人教版必修第一册 第二章 1实验探究小车速度随时间变化的规律 学案.docx

L第二章匀变速直线运和的研究1实验:探究小车速度随时间变化的规律定位学习目标.通过实验探究物体运动的速度随时间变化的规律,提升实验设计、 处理信息、做出解释等科学探究方面的能力。为建构匀变速直线运动 的模型奠定基础。1 .描绘物体运动的v-t图像,并通过对拟合成的图像观察、思考，找出 物体速度变化的规律。2 .经历探究小车速度随时间变化的规律,体会研究直线运动的一般思 路。3 .学习借助计算机数表软件绘制v-t图像,并选择适当的函数拟合数 据,得到物体速度随时间变化的规律。一、实验原理.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， 用这段位移的平均速度表示这点的瞬时速度。1 .用v-t图像研究小车的速度变化规律：以速度v为纵轴、时间t为 横轴建立直角坐标系,用描点法画出小车的v-t图像，图线的倾斜程 度表示加速度的大小,如果v-t图像是一条倾斜的直线,说明小车的 速度是均匀变化的。二、实验器材打点计时器、交流电源、纸带、一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、 槽码、刻度尺、坐标纸。三、实验步骤1 .如图所示,把一端带有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上没有滑轮的一端,连接好电路。2 .把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，把纸带穿过打点计时器， 并把纸带的另一端固定在小车的后面。3 .把小车停在靠近打点计时器的位置,细绳下面挂上槽码,先接通计 时器电源,后释放小车,让小车拖着纸带运动,打点计时器就在纸带上 打下一行小点，随后,立即关闭电源。4 .增减所挂的槽码（或在小车上放置重物），更换纸带,再做两次实验。 四、数据处理.测量并记录数据选择一条比较理想的纸带,舍掉开头一些过于密集的点迹,找一个 适当的点当作计时起点（0点），每5个点（相隔0. 1 s）取一个计数点进 行测量,如图所示（相邻两点间还有四个点未画出）。标明0,1, 2, 3, 测量各计数点到0点的距离X., X2, X3,，并记录填入表中。位置编号0123456 t/S00. 10.20.30.40.50.6X/mx/mvi/ (m s-1)v2/ (m s-1)v3/ (m s ') 分别计算出相邻的两计数点之间的距离XI, X2, X3, -0(3)利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度计 算各计数点的速度，即V”二巴声。例如，图中计数点4的速度VL若。 并将求得的各计数点1, 2, 3, 4, 5, 6的瞬时速度填入上面的表格中标 有的一行。(4)同理,计算增减槽码后两次实验的速度,分别填入表格中标有“V2” 和的两行。1 .作出v-t图像分析运动规律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。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,偏差比较大的点忽略不计,如图所示。观察所得到的直线，分析小车的速度随时间变化的规律。(4)根据v-t图像求出小车运动的加速度a二号。t五、误差分析六、注意事项内容产生原因减小方法偶根据纸带测量的测量各计数点到起始点的距离,而不是直然位移有误差接测量相邻两计数点间的距离误描点作图不准确坐标轴的单位长度选取合适，使图像尽量差分布在较大的坐标平面内系 统 、口 陕差长木板的粗糙程度不完全相同尽量选用粗糙程度均匀的长木板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，打点计时器正常工作后,再释放小车,打点完成后应立 即关闭电源;为防止槽码落地及小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前 及时用手按住。3 .牵引小车的槽码个数要适当，以免加速度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,加速度 的大小以能在50 cm长的纸带上清楚地取得六七个计数点为宜。4 .要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸带上每 隔四个点取一个计数点，即时间间隔T=0. 02 sX5=0. 1 So.不要分段测量各段位移,应尽可能地一次测量完毕（可先统一量出 各计数点到计数起点0之间的距离）。读数时应估读到毫米刻度的下 一位。5 .在坐标纸上画v-t图像时,注意坐标轴单位长度的选取,应使图像 尽量有效利用坐标纸的面积。要点一实验原理与操作例1在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，某同学进行了 以下实验操作步骤，试找出其中的错误和遗漏的步骤（遗漏步骤可编 上序号G H、）。A.将打点计时器固定在长木板无滑轮的一端,并接好电路。B.拉住纸带,将小车移到靠近打点计时器的一端后,放开纸带,再接通 电源。C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面挂上适当的槽码。D.取下纸带,再断开电源。E,将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔。F.从所打的纸带中选取理想的纸带进行测量分析。错误和遗漏：；。正确的操作步骤顺序为。解析:正确的实验步骤是,把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没有滑轮的一端,并连好电路,把一条 细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，另一端挂上合适的槽码,把穿过打 点计时器的纸带固定在小车后面，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。即正确顺序为AECBDGFo 答案:B中应先接通电源,再放开纸带D中应先断开电源,再取下纸带G.换上新纸带,重复实验两次AECBDGF即时训练1（多选）在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验 中，下列方法有利于减小实验误差的是（ACD ）A.选取计数点,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.舍去纸带上开头过于密集的点,利用点迹清晰、间隔适当的那一部 分进行测量、计算D.适当增加挂在细绳下槽码的个数解析:实验中应区别打点计时器打出的计时点与人为选取的计数点， 通常每隔4个计时点选1个计数点,这样计数点间的距离大些,测量时 相对误差较小,A选项正确；小车的加速度应适当大些,在纸带上计数 点间的距离大，测量的相对误差较小,B选项错误;舍去纸带上开头过 于密集的点，利用点迹清晰、间隔适当的那一部分进行测量、计算， 这样测量的相对误差较小,C选项正确;适当增加挂在细绳下槽码的个 数,可以让点的距离适当大些,有利于减小误差,D选项正确。要点二数据处理与分析例2在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器 使用的交流电源的频率为50 Hz,记录小车运动的一段纸带如图甲所 示,在纸带上选择A、B、C、D、E、F六个计数点，相邻两计数点之间 还有四个点未画出。（1）由纸带提供的数据求出打下点c、E时小车的速度,填入表格中。计数点序号BCDE对应的时刻t/s00. 10.20. 3小车的速度v/ （m s-1）0. 250. 45根据表中的数据,在图乙中作出小车运动的v-t图像。根据作出的v-t图像可得小车运动的加速度为m/s2。解析：（1）相邻两计数点间还有四个点未画出，则相邻两计数点间的时间间隔 35T=0.10 So vfo 二型二Mo. 352 t2 tm/s, Ve二无产二翳二”二0. 55 m/so作出的v-1图像应为一条倾斜的直线，如图所示。（3）由图像可求得加速度好等L0 in/s2ot答案：（1）0. 35 0. 55 （2）图见解析（3） 1.0即时训练2（多选）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图像的说法正确的是（BD ）A.只要确定了 v-t图像中的两点,就可以得到小车运动的v-t图像，因此,实验只需要测出两组数据B.作v-t图像时,所取的点越多，图像就越准确C.作出的v-t图线应该通过所有的点;，图线弯折也可以D.对于偏离直线较远的点，说明误差太大,应舍去 解析:作v-t图像时,实验数据越多,选取的点越多，作出的图像就越 准确,故A错误,B正确;V-t图线为一条直线,应使其通过尽可能多的 点,误差较大的点应舍去,故C错误,D正确。要点三实验拓展与创新例3 一小球在桌面上从静止开始做加速运动,现用高速相机在同一 底片上多次曝光，记录下小球每次曝光的位置,并将小球的位置编号。 如图甲所示，位置1恰为小球刚开始运动的瞬间，作为零时刻。相机连 续两次曝光的时间间隔均为0. 5 s,小球从位置1到位置6的运动过 程中经过各位置的速度分别为v）=0, v2=0. 06 m/s, V3最接近m/s, v4=0. 18 m/s, V5最接近m/so在图乙中作出小球的速度一时间图 像（保留描点痕迹）。解析：由题图甲可知，X2+X3=O.12 m,则%=o. 12 m/s;2T 2x0. 5s又x4+x5=0.24 m,则窄"兽等=0. 24 m/s。作出小球的速度一时 间图像如图所示。答案:0.12 0. 24图见解析即时训练3 一同学利用气垫导轨测定滑块的加速度,滑块上安装 了宽度1=3. 0 cm的遮光条,如图所示,滑块在钩码的牵引作用下先后 通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过第一个光电门 的时间为At=0. 30 s,通过第二个光电门的时间为At2=0.10 s,遮光 条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为t=4. 0 So试估算:滑块经过第一个光电门时的速度大小V尸m/s;在滑动过程中,滑块的加速度大小"mA?。(结果保留2位小数)解析:滑块经过第一个光电门的速度v尸4=鬻F=0. 10m/s,滑块经过 0. 30s第二个光电门的速度V2=-=鬻F=0. 30 m/s,由加速度的定义式得 t2 0- 10sv (0. 30-0. 10)m/s 八八l / 2a二一二=0. 0o m/s。At 4. Os答案:0.10 0. 05