－人教版必修1 2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 学案.doc

2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 学案要点导学1探究目的：利用打点计时器或电火花计时器探究小车在重物牵引下的运动特点，根据纸带记录的点研究小车速度的变化规律。2探究过程：（1）“探究小车速度随时间变化规律”的实验原理如图2-1-1所示，请写出实验所需的器材：_。（2）根据原理图，安装好实验装置，将小车停在靠近打点计时器处，接通_后,再释放小车，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。（3）从三条纸带中选择一条点迹清晰且所有点都在同一直线上的纸带，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标上o，为了测量方便和减小误差，在选好的开始点后面每打五次点取一个点，这个点叫做计数点，并标明1、2、3（如图2-1-2所示），两个相邻计数点的时间间隔就是t=50.02s=0.1s。距离分别是x1、x2、x3（4）增减所挂的钩码数，重复实验步骤(2)(3)，再做两次实验.3数据处理（1）利用纸带计数点间距离x1、x2、x3和相对应的时间，根据第一章用打点计时器测量瞬时速度的方法,得出各计数点的瞬时速度，v1 =(x1+x2)/ 2t、v2 =(x2+x3)/ 2tt其中0.1s；求出各计数点的瞬时速度后，由加速度的定义：a =v/t计算出小车做直线运动的加速度a。（2）将得到的瞬时速度值分别填入下表：小车在几个时刻的瞬时速度位置编号012345时间t/s00.10.20.30.40.5v1/(ms-1)v2/(ms-1)v3/(ms-1)（3）作出速度时间图象运用“拟合”描点法画v-t图象：在科学上,为了描述实验中测量量之间的关系,先将其在坐标系中描点,然后用一条曲线(包括直线)“拟合”这些点,使画出的曲线两侧的点数大致相同,这种描点方法叫拟合描点法。每次实验，描出的几个点都大致在一条直线上，由于实验误差是不可避免的,所以有些点会落在直线的左边,有些点落在了直线的右边，如果是没有误差的理想情况，这些点才能全部落在直线上。需要注意的是,如果在拟合这些点时，发现某一个点离散得较多，远远偏离了拟合曲线，则说明此点反映的实验数据存在问题，应重做这一步实验或舍去此点。（4）作出v-t图象，图线的斜率就是小车运动的加速度。4注意事项如使用打点计时器，那么它必须接在68v的低压交流电上，如使用电火花计时器，则须接在220v的交流电上。注意计时器不宜长时间通电，每次都要及时关闭电开关。实验时，先启动打点计时器，待工作稳定后再让纸带运动。另外，复写纸的油面要向下，纸带从复写纸的下面穿过，这样纸带上才能够打出点。复写纸转轴可前后移动，用以改变振针打在复写纸的不同位置上，以保证打出的点清晰，同时也可以充分利用复写纸。如使用电火花计时器，使用时，首先检查墨粉纸盘是否已经正确地套在纸盘轴上，检查两条纸带是否已经正确地穿好，墨粉纸盘是否已经夹在两条纸带之间。使用打点计时器，如发现点迹太轻或有拖痕，应检查打点针是否太短或太长，并予以调整。若使用电火花计时器时发现点迹不清，则需要更换墨粉纸盘。安装研究匀变速直线运动的实验装置时，初始时要把小车的位置摆正，使纸带与拉绳的方向一致，且不与计时器的限位槽边相擦。由于打点周期比较小，点间距离较小，通常每隔4个实际点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为t0.02s50.1s。范例精析例1：一同学在做“探究小车速度随时间变化规律”的实验时，发现纸带上打出的不是圆点，而是如图2-1-3所示的一些短线，可能是因为( )a. 打点计时器错接在直流电上b. 电电压不稳定c. 电的频率不稳定d. 打点针压得过紧 解析：如果打点计时器错接在直流电上，其振动片不可能被磁化，也就不可能引起振针的上下运动而打点，所以a错；如果电电压不稳定会影响点迹的清晰度，而电频率不稳定会引起打点周期的不稳定，所以b、c均不正确。 当打点计时器的振针压得过紧，每一个打点周期内就会有较长时间接触并挤压在复写纸上，这样打出的点就变为一段一段的小线段，即打出的点有拖尾现象，所以d答案正确。如果打点计时器的振针过松（即振针与复写纸之间的距离过大），可能出现时有时无的点迹，也可能完全没有点痕，即漏点。因此在使用打点计时器前要检查振针到复写纸间的距离是否适中，否则要作适当调整。拓展：（1）了解实验仪器的结构、工作原理和工作条件是保证实验成功的前提，通过对实验仪器的观察，掌握新仪器的使用方法，也是一种重要的实验能力。（2）使用电火花计时器分析物体运动情况的实验中：在如下实验步骤中，正确合理的排列顺序为。a把电火花计时器固定在桌子上b安好纸带c松开纸带让物体带着纸带运动d接通220v交流电e按下脉冲输出开关，进行打点在安放纸带时，要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在 ，还要检查是否夹在两条纸带之间。答案：合理的顺序应为abdec。墨粉纸盘应套在纸盘轴上，目的是使它可以转动，均匀地被利用。墨粉纸盘夹在两条纸带之间，目的是使墨粉纸盘可以更好地转动。提示：使用电火花计时器实验的操作步骤和打点计时器是相仿的，但电火花打点计时器具有打点清晰、实验误差小的优点。例2：某课外兴趣小组在探究小车的速度随时间变化规律的实验中，得到如图2-1-4所示的实验纸带，实验中打点计时器交流电的频率为50hz，纸带前面的几个点较模糊,因此从a点开始每打五个点取一个计数点,其中b、c、d、e点的对应速度vb=_m/s, vc=_m/s, vd=_m/s, ve=_m/s,由此推得f点的速度vf=_m/s。小车从b运动到c的加速度a1=_m/s2，从c运动到d的加速度a2=_m/s2，从d运动到e的加速度a3=_m/s2。解析：根据第一章的方法, 当时间间隔较短时,这段时间内某时刻的瞬时速度可以认为是这段时间内的平均速度，即b点的瞬时速度为a、c两点间的平均速度，其余类推。由题意可知,每两个计数点之间的时间间隔为t=0.025s=0.1s.b点的速度为a、c两点间的平均速度 vb=xac/2t=(6.451.40 )/20.1=25.25(cm/s) c点的速度为b、d两点间的平均速度vc=xbd/2t=(10.103.35 )/20.1=32.75(cm/s) 同理可得 vd= 40.25cm/s； ve=47.75cm/s从b、c、d、e四点的位置关系和速度的关系我们可以提出自己的假设速度是越越大,大小之间是否存在一定的规律?利用v-t图象对数据进行处理,发现相邻相等时间内的速度之差相等.vc vb =32.7525.25=7.50cm/svd vc=40.2532.75=7.50cm/sve vd=47.7540.25=7.50cm/s 因此f点的速度为vf =55.20cm/s 由加速度的定义：a =v/t可知小车从b运动到c的加速度a1=( vc vb )/t=(32.7525.25)/0.1=75.0cm/s2=0.75m/s2同理可得：小车从c运动到d的加速度a2=0.75m/s2 小车从d运动到e的加速度a3=0.75m/s2所以小车做加速度大小不变的直线运动。 拓展：本题中“从a点开始每打五个点取一个计数点”说明o 点不是计数点，而是位移的参考点，且相邻两计数点之间的时间间隔为0.1s,而不是0.02s。能力训练1根据打点计时器打出的纸带，我们可以从纸带上直接得到的物理量是（ab）a时间间隔 b位移 c加速度 d平均速度2打点计时器振针打点的周期决定于（b ）a交流电压的高低 b交流电的频率c永久磁铁的磁性强弱 d振针与复写纸间的距离3关于计数点的下列说法中正确的是（abd）a用计数点进行测量计算，既方便又可减小误差b相邻计数点间的时间间隔应是相等的c相邻计数点间的距离应是相等的d计数点是从计时器打出的实际点中选出的，相邻计数点间点迹的个数相等4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(bc)a长木板一定要水平摆放，不能一端高一端低b使小车速度的变化尽可能快一些c使用刻度尺测量长度时，要读到最小刻度的下一位d作v-t图时，所描曲线必须经过每一个点5如图2-1-5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，相邻两个记数点之间有4个点未画出，电频率为50hz，用毫米刻度尺测量后可直接算出（bc）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 cc点时的瞬时速度vcdg点时的瞬时速度vg6一个滑块沿斜面滑下如图2-1-6所示，依次通过斜面上的a、b、c、d、e、f点，已知ab=6cm，bc=10cm，cd=14cm，de=18cm，滑块经过相邻两点之间的时间间隔为2s，求：（1）滑块在b、c、d三点的瞬时速度（2）寻求图中滑块的运动规律，推断出e、f两点间的位移和e点的瞬时速度.vb=4cm/s, vc=6cm/s, vd=8cm/s; xef=22cm, ve=10cm/s 7在用打点计时器研究小车速度随时间变化规律的实验中，得到一条纸带如图2-1-7所示.a、b、c、d、e、f、g为计数点，相邻计数点间时间间隔为0.10s,x1=1.20cm, x 2=1.60cm,x 3=1.98cm, x 4=2.38cm, x 5=2.79cm, x 6=3.18cm.(1)计算运动物体在b、c、d、e、f各点的瞬时速度.(2)在2-19图中作出v-t图象,并由图象求物体的加速度. (1) vb=14cm/s, vc=17.9cm/s, vd=21.8cm/s; ve=25.85cm/s ,vf=29.85cm/s.(2) a=(30.010.0 )/0.5=40.0(cm/s2) 8在利用打点计时器探究小车运动规律的实验中，某同学在打出的纸带上每5点取一个记数点，测出每两个相邻记数点间的距离分别为x1、x2、x6，然后他把纸带上x1、x2、x6各段准确地剪成6段，按如图2-1-9那样帖在坐标纸上，彼此不留间隙也不重叠，纸带下端都准确地与横轴重合，x1的左边准确地与纵轴重合，横轴为时间轴，纵轴为速度轴，该同学在这个图中作出了v-t图象，并由图象求出了加速度a，请说明他是如何作出速度图象并求出加速度a的。每条纸带的宽度代表相等的时间，每条纸带的长度代表这段时间内的位移，而相等时间内的位移就表示这段时间内的平均速度。由于每段时间较短，所以这段时间中点的速度就是这段时间内的平均速度。取每段纸带上边的中点，然后过这些点画出v-t图象，如图所示.此图线的斜率就等于加速度a的大小。9某研究性学习小组在研究小车