高中物理 第二章 第一课时 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

第五课时 速度变化快慢的描述加速度一、实验目的1进一步练习使用打点计时器及利用纸带求速度2学会用实验探究小车速度随时间变化的规律的方法，学会用v-t图象处理实验数据二、实验器材打点计时器、学生电源、复写纸、纸带、导线、一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、坐标纸三、实验原理1v-t图象利用打点计时器打出的纸带上记录的数据，计算出各时刻的速度，再作出速度与时间的关系图象(1)某点的瞬时速度一般用一小段时间内的平均速度代替(2)若v-t图象为一倾斜直线，则物体做匀变速直线运动，图线的斜率表示加速度2加速度的求法：逐差法(1)由纸带判断物体是否做匀变速直线运动如图表示实验打出的纸带，o、a、b、c、d、e、f、为每隔时间t选定的一系列计数点我们可以认为oa、ab、ef段的平均速度就等于这些段位移所对应时间的中间时刻的瞬时速度，即1v1，2v2，6v6，因为1，2，6所以a1同理a2，a5若小车做匀变速直线运动，则a1a2a5，即有x2x1x3x2x6x5xat2.因此，小车是否做匀变速直线运动，只要看小车在各个连续相等时间内的位移差是否都相等即可(2)根据纸带及其数据测定匀变速运动小车的加速度由a1，a2，a5可得小车加速度的平均值：显然，这种求的方法只用了x1、x6两个数据，而x2、x3、x4、x5在计算过程中被抵消了，所以丢失了多个数据，并失去了正负偶然误差相互抵消的作用，算出的值误差较大这种方法不可取若把x1、x2、x6分成x1、x2、x3和x4、x5、x6两组，则有x4x1(x4x3)(x3x2)(x2x1)3at2，写成x4x13a1t2，同理x5x23a2t2，x6x33a3t2，故a1，a2，a3.从而这种计算加速度平均值的方法叫做逐差法四、实验步骤1如图所示，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2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系列小点关闭电源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五、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开始点，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测量各计数点到0点的距离x，并记录填入表中.位置编号012345时间t/sx/mv/(ms1)(2)分别计算出与所求点相邻的两计数点之间的距离x1，x2，x3，(3)计算平均速度，用平均速度代替相关计数点的瞬时速度，填入上面的表格中(4)根据表格中的数据，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，如图所示(3)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律六、注意事项及误差分析1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)牵引小车的钩码质量要适宜如果质量过大，纸带上打出的计时点太少；如果质量过小，打出的点过于密集，不便于测量距离(6)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(7)在坐标纸上画vt图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图线尽量分布在较大的坐标平面内2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图象时单位选择不适合或人为作图不准确带来误差1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(c)a长木板一定要水平摆放，不能一端高一端低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，所描曲线必须经过每一个点2本实验中，关于计数点间时间间隔的下列说法中正确的是(ae)a每隔四个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0.10 sb每隔四个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0.08 sc每隔五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0.10 sd每隔五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0.08 se每五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0.10 s解析：本实验用的电源为50 hz的交流电，则相邻两点间的时间间隔为t s0.02 s，所以每隔4个点取一个计数点时计数点间的时间间隔为0.10 s，a对，b错；每隔5个点取一个计数点则有6个时间间隔，总间隔为0.026 s0.12 s，c、d错；每五个点取一个计数点，则相邻计数点间有五个间隔，时间为0.025 s0.10 s，e正确3运动小车拖动的纸带经过打点计时器后，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(c)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/s解析：从第1个点到第6个点间的时间为50.02 s0.1 s，则平均速度1.8 m/s，c正确4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(bc)a打点计时器应固定在长木板上，且靠近滑轮的一端b开始实验时小车应放在靠近打点计时器的一端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：打点计时器与滑轮间的距离尽可能要大，小车尽可能靠近打点计时器，都是为了使小车运动的距离较大，尽可能打出较多的点，选项a错误，b正确；若先释放小车再接通电源，只能在纸带的后面部分打点，选项c正确；钩码个数应适当，钩码个数少打的点很密；钩码个数多打的点少，都会带来实验误差，选项d错误5在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，得到如图所示的纸带，其中a、b、c、d、e、f、g为计数点，相邻两计数点间的时间间隔为t，x1、x2、x3、x4、x5、x6分别为ab、bc、cd、de、ef、fg间的位移，下列可用来计算打d点时小车速度的表达式是(bc)a. b.c. d.解析：可用来计算打d点时小车速度的表达式有和，但比更准确一些6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vt图象的说法中，正确的是(bd)a只要确定了vt图象中的两点，就可以得到小车运动的vt图象，因此，实验只需要测出两组数据b作vt图象时，所取的点越多，图线就越准确c作出的vt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，应舍去解析：作v-t图象时，选取的点越多，作出的图线越准确，但由于实验存在误差，同一次实验得到的各点不可能全部在同一直线上，因此，应使落不到直线上的点均匀分布在直线的两侧，以减小实验造成的误差7在“研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(s)0.100.200.300.400.500.60通过计数点的速度(cm/s)44.062.081.0100.0110.0168.0为了计算加速度，合理的方法是(c)a根据任意两计数点的加速度公式a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、时间用公式a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实际上也仅由始、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a算出加速度，即方法c.8一打点计时器固定在倾角为的斜面上，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，打出的纸带的一段如图所示纸带上0、1、2、3、4、5、6是计数点，每相邻计数点之间的时间间隔为0.1 s.(1)根据纸带上记录的数据判断小车是做_运动(2)若小车做匀加速运动，则加速度大小a_.(3)小车在计数点3所对应的速度大小为v_.答案：(1)匀加速直线(2)4 m/s2(3)1.6 m/s9一小球在桌面上从静止开始做加速运动，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为0.5 s，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.在如图乙所示坐标系中作出小球的速度时间图象(保留描点痕迹)解析：如题图所示，x2x30.12 m，则v3 m/s0.12 m/s又x4x50.24 m，则v5 m/s0.24 m/s.其vt图象如下图所示答案：0.120.24见解析图10在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图所示给出了从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：x11.40 cm，x21.90 cm，x32.38 cm，x42.88 cm，x53.39 cm，x63.87 cm.那么：(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)在平面直角坐标系中作出速度时间图象(3)分析小车运动速度随时间变化的规律解析：(1)显然，两相邻的计数点之间