2.1探究小车速度随时间变化的规律学案--高一上学期物理人教版（2019）必修第一册.docx

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1、第二章 匀变速直线运动的研究第1节 实验：探究小车速度随时间变化的规律知识点1实验探究过程1、实验目的（1）进一步练习打点计时器的使用、纸带数据的处理和瞬时速度的测量方法。（2）用打点计时器研究小车在重物牵引下的运动，探究小车速度随时间变化的规律。（3）能运用v-t图像探究小车速度随时间变化的规律。2、实验原理（1）利用打点计时器打出的纸带上记录的信息，通过公式可计算出各时刻的瞬时速度。（2）利用描点法作出小车的v-t图像，根据图像判断小车的运动性质。（3）利用v-t图像计算小车的加速度。3、实验器材小车、细绳、槽码、一端附有定滑轮的长木板、电磁打点计时器、低压交流电源、导线若干、纸带、刻度尺

2、等。4、实验步骤（1）把一端附有定滑轮的长木板放在桌面上，并使定滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在木板上远离定滑轮的一端，连接好电路，如图所示。（2）把细绳拴在小车上，使细绳跨过定滑轮，并在下面挂上合适的槽码，接通电源，待打点计时器打点稳定后再放开小车，让小车拉着纸带运动，打完一条纸带后立即关闭电源。（3）换上新纸带，再重复操作两次。（4）在三条纸带中选择一条最清晰的，舍掉开头一些过于密集的点，找一个适当的点作为计时起点。（5）选择连续的相隔0.1s的若干计数点进行测量，把数据填入事先设计好的表格中。（6）计算出各计数点的瞬时速度，填入表格中。（7）增减所挂槽码数，再做两次实验。5、注意事项（1

3、）开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。（2）先接通电源，待打点计时器打点稳定后再放开小车，当小车停止运动时应及时断开电源。（3）要防止槽码下落时小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前应及时用手按住它。（4）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差别不大，从而使误差增大。（5）要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸带上每五个点取一个计数点，即时间间隔为T0.025s0.1s（6）不要逐次测量各段位移，可测量出各个计数点到计时起点的距离，然后计算出两个相邻计数点间的距离。（7）最好用坐标纸作图，在纵、横轴上选取合适的单位，用细铅笔认真描点

4、、连线。6、误差分析（1）木板不同部位的粗糙程度不同。（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v-t图像时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差。例题：1、在“探究小车速度随时间变化规律”的实验时：A拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先放开纸带然后再打点计时器的接通电源B将打点计时器固定在平板上，并接好电路C把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着重量适当的钩码D断开电源，取下纸带E将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔F换上新的纸带，再重复做三次以上实验步骤中有错误的是 ，应改为 ，实验步骤合理的顺序是： 。 2、（多选）在“研究匀变速直线运动”

5、的实验中，下列方法有助于减少实验误差的是 。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知识点2实验数据处理1、纸带的选取从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头一些比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点来作为计时起点。为计算方便和减小误差，通常用连续打五个点的时间作为时间间隔，即T0.1s2、采集数据的方法测量各个计数点到计时起点的距离x1、x2、x3如图所示，然后计算出两个相邻计数点间的距离x1x1、x2x2-x1、x3x3一x2这样可

6、以减小相对误差。3、速度的计算方法各计数点的瞬时速度用平均速度来代替，即，（t为相邻两个计数点之间的时间间隔）将各计数点对应的时刻及瞬时速度填入下表中：计算点位置编号n12345时间t/s0.10.20.30.40.5对应计数点的速度v/（ms-1）4、作v-t图像以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，根据表中的数据，选定合适的坐标标度，在直角坐标系中描点，用平滑的曲线连接描绘出的各点，要使尽可能多的点分布在线上，不在线上的点应大致分布在线的两侧，个别偏离较远的点往往是因为错误造成的，应舍去不用。得出的v-t图像如图所示。5、探究运动规律（1）直接分析图像的特点实验得出小车运动的v一t图

7、像是一条倾斜的直线，当时间增加相同的值t时，速度也会增加相同的值v。由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化。（2）分析得出函数关系式既然小车的v-t图像是一条倾斜直线，那么v随t变化的函数关系式为vktb，这种关系称为线性关系。例题：某同学在做“研究匀变速直线运动”的实验时，使用电火花计时器作计时工具（1）电火花计时器正常工作时，其打点的周期取决于（ ） A 交流电压的高低 B 交流电的频率C 计数点间隔大小的选择 D 纸带拖动的速度（2）该同学的部分实验操作步骤如下：A测量完毕，关闭电源，取出纸带B接通电源，后放开小车C将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连D把打点计时器固定在平板上

8、，让纸带穿过限位孔上述实验步骤的正确顺序是： （用字母填写）（3）该同学得到一条用打点计时器打下的纸带，如图1所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F等6个计数点（每相邻两个计数点间还有4个打点计时器打下的点，本图中没有画出），打点计时器接的是“220V、50Hz”的交变电流如图，他将一把毫米刻度尺放在纸带上，其零刻度和计数点A对齐打点计时器在打B、C、D、E各点时物体的瞬时速度如下表：VBVCVDVE0.12m/s0.16m/s0.25m/s从图中可先读出CE两点间距为 cm，再来计算vD= m/s （计算结果保留两位有效数字）根据中得到的数据，试在图2中所给的坐标系中，画出v-t图象，要求

9、：计数点A作为0时刻，并从中可得出物体的加速度a= m/s2（保留两位有效数字）如果当时电网中交变电流的频率低于50Hz，而做实验的同学并不知道，那么由此引起的系统误差将使加速度的测量值比实际值偏 （填“大”或“小”）能力拓展 由纸带求加速度的方法如图所示的纸带上各计数点1，2，3，4，5，所对应的速度分别是v1，v2，V3，v4，v5，T为计数点间的时间间隔。1、平均值法，求加速度的平均值 从结果看，真正参与运算的只有V1，和Vn1，中间各点的瞬时速度在运算中都未起作用。2、逐差法分别以1、4，2、5，3、6的速度计算加速度，即则这样使各点的瞬时速度都参与了运算，可减小误差。比较以上两种方法

10、，逐差法比平均值法好，一般不用平均值法。3、图像法由多组数据描绘出v-t图像，v-t图像的直线斜率即为物体运动的加速度。以上三种方法中，最准确、科学的是图像法，不过它较烦琐一点。4、等效替代法（粘贴法处理纸带）鉴于纸带的宽度相同，可以选择一条清晰的纸带，标上计数点，然后将纸带从相邻的计数点剪下，连续剪下45段，然后按顺序将底边对齐并列贴在有格子的纸上，如图所示，纸带的排列呈阶梯状，这种排列也反映了物体运动的规律，因为每段的长度对应物体相等时间内的位移，所以纸带的长度正比于运动速度，而纸带的宽度等效为时间，纸带长度均匀增加，因此这个图像可以等效为物体运动的u-t图像。从图中可看出物体的运动速度均

11、匀增加。1、如图是小球沿斜面滚下的频闪照片，照片中每两个相邻小球像的时间间隔是0.1s，这样便记录了小球运动的时间，小球运动的位移可以用刻度尺测量（1）试作出小球滚下过程的v-t图象；（2）求出小球滚下过程的加速度2、做匀速直线运动的小车，牵引一条通过打点计时器的纸带，交流电源的频率是50Hz，由纸带上打出的某一点开始，每5个点剪下一段纸带。如图所示，每一小段纸带的一端与x轴相重合，两边与y轴平行，将纸带贴在坐标系中。（1）仔细研究图，找出小车在相邻时间内位移存在的关系。（2）设t=0.1s，请画出该小车的v-t图象。（3）根据图象求其加速度。易错防范在研究匀变速直线运动的实验中，算出小车经过

12、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/（cm/s）44.062.081.0100.0110.0168.0为了算出加速度最合理的方法是（ ）A.根据任意两个计数点的速度，用公式算出加速度B.根据实验数据画出v-t图象，量出其倾角，用公式a=tan算出加速度C.根据实验数据画出v-t图象，由图线上任意两点所对应的速度及时间，用公式求出加速度D.根据实验画出v-t图象，由图线上相距较远的两点所对应的速度及时间，用公式求出加速度高考真题某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究。物块拖动纸带下滑，

13、打出的纸带一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。在A、B、C、D、E五个点中，相邻两点间的时间间隔是 s。在打出D点时物块的速度大小为 m/s（保留3位小数）；物块下滑的加速度大小为 m/s2（保留3位有效数字）。课后训练1、根据已打出的纸带，不用公式计算就可以直接得出的物理量（）时间间隔位移加速度平均速度ABCD2、（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

14、图象时，所取的点要适当的多，不能太少C作出的v一t图线应该通过所有的点，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3、关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作，下列说法不正确的是（ ）A长木板不能一端高一端低B在释放小车前，小车应靠近打点计时器C应先接通电源，待打点计时器开始打点后再释放小车D每打完一条纸带，应及时切断电源4、为了测定气垫导轨上滑块的加速度，滑块上安装了宽度为3.0cm的遮光板，如图所示，滑块在牵引力作用下先后匀加速通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为t1=0.30s，通过第二个光电门的时间为t2=0.10s，遮光板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=3.0s试估算：遮光板通过第一个光电门时滑块的速度大小为 ，遮光板通过第二个光电门时滑块的速度大小为 ，滑块的加速度大小为 （结果保留2位有效数字）学科网（北京）股份有限公司学科网（北京）股份有限公司学科网（北京）股份有限公司