高中物理人教版必修1学案：2.1探究小车速度随时间变化的规律.pdf

2.1 探究小车速度随时间变化的规律 学案【学习主题】探究小车速度随时间变化的规律。【设计者】崔永胜【学习目标】1、巩固打点计时器的使用、纸带数据处理和测量瞬时速度的方法。2、通过实验研究，体验如何从实验研究中获取数据，学会利用图像处理实验数据的科学方法。3、知道小车在重物牵引下运动速度随时间变化的规律。【评价任务】1、图象法研究速度随时间变化的规律。2、对运动的速度随时间变化规律的探究。【学法建议】练习使用打点计时器得到重物牵引下运动速度随时间变化的实验，并对实验数据处理规律的探究。【学习过程】一、探究目的探究小车在重物牵引下的运动，研究小车速度随时间的变化规律。二、实验猜想：小车的速度随时间变化有几种可能：二、实验器材学生电源、导线、打点计时器、小车、钩码、一端带有滑轮的长木板、带小钩的细线、纸带、刻度尺、坐标纸等三、实验设计测量出不同时刻的物体运动速度的方法是：四、实验问题一：打点计时器结构如何？问题二：用打点计时器测小车的速度所需哪些实验器材、实验步骤？1.步骤：（附有滑轮的长度板平放在实验桌上，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.用一条细绳栓住小车使细绳跨过滑轮，下边挂上适量的钩码，让纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的上面。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。换上新的纸带，重复实验三次。问题三：本实验特别要注意哪些事项？1.固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置。2.滑轮不能过高。3.钩码数量不能过多，长木板两端高低相差不能太大。4.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。5.先接通电源，计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源。6要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时用手按住它。五、处理数据问题四：怎样分析和选取纸带上的点？1.纸带要选择打出的点清晰的2.舍掉开始过于密集的点3.用每打 5 个点的时间为时间单位选取计数点，即 T这样既可方便计算，又可减少误差。（也可取多个间隔为一个计数间隔时间要看具体情况灵活选定；原则上能取六、七个计数点为宜。）参考表格一：计数点编号0123456时间 t(s)00.10.20.30.40.50.6相邻两计数点间S01S12S23S34S45S56距离 s(m)对应计数点速度 m/s参考表格二：4.不要直接去测量两个计数点的距离而是要测量出各个计数点到计时零点计数点编号0123456时间 t(s)00.10.20.30.40.50.6各计数点到 0 的距离 s(m)相邻计数点的距离 S(m)S01S12S23S34S45S56各计数点速度(m/s)v1=v2=v3=v4=v5=的距离。5.速度的计算方法：各计数点的瞬时速度是用计数点内的平均速度来代替：v1=01122ssTv2=12232ssT六、画速度时间图象问题五：如何处理计算出来的数据？图象法：运用图象来处理物理实验数据，这是一个难点，作图象时要标明横纵坐标轴代表的物理意义，选择合适的标度，以各点为纵轴，让为横轴，根据所得数据，描点：观察和思考点的分布规律。从点的分布可以有很大把握地说这些点应该在一条直线上，用直线拟合，让尽可能多的点处在直线上，不在直线上的点应分布在直线两侧。问题六：从图上可以看出小车的速度随时间怎样变化？从函数关系：v=kt+bv 与 t 线性关系。小车的速度随时间均匀增加（变化）小车做匀变速(a 不变)的直线运动问题七：如何根据速度时间图象（vt 图象）求小车的加速度和初速度？取任意两组数据求出v 和t，然后代入求解。在 v-t 图象上取一段时间t（尽量取大一些），找出两个时刻对应的坐标值求出v，代入vt 求解。哪一种方法更好？（画图时让不在直线上的点尽可能等量地分布在直线两侧，就是为了使偏大或偏小的误差尽可能地抵消，所以图象也是减小误差的一种手段，也就是说应该用图象上的点，而不是用实验所得到的数据）七、实验报告1.原始数据（纸带）2.数据处理3.v-t 图像八、创新拓展1、某同学用以下方法绘制的小车的 v-t 图象，先把纸带每隔 0.1s 剪断，得到若干短纸条，再把这些纸条并排贴在一张纸上，使这些纸条下端对齐，作为时间轴，标出时间，最后将纸条上端中心连起来，于是得到 v-t 图象。请你按以上办法绘制这个图象。这样做有道理吗？说说你的看法。（剪下的纸条长度表示 0.1 秒时间内位移大小，可近似认为速度 v=0.1x，纸条长度可认为表示速度。）2、某组同学实验过程中将固定打点计时器一端的木板垫高，使木板有一倾斜角度，是否对实验结果有影响？画出的图象有什么不同？（无；图象与时间轴的夹角不同）【学后反思】1.请回顾你从实验设计、实验操作、现象观察记录到思考总结的探究过程，你能不能掌握这种科学探究 解决问题的程序和方法，并在以后的探究活动中主动运用这种程序和方法？写下你的体会。2.关于本节课的学习或是其他与物理相关的知识的学习，你有什么疑问需要找老师交流的吗？如果有，也请写下来。【随堂作业】1.在探究小车速度随时间变化规律的实验中，下列哪些器材是本实验必须的？（）打点计时器 天平 低压直流电源 细绳 纸带 小车 钩码 秒表一端有滑轮的长木板达到实验目的还需器材是：2.在实验“探究小车速度随时间变化的规律”中，我们采用的正确方法是：（）A.舍掉开头过于紧密的点，找一个适当的点当作计时起点。B.为了实验精确，选取纸带上第一个点作计时起点C.每相邻计数点的时间间隔只能取 0.1s。D.每相邻计数点的时间间隔可视打点密度而定，可取 0.02s、0.04s、n0.02s均可。3.图中给出了从 0 点开始每 5 个点取一个计数点的纸带。0，1，2，3，4，5，6均为计数点。（每两个计数点间有 4 个点未画出）。S1=1.40cm；S2=1.90cm；S3=2.38cm；S4=2.88cm；S5=3.39cm；S6=3.78cm，那么计时器在打出 1，2，3 等点时小车的速度分别为；v1=cm/s；v2=cm/s；v3=cm/s；v4=cm/s；v5=cm/s在坐标纸上画出 v-t 图象；分析小车的速度随时间变化的规律。S1S2S3S4S5S6【课后作业】1如图所示是同一打点计时器打出的 4 条纸带，哪条纸带的加速度最大()2本实验中，所用电源为 50 Hz 交流电，关于计数点间时间间隔的下列说法中正确的是()A每隔 4 个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为 0.10 sB每隔 4 个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为 0.08 sC每隔 5 个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为 0.10 sD每隔 5 个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为 0.08 s3运动小车拖动的纸带经过电火花计时器后，在纸带上留下的点中有 6 个连续清晰的点，测出这 6 个点的第 1 点到第 6 点的距离为 18 cm，则()A小车运动的平均速度为 0.03 m/sB小车运动的平均速度为 1.5 m/sC小车运动的平均速度为 1.8 m/sD小车运动的平均速度为 180 m/s4(多选)如图所示为某次实验中打出的一条经过处理后的纸带，图中 O 为小车运动的起始点，A 为所选取的第一个计数点，O 点到 A 点之间有部分点不清晰，相邻两个计数点之间有 4 个点未画出，电源频率为 50 Hz，用毫米刻度尺测量后可直接算出()A从 O 点到 F 点运动的时间B从 A 点到 F 点运动的平均速度vCC 点的瞬时速度 vCDG 点的瞬时速度 vG5(多选)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列方法中有助于减小实验误差的是()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舍去纸带上开始时密集的点，只利用点迹清晰、点间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钩码的个数6在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，使用电火花计时器(所用交流电的频率为 50 Hz)，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 4 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从纸带上不可能求出计数点 C 对应的速率C从纸带上可以求出计数点 B 对应的速率D相邻两个计数点间的时间间隔为 0.02 s7在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法中正确的是()A长木板一定要水平摆放B使用刻度尺测量长度时，不必估读C使用刻度尺测量长度时，要估读到最小刻度的下一位D作 vt 图象时，所描线必须经过每一个点8在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，算出小车经过各计数点的瞬时速度如下：计数点序号123456计数点对应的时刻/s0.10.20.30.40.50.6通过计数点时的速度/(cms1)44.062.081.0100.0110.0168.0为了算出加速度(不变)，合理的方法是()A根据任意两个计数点的速度，用公式 avt算出加速度B根据实验数据画出 vt 图象，量出其倾角，由公式 atan算出加速度C根据实验数据画出 v t 图象，由图线上间隔较远的两点所对应的速度，用公式 avt算出加速度D依次算出通过连续两个计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度9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定滑轮的一端，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，并使定滑轮伸出桌面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10在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器接在 50 Hz 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)，如图 1 所示。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。(1)请你在 XOY 坐标系中用最简洁的方法作出能表示 vt 关系的图线(在图 2 中作答)，并指出哪个轴相当于 v 轴？_。(2)从第一个计数点开始计时，为了求出 0.15 s 时刻的瞬时速度，需要测出哪一段纸带的长度？_。(3)若测得 a 段纸带的长度为 2.0 cm，e 段纸带的长度为 10.0 cm，则可求出加速度的大小为_ m/s2。11如图甲所示，用打点计时器记录小车的运动情况。小车开始在水平玻璃板上运动，后来在薄布面上做减速运动。所打出的纸带及相邻两点间的距离(单位：cm)如图乙所示，纸带上相邻两点间对应的时间间隔为 0.02 s。试用作图法(vt图象)求出小车在玻璃板上的运动速度。【参考答案】随堂作业：1.，（6V 以下低压交流电源，刻度尺）2.AD3.v1=16.50cm/s；v2=21.40cm/s；v3=26.30cm/s；v4=31.35cm/s；v5=36.30cm/s；略；小车的速度随时间均匀增加。课后作业1.A2.A3.C4.BC5.ACD6.C7.C8.C9.DBAFEGC10.答案(1)vt 图线见解析图y 轴相当于 v 轴(2)b 段(3)2.011.答案0.85 m/s解析:设对应点 1、2、3、4、5 的瞬时速度分别为 v1、v2、v3、v4、v5，则有以速度为纵坐标，以时间为横坐标建立直角坐标系。用描点法作出小车在薄布上做减速运动时的 vt 图象。将图象延长，使其与纵轴相交，如图所示。由图象可知，小车做减速运 D 动的初速度为 0.85 m/s，即为小车在玻璃板上的运动速度。