【创新设计】高中物理 2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律学案 新人教版必修1.doc

1实验：探究小车速度随时间变化的规律目标定位1.进一步练习使用打点计时器并会利用平均速度求瞬时速度.2.会利用vt图象处理实验数据.3.尝试用vt图象表示运动规律1实验原理：由纸带还可以间接测量瞬时速度，方法是以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2实验器材：打点计时器、交流电源、纸带、一端附有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、坐标纸3用vt图象表示小车的运动情况：以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，把小车不同时刻的速度进行描点，然后用平滑的曲线(包括直线)连接这些点想一想：若在描点作速度时间图象时，有个别点偏离大致位置较远，该怎么处理这些点？答案在描点作图时，让图线通过尽可能多的点，不在图线上的点均匀分布在图线的两侧，偏差较大的点舍去一、实验步骤1如图211所示，把一端附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，下面挂上适当的钩码，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把小车停在打点计时器处，先接通电源，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系列小点，随后立即关闭电源4换上新纸带，重复实验三次二、数据处理1表格法(1)从几条纸带选择一条点迹最清晰的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212所示(相邻两点间还有四个点未画出)标明0、1、2、3、4，测量各计数点到0点的距离x，并记录填入表中图212(2)分别计算出相邻的两计数点之间的距离x1、x2、x3.(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，即vn.例如，图中计数点4的速度v4.并将求得的各计数点1、2、3、4、5的瞬时速度，填入上面的表格中(4)根据表格的数据，分析速度随时间怎么变化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)根据画出的vt图象求出小车运动的加速度a.三、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，适当舍弃点迹密集部分，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5要逐次测量各段距离，应尽可能地一次测量完毕6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坐标平面中央例1在“探究小车的速度随时间变化的规律”的实验中，某同学操作过程中有以下实验步骤：a拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源；b将打点计时器固定在长木板上，并连接好电路；c把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着适当重的钩码，放手后看小车能否在木板上做平稳的加速运动；d取下纸带；e把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使附有定滑轮的一端伸出桌面；f将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔；g换上新纸带，重复操作两次(1)其中有错误的步骤是_；应改正为_(2)将改正后的步骤按合理的顺序写在横线上：步骤顺序为_解析(1)打点计时器在使用时，为了使打点稳定，同时为了提高纸带的利用率，使尽量多的点打在纸带上，要应先接通电源，再放开纸带，故a错误(2)本着先安装器材，后进行实验的思路，如在该实验中，先固定长木板，安装打点计时器，准备完毕开始进行实验，注意要先打点后释放小车，做完一次实验要及时关闭电源，故正确的实验步骤是ebcfadg.答案(1)a应先接通电源，再放开纸带(d取下纸带前应先断开电源)(2)ebcfadg例2(20132014江苏高一期中)在探究小车的速度随时间变化的规律的实验中，利用打点计时器打出了如图214所示的一条纸带，其中1、2、3、4、5、6均为记数点，且相邻的两个计数点之间都还有4个点没有画出来，已知电源的频率为50 hz.现测得： s11.40 cm，s21.90 cm，s32.40 cm，s42.90 cm，s53.40 cm，s63.90 cm.图214(1)在打点计时器打出点2、3、4、5、6时，小车的速度分别为：v2_cm/s，v3_cm/s，v4_cm/s，v5_cm/s.(2)在图215的坐标纸上作出速度时间图象(从1开始计时)图215(3)根据作出的速度时间图象，求出小车的加速度为_m/s2(取二位有效数字)解析(1)打点计时器打出点2、3、4、5、6时小车的速度可利用平均速度求出，分别为v2 16.50 cm/s，v321.50 cm/s，v426.50 cm/s，v531.50 cm/s.(2)如图所示：(3)求出图象的斜率可得ak102 m/s20.50 m/s2答案(1)16.5021.5026.5031.50(2)如解析图所示(3)0.50 m/s2误差0.031在“探究小车速度随时间变化的规律”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、间隔适当的那一部分进行测量、计算d适当减少挂在细绳下钩码的个数解析实验中应区别计时器打出的轨迹点与人为选取的计数点，通常每隔4个轨迹点选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正确；小车的加速度应适当大一些，在纸带上计数点间的距离大，测量的相对误差较小，b错误；舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰，点间隔适当的那一部分进行测量，这样测量的相对误差减小，c正确；适当增加挂在细绳下钩码的个数，既可以打出足够多点，又可以让位移尽量大，利于减小误差d错误故选ac.答案ac2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，为了计算加速度，合理的方法是()a根据任意两计数点的速度，用公式av/t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 求出加速度c根据实验数据画出vt图象，由图象上相距较远的两点所对应的速度、时间的值用公式av/t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解析方法a偶然误差大，方法d实际上也仅由初、末两个速度决定，偶然误差也较大，只有利用实验数据画出对应的vt图象，才可充分利用各次测量数据，减小偶然误差由于在物理图象中，两坐标轴的分度往往是不相等的，根据同一组数据，可以画出倾角不同的许多图线，方法b是错误的，正确的方法是根据图象找出不同时刻所对应的速度值，然后利用公式av/t算出加速度，即方法c正确答案c3(20132014海南高一段考)如图216所示，是某同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出，其中x17.05 cm、x27.68 cm、x38.33 cm、x48.95 cm、x59.61 cm、x610.27 cm.图216(1)下表列出了打点计时器打下b、d、f时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下c、e两点时小车的瞬时速度(保留三位有效数字).(2)以a点为计时起点，在坐标图217中画出小车的速度时间关系图线图217(3)根据你画出的小车的速度时间的关系图线计算出的小车的加速度a_m/s2.(保留两位有效数字)解析vc0.801 m/s，ve0.928 m/s，根据速度时间关系图线可以得到图象的斜率即加速度的大小的范围为0.610.66 m/s2.答案(1)0.8010.928(2)如图所示(3)0.610.66(时间：60分钟)1在做“探究小车速度随时间变化的规律”实验时，根据打点计时器打出的纸带，我们可以不利用公式计算就能直接得到的物理量是()a时间间隔 b瞬时速度c加速度 d某段时间内的位移解析打点计时器是每隔0.02 s打下一个点，所以数点就知道时间间隔，故a正确瞬时速度的求解需要运用平均速度的公式，故b错误加速度求解需要运用公式或利用图象求斜率，故c错误位移利用刻度尺直接测量两点之间的距离故d正确故选a、d.答案ad2关于用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验，下列说法中正确的是()a打点计时器应固定在长木板上，且靠近滑轮一端b开始实验时小车应靠近打点计时器一端c应先接通电源，待打点稳定后再释放小车d牵引小车的钩码个数越多越好解析打点计时器应固定在长木板上没有滑轮的一端，a错误；小车开始时靠近打点计时器是为了使小车的运动距离较大，b正确；若先释放小车后接通电源只能在纸带的后面部分打点，c正确；钩码个数太少，打点密集，钩码个数太多，打点太少，都会带来实验误差，d错误答案bc3在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，下列说法不正确的是()a纸带上可以每隔任意相同数量的点选取一个计数点b使用刻度尺测量长度时，要进行估读c作vt图象时，所描曲线必须经过每一个点d在数据处理时，常用公式法和图象法解析实验中可以每隔任意相同数量的点选取一个计数点，但相隔四个点时取计数点时间间隔为0.1 s，计算时更方便，a对；使用刻度尺测长度时，要进行估读，b对；作vt图象时，应使尽量多的点落在线上，离线较远的点大胆舍弃，c错；数据处理可选择公式法和图象法中的其中一个，d对答案c图2184如图218所示为同一打点计时器打出的两条纸带，由纸带可知()a在打下计数点“0”至“5”的过程中，纸带甲的平均速度比乙的大b在打下计数点“0”至“5”的过程中，纸带甲的平均速度比乙的小c纸带甲的加速度比乙的大d纸带甲的加速度比乙的小解析在打下计数点“0”至“5”的过程中，两纸带所用时间相同，但甲纸带位移小于乙纸带位移，故v甲v乙，a错，b对；相邻计数点间所用时间相等，可知甲的速度不变，所以a甲0，乙的速度变大，a乙0，故a甲a乙，c错，d对答案bd图2195在探究小车速度随时间变化的规律实验中，更换不同砝码重复三次实验，经数据处理做作三条vt图象，如图219所示，则下列选项正确的是()a三次实验中加速度最大的是图中直线cb三次实验中加速度最大的是图中直线ac图象为倾斜的直线表示小车的速度恒定d图象为倾斜的直线表示小车的加速度恒定解析根据图象可知，a的斜率最大，因此加速度最大，a错误，b正确；图象为倾斜直线斜率不变，则表示加速度不变，故c错误，d正确故选b、d.答案bd6(1)在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，给你以下器材：电磁打点计时器，电池组，纸带，复写纸，小车，钩码，细绳，一端附有定滑轮的长木板，其中不需要的器材是_，还需要增添的器材有_(2)关于“探究小车速度随时间变化的规律”这一实验，下列说法正确的是_a长木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低b在释放小车前，小车应紧靠在打点计时器处c应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车d打点计时器应接在低压直流电源上e小车运动时要保持纸带与打点计时器平面、木板平行f必须选择点迹清晰的纸带，且应以打点计时器打下的第一个点为第一个计数点g画vt图象时，应先描点后连线，并且要把描出的所有点都连接起来解析(1)电磁打点计时器使用交流电源，所以不需要的器材是电池组打点计时器还需要交流电源，为了得到小车的运动规律，还需要刻度尺来测量计数点之间的距离，用来计算速度和加速度所以需要低压交流电源、刻度尺(2)长木板不能侧向倾斜，但是可以一端高一端低，故a错误；在释放小车前，小车应尽量靠近打点计时器，以能在纸带上打出更多的点，有利于实验数据的处理和误差的减小，故b正确实验中应先启动打点计时器然后释放小车，故c正确打点计时器应接在低压交流电源上，故d错误；小车运动时要保持纸带与打点计时器平面、木板平行，故e正确；必须选择点迹清晰的纸带，不需要以打点计时器打下的第一个点为第一个计数点，故f错误；作vt图时，让尽量多的点均匀分布在图象的两边，描绘成平滑的曲线，不要求所有的点都在图象上，故g错误；故选b、c、e.答案(1)电池组低压交流电源、刻度尺(2)bce7一小球在桌面上从静止开始做加速直线运动，现用高速摄影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2110甲所示，1位置恰为小球刚开始运动的瞬间，作为零时刻摄影机连续两次曝光的时间间隔均相同，小球从1位置到6位置的运动过程中经过各位置的速度分别为v10，v20.06 m/s，v3_m/s，v40.18 m/s，v5_m/s.在图乙所示的坐标纸上作出小球的速度时间图象(保留描点痕迹)；根据图象可求出加速度a_m/s2.(保留三位有效数字)图2110解析如题图所示，x1x20.06 m，而v2 m/s0.06 m/s，故t0.5 s，则v3m/s0.12 m/s，又x4x50.24 m，则v5m/s0.24 m/s.其vt图象如图所示：加速度：ak m/s20.116 m/s2.答案0.120.24见解析图0.1168汽车沿平直的公路行驶，小明坐在汽车驾驶员旁，注视着速度计，并记下间隔相等的各时刻的速度值，如下表所示：(1)请你根据上表中的数据，在图2111背景坐标纸中作出汽车运动的速度图象图2111(2)求出汽车停下的时刻(结果保留两位小数)解析(1)采用描点法作出速度图象，如图所示(2)将图象上匀减速运