《实验：探究小车速度随时间变化的规律》教案

《实验：探究小车速度随时间变化的规律》教案【教材分析】本节课是必修一第二章第一节的内容，在这之前学生已经学过了打点计时器的原理和操作方法，知道怎么通过打点计时器来测量瞬时速度，通过本节课的学习进一步练习熟悉打点计时器，通过实验来探究在恒力作用下的小车运动时速度随时间变化的规律，为之后学习匀变速直线运动的相关知识提供素材，打下基础，因此本节课具有承上启下的作用。【学情分析】本节课的授课对象是高一学生，这个阶段的学生已经具备了一定高度实验能力，数据分析能力，归纳总结能力，而且在这节课之前学生已经学习过了打点计时器，学习了测量瞬时速度的方法，因此本节课对于学生来讲理解上并不难，较有难度的是实验的操作过程，要注意的事项以及数据分析方法。【教学重难点】重点：探究小车速度随时间变化的规律；难点：数据处理及分析。【教学目标】通过对实验过程的研究，进一步熟悉打点计时器的使用和利用纸带求速度的方法，这实验的过程中培养严谨求实的实验态度，学会寻求物理规律的方法。对数据的分析运用科学方法来研究问题。【教学仪器】打点计时器、长木板、小车、沙桶、纸带、交流电源、细绳、刻度尺、多媒体课件【教学过程】一、问题导入如何探究一个物体速度随时间变化的规律？如何知道物体在不同时刻的速度？用什么仪器测？二、实验设计如图所示，把一端带有滑轮的长铝板平放在实验桌上，铝板上放一个可以左右移动的小车，小车一端连接穿过打点计时器的纸带，另一端连接绕过滑轮系有槽码的细绳。小车在槽码的牵引下运动，通过研究纸带上的信息，就可以知道小车运动的速度是怎样随时间变化的。三、进行实验实验过程参考提示：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，下边挂上合适的沙桶，启动电源，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，打完一条后立即关闭电源。3．换上新纸带，重复操作三次。四、处理数据提问：我们通过打点计时器得到了若干条纸带，采集了第一手资料，面对打出的纸带如何研究小车的运动呢?接下来我们采集数据，处理数据．学生讨论怎样选择纸带，如何测量数据，如何设计表格，填写数据．【问题一】怎样分析和选取纸带上的点？舍掉开头过于密集的点，若纸带上点与点之间的距离较小，可取多个打印点（可5）为一个计数点，相邻两计数点之间的时间间隔不再是0.02s（但要看具体情况灵活选定）；一般每五个点（或者每隔四个）选取一个计数点，相邻两计数点之间的时间间隔为0.10s。【问题二】如何计算出所取点的速度？用求平均速度的方法来代替（用计算较准确的平均速度来代替），如何代替？选择包括该点在内的一段位移（该点最好处在中间时刻位置），找出对应的时间，用位移除以时间作为该点的瞬时速度；对于选取的两个端点的速度暂时不计算（误差较大）；测量各个计数点之间的距离应考虑估读、单位。确定运动规律的最好办法是作速度一时间图象，这样具体的运动规律才能更直观地显现出来。用计算机绘制速度一时间图象，演示给学生看，学生自己可以用坐标纸描点，绘图。教师用Excel软件演示作v—t图.【实验结论】小车的速度随时间的增加而均匀增加。课后篇巩固提升合格考达标练1.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,下述测量每相邻两计数点间距离的方法正确的是()A.当某两个计数点间的距离较大时,可以用短尺把它分段来测量B.当某两个计数点间的距离较小时,可以用短尺一次把它测完C.测量每两个相邻计数点间的距离,应该用带着毫米刻度的长尺的零刻度对准起点,读出各计数点对应的刻度值,然后逐一相减,得到每两个计数点间距离的数值D.分别逐个测出每两个计数点间的距离,这样便于记录解析不论两个计数点间的距离大还是小,采用C项所述方法可减小误差,选项C正确。答案C2.某人用打点计时器做探究小车速度随时间变化的规律的实验,利用打出的一条纸带画出了小车速度随时间变化的图像,如图所示。下列说法正确的是()A.当电源频率为50Hz时,打点计时器每隔0.05s打一个点B.小车做匀速直线运动C.小车在t=0.02s时的速度大小是0.04m/sD.小车的加速度大小为0.04m/s2解析电源频率为50Hz时,打点计时器每隔0.02s打一个点,故A错误。据图像知,小车做匀加速直线运动,在t=0.02s时的速度大小是0.04m/s,直线的斜率即为加速度,则a=2m/s2,故B、D错误,C正确。答案C3.(宁夏海原县高一期中)某学生在用打点计时器测速度和探究小车速度随时间变化的规律的实验中,都使用了电火花计时器,并打出纸带进行有关数据处理,已知所用交变电流的频率是50Hz。(1)关于电火花计时器的使用,下列说法正确的是(可能有一个或多个正确选项)。

A.实验中需用停表记下运动的时间B.开始释放小车时,应使小车靠近电火花计时器C.先接通电火花计时器电源,然后放开小车(2)在一次实验中某小组得到如图所示的纸带,并按照打点时间先后,依次选定了O、A、B、C、D、E、F七个计数点(每两个计数点之间还有四个点没有画出),并经过测量得到相邻计数点间的距离。根据实验数据,判断这个纸带做的是(选填“加速”“匀速”或“减速”)运动。相邻两计数点间的时间间隔是s。

(3)在研究匀变速直线运动的实验中,算出了小车经过各计数点的瞬时速度,为了计算加速度,最合理的方法是。

A.根据任意两计数点的速度用公式a=ΔvB.根据实验数据画出v-t图,量出其倾角,由公式a=tanα求出加速度C.根据实验数据画出v-t图,由图线上相距较远的两点所对应的速度、时间用公式a=ΔvD.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(1)电火花计时器本身是打点计时的仪器,不需要再使用停表,A错误;开始释放小车时,应使小车靠近电火花计时器,这样可以充分利用纸带,B正确;在使用时应先接通电火花计时器的电源,然后放开小车,使打点稳定,C正确。(2)由图可知,相同的时间间隔内相邻位移越来越大,故物体做加速运动。打点计时器使用交变电流,当电源频率为50Hz时,每隔0.02s打一次点,相邻两计数点间有四个点没有画出,故时间间隔为T=5×0.02s=0.1s。(3)在处理实验数据时,如果只使用其中两个数据,由于偶然误差的存在可能会造成最后误差较大;所以我们可以根据实验数据画出v-t图像,考虑到误差,不可能是所有点都整齐地排成一条直线,连线时,应该尽量使那些不能画在线上的点均匀地分布在线的两侧,这样图线上会舍弃误差较大的点,由图像上相距较远的两点所对应的速度、时间用公式a=ΔvΔt算出加速度,这样误差最小,A、D错误,C正确;根据实验数据画出v-t图像,当纵坐标取不同的标度时,图像的倾角就会不同,所以量出其倾角,用公式a=tanα答案(1)BC(2)加速0.1(3)C4.在用电火花计时器探究小车速度随时间变化的规律的实验中,图甲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50Hz)(1)根据运动学有关公式可求得vB=1.38m/s,vC=m/s,vD=3.90m/s。(保留三位有效数字)

(2)利用求得的数值在图乙所示坐标纸上作出小车的v-t图像(从打A点时开始计时)。利用纸带上的数据求出小车运动的加速度a=m/s2。(保留三位有效数字)

(3)将图线延长与纵轴相交,交点的纵坐标是0.28m/s,此交点的物理意义是

。

解析(1)打C点时对应的速度为vC=xBD2T=60.30-7.500.(2)用描点法作出小车的v-t图像如图所示。由图知小车运动的加速度a=vD-vBtD-t(3)此交点表示A点开始计时时,小车的速度为0.28m/s。答案(1)2.64(2)12.6(3)从A点开始计时时,小车的速度为0.28m/s等级考提升练5.某同学用打点计时器做研究变速运动的实验。他按下图所示安装好了实验器材,接好了线,准备打开电源开关进行实验。在他所组装的器材中,有三处错误,请你指出:(1);

(2);

(3)。

解析由图可知,电磁打点计时器所选电源种类错误,应选约为8V的交流电源;电压选择2V偏低,不能正常工作,所以要选约为8V电压;应接交流输出,不能接直流输出。同时为了使纸带充分利用,应该使小车靠近电磁打点计时器,而不是靠近滑轮。答案(1)电压不应选2V,应选约为8V(2)不应接直流输出,应接交流输出(3)小车不应靠在滑轮处,应靠近电磁打点计时器处6.(甘肃天水西川中学高一期末)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0.5s,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v1=0,v2=0.06m/s,v3=m/s,v4=0.18m/s,v5=m/s。在图中作出小球的速度—时间图像(保留描点痕迹)。

解析由图可知x2+x3=0.12m则v3=x2+x32T=0同理可得x4+x5=0.24m则有v5=x4+