实验：探究小车速度随时间变化的规律（导学案）原卷版-人教版高中物理必修第一册

第1节实验：探究小车速度随时间变化的规律

学习目标

1.物埋观念：根据相关实验器材，设计实验并熟练完成实验操作。

2.科学思维：会运用已学知识处理纸带，求出各点的瞬时速度。

3.科学探究：初步学习根据实验要求设计实验来完成某种规律的探究。

4.科学态度与责任：通过对纸带的处理，将实验数据用图像来展现，养成实事求是的科学态度，能灵活地运

用科学方法来研究问题，提高创新意识。

。重点难点

1.进一步练习使用打点计时器（重点）。

2.会测量小车的瞬时速度（重点）。

3.会用V-/图像处理实验数据，并会计算小车的加速度（难点）。

■课前预习

【知识回顾】

一、加速度与速度变化量

1.加速度定义：与发生这一变化所用之比，叫作加速度。

2.定义式：4=孚.S，表示速度的变化量，△，表示发生这一变化所用的时间。

△Z

3.单位：在国际单位制中，加速度的单位是,符号是或o

二、加速度的方向与速度方向

1.加速度的方向：加速度是,加速度的方向与速度的变化量加，的方向o

2.直线运动中，加速度方向与速度方向的关系

加速运动时，加速度的方向与初速度的方向；减速运动时，加速度的方向与初速度的方

向0

3.物理意义：加速度是描述物体速度变化的物理量

【自主预习】

第1节实验：探究小车速度随时间变化的规律

一、实验原理

二、实验器材

三、进行实验

四、数据记录

五、数据分析

六、注意事项

课堂探究

思考与讨论

1.物体的运动通常是比较复杂的。放眼所见,物体的运动规律各不相同。我们该如何探索物体运动所蕴

含的规律呢？

2.如何知道物体在不同时刻的速度?用什么仪器可以测得？

3.引导学生从具体实例开始，提出问题:如何设计小车在重物拉动下做

运动的实验？

4.利用打出的纸带如何研究小车的运动？

【例11在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，

（I）下列给出的器材中，有一部分已经选好了，请选出还需要的器材.

A.电磁打点计时器B.天平C.低压交变电源D.低压直流电源E.细绳和纸带F.槽码

和小车G.秒表H.一端有滑轮的长铝板I.刻度尺

选出的器材有AEFH,还需要.

（2）某同学按照以下步骤进行操作：

A.换上纸带重兔做三次，选择一条较为理想的纸带；

B.将电磁打点计时器固定在长铝板上没有滑轮的一端，接上电源；

C.把小车停在靠近电磁打点计时器的地方，先放开小车，再启动电磁打点计时器；

D.断开电源，取下纸带；

E.把一条细绳拴在小车前端，绳跨过滑轮挂上槽码，把纸带固定在小车后端并让纸带穿过电磁打点

计时器.

以上步骤有错误的是（填步骤前的字母），应更正为;步骤合理的顺序是（填

步骤前的字母）.

【例2】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸

带如图甲所示，并在其上取了力、B、C、。、E、F、G共7个计数点（每相邻两个计数点间还有4个点没

有画出），电火花计时器接220v、50Hz交变电源.他经过测量并计算得到电火花计时器在打8、C、。、

E、厂各点时小车的瞬时速度如下表：

对应点BCDEF

速度(m/s)0.1410.1850.2200.2540.301

Vf，萃弋?

甲

(1)设电火花计时器的打点周期为T,计算”的公式为卜=；

(2)根据表中的数据，以彳点对应的时刻为，=(),在图乙所示坐标系中合理地选择标度，作出丫一/图

像；

乙

(3)利用该图像求得小车的加速度a=m6；(结果保留2位有效数字)

(4)如果当时电网中交变电流的电压变成210丫，而做实验的司学并不知道，那么加速度的测量值与实

际值相比(选埴“偏大”“偏小”或“不变”).

【例3】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器接在5()Hz的低压交变电源上,

某同学在打出的纸带上每5点取一个计数点，共取了力、B、C、。、E、/六个计数点(每相邻两个计数点

间的四个点未画出)，如图甲所示.从每一个计数点处将纸带剪开分成五段(分别为。、b、c、d、e段)，

将这五段纸带由短到长紧靠但不重置地粘在xQy坐标系中，如图乙所示，由此可以得到一条表示丫一/关

系的图线，从而求出加速度的大G.

⑴请你在图乙xQv坐标系中用最简洁的方法作出能表示V」关系的图线，其中(填“戈”或

“)”)轴相当于y轴，(填或“y”)轴相当于，轴.

(2)从第一个计数点开始计时，为求出0.15s时刻的瞬时速度，需要测出段纸带的长度.

(3)若测得。段纸带的长度为2.0cm,e段纸带的长度为10.0cm,则可求出加速度的大小为

m/s2.

课堂小结：

本节课的核心是通过小间变化的规律，经历科学探究实躲进一步掌握打点计时器的车在槽码牵引下运动的探究使

用方法和利用打点计时器研究物体运动的方法，最终得出小车速度随时间变化的规律。

明当堂检测

1.在'诟叠4言蔽随前间变化的规律”的实验中，下列说法正确的是()

A.小车在槽码的牵引下运动时只需打出一条纸带，然后进行数据处理

B.为使测量更为严谨，应把打下的第一个点作为计时起点

C.为了便于测量，应舍掉开头一些过于密集的点，找一个适当的点作为计时起点

D.两相邻计数点间的时间间隔必须是().1s

2.一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，并将小球的位置进行编号.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相同,小球从I位置到6位置的运动过程中经过各位置的速度分

别为片=0,V2=0.06m/s,也=m/s,v4=0.18m/s,v5=m/s.在图乙所示的坐标纸上作

出小球的速度一时间图像(保留描点痕迹)：根据图像可求出加速度。=m/s/结果均保留两位有

效数字)

3.某同学在玩具赛车的赛车场看赛车比赛时，用相机连拍功能对经过的某玩具赛车进行了连拍，然后

他把连拍后的照片对应赛道位置排列好，排列好的位置关系如图所示.已知该相机的连拍频率是每秒10

张，照片与实物的比例为I：10.为了判断该赛车的运动情况，该同学对整理好的照片进行了研究.请根

据图中数据回答下列问题:

(1)该照相机连拍时，其拍摄周期为7=s.

(2)图中从左向右玩具赛车在第二个位置的速度v2=m/s,在第五个位置的速度次=

m/s.

(3)该玩具赛车在连拍时间内的平均加速度a=—m/s2.

4.某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时，打点计时器所用电源的频率是50Hz,

在实验中得到一条点迹清晰的纸带，他把某一点记作O,再依次选6个点作为计数点，分别标以4、8、

C、。、“和兄如图甲所示.

(1)如果测得C、D两点相距2.70cm,。、£两点相距2.90cm,则在打。点时小车的速度是m/s.

(2)该同学分别算出打各点时小车的速度，然后根据数据在丫一/坐标系中已描好点，请在图乙中作出

小车的v-t图像,并求出小车的加速度〃=m/s2.

5.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器使用的交变电源的频率为50Hz,记

录小车运动的一段纸带如图甲所示，在纸带上选取力、B、C、。、E、/六个计数点，相邻两计数点之间

还有四个点未画出.

(1)由纸带提供的数据求出打下C、E两点时小车的速度，填入下表:

计数点序号BCDE

计数点对应的时刻t/s00.10.20.3

打下计数点时小立的速度v/(ms-')0.250.45

(2)根据上表中的数据，在图乙中作出小车运动的了一/图像，分析可知小车速度随时间变化的规律为

(3)根据作出的1，一/图像可得小车运动的加速度为m/s2.(结果保留两位有效数字)

6.用电火花计时器研究匀变速直线运动的实验中，某同学打出了如图所示的一条纸带.

I♦•••・••••••••••••••••)

(OABCD(

⑴电火花计时器使用的是v的(填“直流”或“交变”)电源；计时器打点的时间间

隔为0.02s,每隔4个点取1个计数点，依次得到了0、力、8、C、。几个计数点：

(2)小车由静止开始运动，则般带的(填“左”或“右”)端与小车相连；

(3)用刻度尺量得04=1.20cm,08=2.80cm,OC=4.80cm,00=7.20cm,打B点时线带的速度

大小为m/s,纸带运动的加速度大小为m/s2；

(4)如果当时电网中交变电流的频率变大，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值比实际值

(选填“偏大”或“偏小”)；如果当时电网中交变电流的电压变成21()v,而做实验的同学并不

知道，那么加速度的测量值与实际值相比(选填“偏大”“偏小”或“不变”卜

(5)关于打点计时器的使用，下列说法正确的是.

A.电磁打点计时器使用的是8V的直流电源

B.在测量物体速度时，先接通打点计时器的电源，后让物体运动

C.使用的电源频率越高，打点的时间间隔越小

D.电源的电压越高，打点的时间间隔就越小

7.某实验小组用图中所示的装置测量自由落体运动的加速度，其操作步骤如下：

A.按照图甲的装置安装实验器材；

B.将电火花计时器接到学生电源的“8n交流输出”挡位上；

C.先释放纸带，之后闭合开关接通电源，打出一条纸带；

D.多次正确进行实验，从打出的纸带中选取较理想的一条如图乙所示，取连续的计时点1、2、

3、4、…，测得点1到点2、3、4、…的距离分别为加、电、/”、…；

E.根据测量的数据算出重力加速度.

(1)上述步骤中有错误的是(填相应步骤前的字母)；

(2)若从打点1时开始计时，点2、3、4、…对应时刻分别为小小修、…，求得也=生、也=也、

t\h

h=生、…，作出丫一/图像如图丙所示，图线的斜率为h在纵轴上的截距为6,可知打下点1时重物

的速度片=，当地的直力加速度g=.

8.网课期间，小明同学在家自主开展实验探究.用手机拍摄物体自由下落的视频，得到分帧图片,

利用图片中小球的位置来测量当地的重力加速度，实验装置如图甲所示.

(1)家中有乒乓球、小塑料球和小钢球，其中最适合用作实验中下落物体的是.

(2)下列主要操作步骤的正确顺序是.(填写各步探前的序号)

①把刻度尺竖直固定在墙上

②捏住小球，从刻度尺旁静止释放

③手机固定在三脚架上，调整好手机镜头的位置

④打开手机摄像功能，开始摄像

(3)停止摄像，从视频中截取三帧图片，图片中的小球和刻度如图乙所示.已知所截取的图片相邻两帧

之间的时间间隔*s,刻度尺的分度值是1mm,由此测得重力加速度为m/s2.

乙

(4)在某次实验中，小明释放小球时手•稍有晃动，视频显示小球卜.落时偏离了竖直方向.从该视频

中截取图片，(填“仍能”或“不能”)用(3)问中的方法测出重力加速度.

9.某同学利用如图甲所示的装置测量滑块运动的加速度,采用如下步骤完成隹验：

乙

①用游标卡尺测量挡光片的宽度4;

②用亳米刻度尺测量挡光片到光电门的距离X；

③由静止释放滑块，记录数字计时器显示的挡光片挡光时间

④多次改变x,测出所对应的挡光时间/：

⑤以《为纵坐标，x为横坐标，作图像!一x,得出一条过坐标原点的直线如图乙所示，测得其斜率

r卜

为总

⑥根据实验数据和图像，计算滑块运动的加速度a

根据上述的实验步骤，请I可答：

(1)用游标卡尺测量挡光片宽度时，示数如图丙所示，则挡光片的宽度”=mm；

02cm

Up州俐产「』山山山I

010

丙

(2)滑块通过光电门时的速度大小v=(用实验中所测物理量符号表示)；

(3)滑块运动的加速度大小a=(用k、d表示).

10.小涵利用打点计时器探究小车速度随时间变化的规律.

(1)利用打点计时器完成实验的过程中，要使用电源(选填“交变”或“直流”)，打点计时

器频率为50Hz,则在纸带上直接打出的相邻两个计时点间的时间间隔为s.若小车做加速运动，

则图中纸带的(选填“左”或“右”)端与小车相连.

左〉.............・\右

(2)得到纸带后，小涵每隔4个计时点取1个计数点，把刻度尺的零刻线对准某个点，读出各个计

数点对应的刻度值(%),并用某个计数点前后两个计数点间的平均速度代表这个计数点的瞬时速度(匕,),

记录在下面的表格中.

各计数点

XIX3X4工5