人教版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

2.1实验：探究小车随时间变化的规律学习目标1、进一步熟练打点计时器的使用。2、加深学习利用纸带求某时刻瞬时速度的方法。3、进一步提高用描点法作图的能力。重点难点1、图像法研究速度随时间变化的规律。（重点）2、学习利用纸带球某时刻瞬时速度的方法。（重点）3、对运动的速度随时间变化规律的探究。（难点）自主探究一、实验器材（1）本实验用到的实验器材有________________________。二、实验原理（1）利用纸带计算瞬时速度；以纸带上某点为中间时刻取一小段位移，用这段位移的______表示这点的瞬时速度。（2）用v-t图像表示小车的运动情况；以速度v为_____、时间t为_____。建立直角坐标系，用描点法画出校车的v-t图像。图线的______表示加速度的大小，如果v-t图像是一条倾斜的直线，说明小车的速度______的。三、实验步骤（1）如图所示，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没有滑轮的一端，连接好电路。（2）把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下面挂上适当的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端连在小车的后面.（3）把小车停在靠近打点计时器的位置，先______,后________（填“接通电源”或“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行小点，随后立即关闭电源。 （4）换上新纸带，重复操作两次。四、数据处理（1）如图所示，一般不是直接测量相邻两个计数点间的距离，而是先测量出各个计数点到计时零点的距离X1、X2、X3、X4、X5，在计算出相邻的两个计数点的距离，△X1=X2,△X2=X2-X1,△X3=X3-X2,△X4=X4-X3,△X5=X5-X4.Δx＋ΔxΔx＋Δx（2）各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替，即v＝12，v＝23，…T12T22T为相邻两个计数点间的时间间隔，若交流电源频率为50Hz，每5个点取一个计数点(中间隔4个点)，则T＝0.1s.设计表格并记录相关数据位置编号123456时刻t/s0.10.20.30.40.50.6v/(m·s－1)（3）作出小车运动的v－t图象定标度：坐标轴的标度选取要合理，应使图象大致布满坐标纸.描点：在坐标纸上描出各个坐标点的位置.连线：用一条平滑的曲线或直线“拟合”这些点.（4）分析数据并求出加速度如果画出的v－t图象是一条倾斜的直线，说明小车做速度均匀变化的直线运动._____________表示开始计时时小车的速度——初速度.在v－t图象上任意取两个间隔较远的点(这两个点不一定是我们表格中已测得的点)，找出它们的坐标值，然后把它们的坐Δv标值代入公式a＝中求出加速度，即用图线的____求加速度.Δt五、注意事项（1）开始释放小车时，应使小车___(填“靠近”或“远离”)打点计时器.（2）先______，等打点稳定后，再_______(填“接通电源”或“释放小车”).（3）选取一条点迹清晰的纸带，舍掉开头点迹密集部分，选取适当的计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少.（4）在坐标纸上画v－t图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象大致布满坐标纸.探究思考 一、实验器材和操作错误!错误!【典例一】1、某同学按图所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验.(1)图中仪器A叫做________计时器，使用220V________电源(选填“交流”或“直流”)，释放小车前，小车应停在________(填“靠近”或“远离”)仪器A的位置.(2)使用打点计时器来分析小车运动情况的实验中，有以下基本步骤：A.松开纸带让小车带着纸带运动B.穿好纸带C.把计时器固定好D.接通电源，进行打点以上步骤的正确顺序是________.解题思路：(1)题图中仪器A叫做电火花计时器，使用220V交流电源，实验过程中，放开小车前，小车要靠近打点计时器；(2)使用打点计时器来分析小车运动情况的实验中，基本步骤为：先把计时器固定好，穿好纸带，再接通电源，进行打点，之后松开纸带让小车带着纸带运动，故正确的顺序是CBDA.答案：(1)电火花交流靠近(2)CBDA二、实验数据处理【典例二】2、在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图所示为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(A点为第一个点)，相邻计数点间的时间间隔T＝0.1s.(1)根据________计算各点的瞬时速度，则v＝______m/s，v＝________m/s，v________m/s.DCB(2)在如图所示坐标系中画出小车的v－t图线，并根据图线求出a＝________. （3）将图线延长与纵轴相交，交点的速度的物理意__________________________________。解题思路：（1）根据一段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度。打D点时小105.627.6车的瞬时速度：v102m/s3.9m/s；打C点时小车的瞬时速度：D0.260.33.7v102m/s2.64m/s；打B点时小车的瞬时速度：C0.227.6v102m/s1.38m/sB0.2（2）有上述数据作出小车的v-t图像如图所示：v4.00.15由图像斜率可得小车的加速度为：a12.8m/st0.3（3）将图像延长与纵轴相交，交点意义是零时刻小车经过A点的速度。答案：（1）平均速度，3.9；2.64；1.38；（2）如上图所示，12.8m/s²；（3）零时刻小车经过A点的速度。随堂训练1、关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作，下列说法正确的是（）A．长木板不能倾斜，也不能一端高一端低B．在释放小车前，小车应紧靠近打点计时器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、在“测定匀变速直线运动的加速度”实验中,使用电磁打点计时器(所用交流电的频率为50Hz)得到如图所示的纸带。图中的点为计数点,相邻两计数点间还有四个点未画出来,下列表述正确的是()A.实验时应先放开纸带再接通电源B.相邻两个计数点间的时间间隔为0.1sC.可表示出最接近计数点B对应的速率D.相邻两个计数点间的时间间隔为0.02s3、在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，打点计时器使用的交流电的频率为50Hz，记录小车做匀变速运动的纸带如图所示，在纸带上选择0、1、2、3、4、5六个计数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出，纸带旁并排放着带有最小分度为毫米的刻度尺，刻度尺的零点跟“0”计数点对齐，由图读出三个计数点1、3、5到0点的距离d、d、d，填入下123列表格中．距离ddd123测量值/cm计算小车通过计数点“2”的瞬时速度为v＝________m/s；小车的加速度是a＝________2m/s2(保留两位有效数字)．4、在用打点计时器“测定匀变速直线运动的加速度”实验中:1.所用实验器材除电磁打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端带有滑轮的长木板、绳、钩码、导线及开关外,在下面的器材中,必须使用的还有___________(填选项代号)A.电压合适的交流电源B.电压合适的直流电源C.刻度尺D.停表E.天平2.某同学将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上,实验时得到一条纸带,纸带上O、A、B、C、D、E为计数点,每相邻两个计数点间还有4个点没有画出. 由纸带可知,打C点时小车的速度v__________m/s(结果保留三位有效数字).C3.若实验时,电源频率略低于50Hz,但该同学仍按50Hz计算小车的速度,则测量得到的小车速度与真实速度相比将_______________(填“偏大”“偏小”或“不变”).5、某同学在用小车做“测定匀变速直线运动的加速度”实验时，从打出的若干纸带中选出了如图所示的一条(每两点间还有四个点没有画出来)，上部的数字为相邻两个计数点间的距离。打点计时器的电源频率为50Hz。(1)计算出打下B点时小车的瞬时速度：v=_________m/sB(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的瞬时速度，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图象，量取其倾角，由公式a=tanα求出加速度C、根据实验数据画出v-t图象，由图象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(3)除了上面那种方法，我们还可以用逐差法计算小车的加速度，那么小车运动的加速度的计算表达式为__________________，加速度的大小为_____________m/s2。(结果保留两位有效数字)6、某同学用如下图甲所示的实验装置探究物体的速度与时间的关系： (1)实验时，使小车靠近打点计时器，先________再________．(填“接通电源”或“放开小车”)(2)若所接电源的频率是50Hz，则每隔________秒打一个点．(3)图乙是绘出的小车速度—时间关系图线，根据图线求出小车的加速度为a＝________m/s2.(保留三位有效数字)