－人教版必修1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 第1课时 学案.doc

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一、实验目的、原理、器材1实验目的：探究小车速度随时间变化的规律。2实验原理：利用打点计时器打出的纸带上记录的数据，以寻找小车速度随时间变化的规律。3实验器材：打点计时器、_电源、纸带、带滑轮的长木板、小车、钩码、细线、复写纸、_。二、实验步骤、注意事项1实验步骤（1）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，把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好电路。（2）把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，启动计时器，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，打完一条立即关闭电源。（3）换上新纸带，重复操作三次。（4）在三条纸带上选择一条最清晰的，舍掉前面密集的点，找一个适当的点当作计时起点。2实验中的注意事项（1）开始释放小车时，应使小车靠近_。（2）先_，再_，当小车停止运动时及时断开电源。（3）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。（4）牵引小车的钩码个数要适当，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，从而使测量误差增大，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。（5）要区别打点计时器打出的计时点与人为选取的计数点，一般在纸带上每隔五个点取一个计数点，即时间间隔为t=0.025 s=0.1 s（使用50 hz交流电）。三、数据处理1在三条纸带中选择一条最清晰的，为了便于测量，舍掉开头一些密集的点迹，找一个适当的点当作计时起点（0点），每5个点取1个计数点（相邻计数点的时间间隔为t）进行测量（如图所示，相邻两计数点中还有4个计时点）。2计算各计数点的瞬时速度，如图中打点6时的速度v6=_。3把各数据填入自己设计的表格。学科=网4作小车运动的vt图象。以速度v为纵轴、时间t为横轴建立坐标系，根据表中v、t数据在坐标系中描点，观察点的分布规律，然后用一条曲线（包括直线）“拟合”这些点作出小车运动的vt图象。5分析小车速度随时间的变化规律。交流 刻度尺 打点计时器 接通电源 释放小车 一、基本实验要求【例题1】在测定匀变速直线运动加速度的实验中，将以下步骤的代号按合理顺序填空写在横线上：_。a拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先接通电源，后放开纸带；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将平板有定滑轮的一端伸出桌外；f将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔；g换上新的纸带，再重复做两三次。参考答案：ebfcadg二、规律方法总结1数据处理（1）目的：通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度，确定物体的运动性质等。（2）处理的方法分析物体的运动性质测量相邻计数点间的距离，计算相邻计数点距离之差，看其是否为常数，从而确定物体的运动性质。利用平均速度求瞬时速度：利用逐差法求加速度：，x为两相邻相等时间t的位移差（可取多个计数点间的位移差）。利用速度时间图象求加速度：作出速度时间图象，图象的斜率等于物体的加速度。2依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动（1）x1、x2、x3、xn是相邻两计数点间的距离。（2）x是两个连续相等的时间里的位移差：x1=x2x1，x2=x3x2、（3）t是相邻两计数点间的时间间隔：t=0.02n（打点计时器的打点频率为50 hz，n为两计数点间计时点的间隔数）。【例题2】在用电火花计时器“研究匀变速直线运动”的实验中，如图所示是一次记录小车运动情况的纸带，图中a、b、c、d、e为相邻的计数点，相邻计数点间还有四个点未画出（电源频率为50 hz）。（1）根据运动学有关公式可求得vb=1.38 m/s，vc=_m/s，vd=3.90 m/s。（2）利用纸带上的数据求出小车运动的加速度a=_m/s2。（3）若利用求得的数值作出小车的vt图线（以打a点时开始计时），将图线延长与纵轴相交，交点的纵坐标是0.12 m/s，此速度的物理意义是_。参考答案：（1）2.64 （2）12.6 （3）打a点时小车的速度试题解析：（1）据题意，打c点时小车的速度等于打bd段的平均速度，而相邻两计数点的时间间隔t=0.1 s，则可求得 。（2）由逐差法，小车的加速度。（3）以打a点时开始计时，则图线与纵轴的交点对应t=0时刻，即打a点时，纵截距对应打a点时小车的速度。三、实验创新以教材中的实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性等特点。（1）为了保证小车真正做匀加速直线运动，用气垫导轨替代长木板。（2）用频闪照相或光电计时器替代打点计时器。【例题3】图中装置可用来探究物块的运动情况，细线平行于桌面，遮光片的宽度为d，两光电门之间的距离为s，让物块从光电门a的左侧由静止释放，分别测出遮光片通过光电门a、b所用的时间为ta和tb，用遮光片通过光电门的平均速度表示遮光片竖直中线通过光电门的瞬时速度。（1）利用实验中测出的物理量符号，写出物块运动的加速度a= 。（2）遮光片通过光电门的平均速度 （填“大于”、“等于”或“小于”）遮光片竖直中线通过光电门的瞬时速度，由此会产生误差，请写出一种减小这一误差的方法。答： 。参考答案：（1） （2）小于 减小遮光片的宽度1关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作，下列说法中错误的是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上c应先接通电源，待打点计时器开始打点后再释放小车d要在小车到达定滑轮前使小车停止运动2在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法正确的是a通过调节，使小车、纸带、细绳和定滑轮上边缘在一条直线上b坐标轴单位长度越小越好c开始前要先开电源后放纸带，打完点要先断开电源后取纸带d钩码的质量越大越好3（2018湖北省黄冈市黄冈中学）在探究小车速度随时间变化的规律的实验时，下列说法正确的是a在纸带上选取记数点，必须每5个点选取一个b在进行该探究实验时，应该让小车的加速度尽量小些c在利用速度时间图象处理实验数据时，应选取间隔较远的两点由加速度的定义式计算加速度的大小d在进行该探究实验时，电磁打点计时器可用低压直流电源4（2018吉林省白城市通榆一中）为了测定气垫导轨上滑块的加速度，滑块上安装了宽度为d=3.0 cm的遮光条，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条通过第一个光电门的时间为t1=0.30 s，通过第二个光电门的时间为t2=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=3.0 s。则滑块的加速度约为a0.067 m/s2 b0.67 m/s2 c6.7 m/s2 d不能计算5如图，用频闪周期为t0.2 s的频闪相机记录一个小球在斜面上的运动，由固定在斜面上的标尺测得：ab1.10 cm，bc1.30 cm，cd1.50 cm，de1.70 cm，ef1.90 cm，fg2.10 cm，则小球经过f时的瞬时速度大小为_m/s，小球在斜面上运动的加速度大小为_m/s2。（计算结果均保留三位有效数字）6（2018河北省廊坊市省级示范高中联合体）（1）电火花计时器是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示出点迹的计时仪器，它的工作电压是_v，当电源的工作频率是50 hz时，它的打点间隔是_。（2）在做“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，取下一段纸带研究其运动情况，如图所示，设0点为计数的起始点，相邻两计数点之间还有四个点未画出，则相邻两计数点之间的时间间隔为_s，第一个计数点与起始点的距离为_，打第一个计数点时物体的瞬时速度为_，物体的加速度为_。7在做“研究匀变速直线运动”的实验中：（1）实验室提供了以下器材：打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸、弹簧测力计。其中在本实验中不需要的器材是_。（2）如图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，打点计时器使用50 hz交流电，其中s1=7.05 cm、s2=7.68 cm、s3=8.33 cm、s4=8.95 cm、s5=9.61 cm、s6=10.26 cm。学/科网下表列出了打点计时器打下b、c、f时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下d、e两点时小车的瞬时速度。位置bcdef速度(m/s)0.7370.8010.994（3）以a点为计时起点，在如图所示坐标系中画出小车的速度时间关系图线。（4）根据画出的小车的速度时间关系图线计算出小车的加速度a=_m/s2。8（2018云南省昆明市嵩明一中）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通过调节，应使小车、纸带、拉线和定滑轮上边缘在一条直线上b坐标轴单位长度越小越好c开始前要先接通电源后松纸带，打完点要先断开电源后取纸带d钩码的质量越大越好9在用打点计时器“研究物体的速度随时间的变化规律”的实验中，某同学将打点计时器打出的三条纸带，分别以间隔相同点迹的方式依次剪成短纸条，按先后顺序一端对齐粘贴在一起。然后用平滑线段将各段纸带顶端的中点连起来，形成如图所示的图象，则根据纸带的特点即可研究物体的速度随时间的变化规律。以下说法正确的是a图甲表示物体处于静止b图乙表示物体做匀速直线运动c图乙表示物体的速度随时间均匀增加d图丙表示物体的速度先随时间均匀增加，后保持不变10（2018江西省九江市第三中学）（1）图甲中游标卡尺的读数是_cm，图乙中螺旋测微器的读数是_mm。（2）如图丙是某同学用打点计时器研究小车做匀变速直线运动时打出的一条纸带，a、b、c、d、e为该同学在纸带上所选的计数点，相邻计数点间的时间间隔为0.1 s。由图丙可知，打点计时器打下d点时小车的瞬时速度为_ m/s，小车的加速度为_ m/s2（结果均保留两位有效数字）。丙11某同学做“测匀变速直线运动的加速度”的实验装置如图所示。一小车放在水平长木板上，左侧拴有一细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连，小车右侧与穿过电火花计时器的纸带相连，在重物牵引下，小车在木板上向左运动。电火花计时器所用的交流电频率为50 hz。（1）实验中，除电火花计时器（含纸带、墨粉纸）、小车、长木板、导线、细线及开关外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有_。（填选项代号）a电压为46 v的50 hz交流电源b电压为220 v的50 hz交流电源c刻度尺d停表e天平f重锤（2）该同学进行了以下实验操作步骤，其中错误的步骤是_。a将打点计时器固定在长木板有滑轮一端，并接好电路b将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔c把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着重锤d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（3）如图所示，电火花计时器在纸带上打出一些计数点，相邻的两计数点间还有4个点没画出，根据纸带可以计算各点的瞬时速度及小车加速度。打第2点时小车的瞬时速度v2=_m/s，小车的加速度a=_m/s2。（结果保留三位有效数字）（4）另一同学利用如图所示的装置测定气垫导轨上滑块运动的加速度，滑块上安装了宽度为d的遮光板。滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门a、b，配套的数字毫秒计（未画出）记录了遮光板通过第一个光电门a的时间为t1，则滑块通过第一个光电门的速度va=_。若已知滑块通过两光电门的速度分别为va、vb，两光电门a、b间距离为l，则滑块的加速度=_。12某同学用打点计时器研究小车的匀变速直线运动。他将打点计时器接到电源频率为50 hz的交流电源上，实验时得到一条实验纸带，纸带上o、a、b、c、d、e、f、g为计数点，每相邻两个计数点间还有4个点没有画出。（1）两相邻计数点间的时间间隔t=_ s。（2）由纸带可知，小车的加速度a=_m/s2（结果保留两位有效数字）。（3）若实验时，电源频率略低于50 hz，但该同学仍按50 hz计算小车的加速度，则测量得到的小车加速度与真实加速度相比将_（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。（4）下列方法中有助于减小实验误差的是_（选填正确答案的标号）。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1. a2. ac3. c4a【解析】到第一个光电门的速度为：；到第二个光电门的速度为：；由加速度的定义式得：；故a项正确。【点晴】当时间极短时，某段时间内的平均速度可以表示瞬时速度，由加速度的定义式可以求得滑块的加速度50.100 5.00102【解析】小球经过f时的瞬时速度大小等于eg间平均速度的大小，即；由逐差法可求得小球在斜面上运动的加速度大小，即，代入数据可得a=5.00102 m/s2。6（1）220 0.02 （2）0.1 4 0.45 1【解析】（1）电火花计时器是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示出点迹的计时仪器，它采用220 v交流电源工作，打点周期为频率的倒数，故；（2）因相邻两计数点之间还有四个点未画出，则相邻两计数点之间的时间间隔为t=5t=0.1 s，由于匀变速直线运动在连续相等的时间内位移之差为常数，即，解得：，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，即，根据匀变速直线运动的推论公式可以求出加速度的大小，得，解得：。【点睛】由于匀变速直线运动在连续相等的时间内位移之差为常数，可以求出大小，根据匀变速直线运动的推论公式可以求出加速度的大小，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上1点时小车的瞬时速度大小。7（1）弹簧测力计 （2）0.864 0.928 （3）如图 （4）0.64（0.01）8ac【解析】为了使小车做直线运动，应通过调节，应使小车、纸带、拉线和定滑轮上边缘在一条直线上，a正确。坐标轴的单位长度应根据实际情况选取，对我们的计算越方便越好，b错误。在使用打点计时器时，应先接通电源后释放纸带，打完点后，应先断开电源后取纸带，c正确。如果实验中加速度过大，会导致打出的点非常少，不利于我们研究，所以钩码的质量不是越大越好，d错误。9cd【解析】短纸带的高度即表示相应时间内物体的位移x；因点迹间隔相同，故发生各位移x的时间间隔t相等，而纸带宽度是相同的，正好可以用水平方向的宽度来表示时间。t相同时，v=x，即纸带的高度恰可反映小车的速度大小。综上可知，平滑的线段可表示物体运动的vt图象，故选项cd正确。10.(1)2.98 5.680 0.34 0.39 (2)v=0.34m/s a=0.39m/s211（1）bcf （2）ad （3）0.396 0.380 （4） 【解析】（1）打点计时器