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

1 实验：探究小车速度随时间变化的规律一、实验目的1．进一步练习使用打点计时器．2．利用vt图象处理数据，并据此判断物体的运动性质．3．能根据实验数据求加速度．二、实验原理1．利用打点计时器所打纸带的信息，代入计算式vn＝，即用以n点为中心的一小段时间间隔的平均速度代替n点的瞬时速度．2．用描点法作出小车的vt图象，根据图象的形状判断小车的运动性质．若所得图象为一条倾斜直线则表明小车做匀变速直线运动．3．利用vt图象求出小车的加速度．三、实验器材打点计时器、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源.一、实验步骤1．如图211所示，把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．图2112．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上钩码，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．二、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、…，如图212所示．图212(2)依次测出01、02、03、04、…的距离x1、x2、x3、x4、…，填入表中.位置123456长度x1x2x3x4x5x6各段长度0～21～32～43～54～6时间间隔v/(m·s－1)(3)1、2、3、4、…各点的瞬时速度分别为：v1＝、v2＝、v3＝、v4＝、….将计算得出的各点的速度填入表中．(4)根据表格中的数据，分析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，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如图213所示．图213(3)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律． (4)根据所画vt图象求出小车运动的加速度a＝.三、误差分析1．木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀．2．根据纸带测量的位移有误差，从而计算出的瞬时速度有误差．3．作vt图象时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差．四、注意事项1．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器．2．先接通电源，等打点稳定后，再释放小车．3．打点完毕，立即断开电源．4．选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少秒．5．要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰，当小车到达滑轮前及时用手按住．6．要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点，一般在纸带上每隔4个点取一个计数点，即时间间隔为t＝0.02×5s＝0.1s.7．在坐标纸上画vt图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象尽量分布在较大的坐标平面内．实验探究1 实验过程与实验操作 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，按照实验进行的先后顺序，将下述步骤的代号填在横线上．A．把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面B．把打点计时器固定在长木板没有滑轮的一端，并连好电路C．换上新的纸带，再重做两次D．把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面E．使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动F．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码G．断开电源，取出纸带【解析】  实验步骤可简化为放置→固定→连接→先接后放→开始实验→重复实验．把长木板平放在实验桌上，把打点计时器固定在木板的一端，并连好电路．把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面，在小车上拴上吊着钩码的细绳，然后使小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，再放开小车．让小车运动，打完一条纸带，断开电源，取下纸带．换上新纸带，再重做两次．【答案】 DBAFEGC实验探究2 利用vt图象求加速度 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图214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214(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.(2)在图215所示的平面直角坐标系中作出速度—时间图象．图215【导学号：57632024】(3)分析小车运动速度随时间变化的规律．【解析】 (1)由题意可知，两相邻的计数点之间的时间间隔为T＝0.02×5s＝0.1s，对应各点速度分别为v1＝＝cm/s＝16.50cm/sv2＝＝cm/s＝21.40cm/sv3＝＝cm/s＝26.30cm/sv4＝＝cm/s＝31.35cm/sv5＝＝cm/s＝36.30cm/s.(2)利用描点法作出vt图象如图所示． (3)小车运动的vt图象是一条倾斜向上的直线，说明速度随时间均匀增加，它们呈“线性关系”．【答案】 (1)16.50 21.40 26.30 31.35 36.30 (2)见解析图 (3)速度随时间均匀增加图象法处理数据时的两点注意1．作图时，要用平滑曲线将这些点连起来，要让尽可能多的点分布在线上，不在线上的点均匀分布在直线两侧，离线较远的点删去，注意不可用折线连接．2．利用vt图象求加速度时，应选用直线上相距较远的两个点来求直线的斜率，即加速度．不能采用量出点线的倾斜角，然后求出其正切值的方法来计算加速度，因为该倾斜角还与坐标轴的标度有关．