导致计时误差。(3)纸带上计数点间距离的测量带来偶然误差，从而使计算出的瞬时速度有误差。(4)长木板各处的摩擦不均匀。(5)作出的v-t图线不准确。 【探究思考】1.开始释放小车时为何要求小车靠近打点计时器？打点完毕后为何要及时断开电源？2.计时点和计数点一样吗？一般如何选取计数点？这样选取的目的是什么？3.参看实验步骤(2)中：“……使细绳跨过滑轮，下边挂上适当的钩码……”其中，你对“适当的钩码”如何理解?【典例2】(xx·西宁高一检测)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，如图所示为记录小车运动情况的一条纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔T＝0.1s。(1)计算D、C、B各点的瞬时速度，vD＝______m/s，vC＝______m/s，vB＝______m/s。(2)在如图所示坐标系中作出小车的v-ｔ图象，并根据图象求出a＝______。(3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度是______，此速度的物理意义是______。【解析】(1)若时间较小，平均速度可以代替某点的瞬时速度。D点的瞬时速度=390cm/s=3.9m/s C点的瞬时速度=264cm/s=2.64m/sB点的瞬时速度=138cm/s=1.38m/s(2)由(1)中数据作出小车的v-t图象如图所示，由图线的斜率可求得它的平均加速度(3)将图线延长后，与纵轴的交点的速度约是v=0.12m/s，它表示小车经过A点时的速度。答案：(1)3.92.641.38(2)图见解析12.6m/s2(3)0.12m/s小车经过A点时的速度课后达标·训练1.关于用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”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靠近滑轮的一端B．开始实验时小车应放在靠近打点计时器的一端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2.在“探究小车速度随时间变化的规律”实验过程中，对减小实验误差来说，下列方法中有益的是()A．选取计数点作为研究对象，把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位B．使小车运动的加速度尽量小些C．舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰、点与点间隔适当的那一部分进行测量计算D．选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验3.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，下列关于作v-t图象的说法中正确的是()A.只要确定了v-t图象中的两点，就可以得到小车运动的v-t图象，因此，实验只需要测出两组数据B.作v-t图象时，所取的点越多，图线就越准确C.作出的v-t图象应该通过所有的点，图线曲折也可以D.对于偏离直线较远的点，说明误差太大，应舍去4.(xx·广安高一检测)在“探究小车速度随时间变化的规律” 的实验中，某同学的操作如以下步骤：A.拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处放开纸带，再接通电源B.将打点计时器固定在长木板上，并接好电路C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码D.取下纸带E.将长木板一端抬高，轻推小车，使小车能在长木板上做匀速运动F.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔其中错误或遗漏的步骤有(遗漏步骤可编上序号G、H…)_______________________________________________________________________________________________________________________________________。5.如图所示是某同学用打点计时器研究物体运动规律时得到的一段纸带，根据图中的数据，计算物体在AB段、BC段、CD段和DE段的平均速度大小，判断物体运动的性质．6.(xx·益阳高一检测)如图所示，某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点的时间间隔为T＝0.10s，其中x1＝7.05cm，x2＝7.68cm、x3＝8.33cm、x4＝8.95cm、x5＝9.61cm，x6＝10.26cm。(1)求计数点3处的瞬时速度的大小。(2)在图中坐标上作出小车运动的速度—时间图象，由图象求小车运动的加速度。