2019-2020版新教材高中物理第二章第1節(jié)實驗：探究小車速度隨時間變換的規(guī)律教案必修第一冊

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第1節(jié)實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律一、實驗?zāi)康?.進一步練習(xí)使用打點計時器,通過打出的紙帶測量瞬時速度。2。通過實驗獲取數(shù)據(jù)，利用圖像處理實驗數(shù)據(jù)。3.通過數(shù)據(jù)分析得出小車速度隨時間變化的規(guī)律。二、實驗設(shè)計1.實驗方案：如圖所示，把一端帶有滑輪的長鋁板平放在實驗桌上，鋁板上放一小車，小車一端連接穿過打點計時器的紙帶，另一端連接繞過滑輪系有槽碼的細繩.小車在槽碼的牽引下運動，通過研究紙帶上的信息,探究小車的速度隨時間的變化規(guī)律.2。實驗原理（1）計算瞬時速度使用毫米刻度尺測量每個計數(shù)點與第一個計數(shù)點間的距離，得出每相鄰兩個計數(shù)點間的距離x1、x2、x3，如圖所示。

2、由于各計數(shù)點的時間間隔比較短，可以用平均速度來代替瞬時速度.即v1,v2，。（2)根據(jù)vt圖像判斷速度的變化規(guī)律用描點法可作出小車的vt圖像，根據(jù)圖像的形狀可判斷小車的運動性質(zhì).利用vt圖線的斜率可求出小車的加速度。3。實驗器材電磁打點計時器（或電火花計時器)、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、一端附有定滑輪的長鋁板、小車、紙帶、細繩、槽碼、刻度尺、交流電源、坐標紙。三、實驗步驟1。如圖所示,把附有滑輪的長鋁板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長鋁板上沒有滑輪的一端，連接好電路。2。把一條細繩拴在小車上，使細繩跨過滑輪，下邊掛上槽碼,把紙帶穿過打點計時器，并把紙帶的一端固定在小車的后面。3。把小車

3、停在靠近打點計時器處，啟動計時器，然后釋放小車， 一定先接通電源，后釋放小車讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列小點，隨后關(guān)閉電源。4。增減所掛槽碼的個數(shù)(或在小車上放置重物),換上新的紙帶,按以上步驟再做兩次實驗。四、數(shù)據(jù)處理1.瞬時速度的計算（1）從幾條紙帶中選擇一條點跡最清晰的紙帶，舍掉開始紙帶的選取一些比較密集的點，在后面便于測量的地方找一個點，作為計數(shù)始點，以后依次每五個點取一個計數(shù)點，并標明0、1、2、3、4、如圖所示。(2）依次測出01、02、03、04、的距離x1、x2、x3、x4、，填入表中。位置123456長度x1x2x3x4x5x6各段長度021324354

4、6時間間隔-v/（ms1）（3）1、2、3、4、各點的瞬時速度分別為:v1、v2、v3、v4。將計算得出的各點的速度填入表中。(4)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，分析速度隨時間變化的規(guī)律。2。作出小車運動的vt圖像(1）定標度：坐標軸的標度選取要合理，應(yīng)使圖像大致分布在坐標平面中央。（2）描點：描點時要用平行于兩坐標軸的虛線標明該點的位置坐標.（所描的點一般用“標明）在描點時最好用坐標紙,使圖線占據(jù)坐標平面的大部分面積。（3)連線:畫一條直線，讓這條直線通過盡可能多的點，不在線上的點均勻分布在直線的兩側(cè)，偏差比較大的點舍去,如圖所示.（4）觀察所得到的直線，分析物體的速度隨時間的變化規(guī)律。3.求解加速度根

5、據(jù)所畫vt圖像的斜率,求出小車運動的加速度a。計算小車的加速度時，應(yīng)選取相距較遠的兩點，可以減小誤差。五、誤差分析1.根據(jù)紙帶測量的位移有誤差。2。作vt圖像不準確有誤差。3.鋁板的不同部位粗糙程度不完全相同.六、注意事項1。開始釋放小車時，應(yīng)使小車靠近打點計時器。2。先接通電源，等打點穩(wěn)定后，再釋放小車。3。打點完畢,應(yīng)立即斷開電源.4.牽引小車的槽碼個數(shù)要適當，以免加速度過大而使紙帶上的點太少，或者加速度太小，而使各段位移差別不大，誤差增大.5。要區(qū)分打點計時器打出的計時點和人為選取的計數(shù)點，一般在紙帶上每隔四個計時點取一個計數(shù)點，若電源頻率為50 hz,則時間間隔t0。1 s.6.在坐標

6、紙上畫vt圖像時，注意坐標軸單位長度的選取，應(yīng)使圖像盡量分布在較大的坐標平面內(nèi).要點1實驗原理和實驗操作例1 在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律的實驗中，（1）實驗室提供了以下器材:電火花計時器、一端附有滑輪的長鋁板、小車、紙帶、細繩、槽碼、刻度尺、交流電源、停表、彈簧測力計。其中在本實驗中不需要的器材是.(2）按照實驗進行的先后順序，將下述步驟的代號填在橫線上。a。把穿過打點計時器的紙帶固定在小車后面b.把打點計時器固定在鋁板沒有滑輪的一端，并連好電路c。換上新的紙帶，再重做兩次實驗d。把長鋁板平放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面e。使小車停在靠近打點計時器處,接通電源，放開小車，讓小車運動f。把

7、一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪，下邊吊著合適的槽碼g.斷開電源，取出紙帶解析（1）本實驗需要測量的物理量是位移和時間，用打點計時器打出的紙帶上的點就可以算出時間，用刻度尺可以測出兩點間的距離，因此，不需要彈簧測力計和停表。（2）根據(jù)實驗的步驟，正確的順序應(yīng)為dbfaegc。答案（1）彈簧測力計、停表（2）dbfaegc 針對訓(xùn)練1 如圖甲所示的（圖中長鋁板水平固定）是高中物理常用的力學(xué)實驗裝置，現(xiàn)用該裝置完成“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”。甲（1）圖乙中的實驗照片是否有實驗錯誤、不合理或不必要之處？若存在問題，請指明問題所在。乙(2）下列哪些措施能有助于減小實驗的誤差。a.選用輸出電壓穩(wěn)

8、定性更佳的恒定電源b.選用輸出電壓變化周期更穩(wěn)定的交流電源c.調(diào)節(jié)滑輪高度，使拉線與長鋁板平行d.實驗中滿足槽碼質(zhì)量m遠小于小車的質(zhì)量me.實驗前先平衡小車與鋁板間的摩擦力解析（1）照片a：實驗有錯誤之處，選用蓄電池作為電源.照片b:實驗有不合理之處,小車起始點離打點計時器過遠。(2）選用輸出電壓穩(wěn)定性更佳的恒定電源，打點計時器不能計時，a錯誤;選用輸出電壓變化周期更穩(wěn)定的交流電源可使打點周期穩(wěn)定，減小誤差，b正確；調(diào)節(jié)滑輪高度,使拉線與長鋁板平行，可減小誤差,c正確；測定小車的速度不需要滿足槽碼的質(zhì)量m遠小于小車的質(zhì)量m，也不需要實驗前先平衡小車與鋁板間的摩擦力，d、e錯誤。答案（1）見解析

9、(2）bc要點2實驗數(shù)據(jù)處理例2 在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律的實驗中，如圖所示為記錄小車運動情況的一條紙帶，圖中a、b、c、d、e為相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔t0。1 s。（1)計算d、c、b各點的瞬時速度,vd m/s，vc m/s,vb m/s。(2）在如圖所示坐標系中作出小車的vt圖像，并根據(jù)圖像求出a.解析（1)若時間較短，平均速度可以代替某點的瞬時速度。d點的瞬時速度vd cm/s390 cm/s3.90 m/sc點的瞬時速度vc cm/s264 cm/s2.64 m/sb點的瞬時速度vb cm/s138 cm/s1。38 m/s(2）由（1)中數(shù)據(jù)作出小車的vt圖像

10、如圖所示,由圖線的斜率可求得它的平均加速度a m/s212。6 m/s2答案（1）3。902.641.38（2)圖見解析12.6 m/s2方法凝煉由紙帶求加速度的方法如圖所示的紙帶各計數(shù)點1、2、3、4、5、所對應(yīng)的速度分別是v1、v2、v3、v4、v5、，t為計數(shù)點間的時間間隔。（1）圖像法由多組數(shù)據(jù)描繪出vt圖像,vt圖像中直線的斜率即為物體運動的加速度.此法有利于減小偶然誤差，并能剔除誤差較大的數(shù)據(jù)。（2)平均值法a1，a2，a3,an。求加速度的平均值。從結(jié)果看,真正參與運算的只有v1和vn1，中間各點的瞬時速度在運算中都未起作用，一般不用此方法. 針對訓(xùn)練2 某同學(xué)利用圖（a）所示的

11、實驗裝置探究物塊速度隨時間的變化。物塊放在桌面上，細繩的一端與物塊相連，另一端跨過滑輪掛上鉤碼。打點計時器固定在桌面左端,所用交流電源頻率為50 hz。紙帶穿過打點計時器連接在物塊上。啟動打點計時器，釋放物塊，物塊在鉤碼的作用下拖著紙帶運動。打點計時器打出的紙帶如圖（b）所示(圖中相鄰兩點間有4個點未畫出）。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，回答下列問題：（1)在打點計時器打出b點時,物塊的速度大小為m/s。在打出d點時,物塊的速度大小為m/s;（保留2位有效數(shù)字）（2）物塊的加速度大小為m/s2。(保留2位有效數(shù)字)解析(1）根據(jù)紙帶上某點的瞬時速度等于一小段時間內(nèi)的平均速度，所以vb m/s0。56 m/

12、s，vd m/s0。96 m/s。（2）根據(jù)a，代入數(shù)據(jù)整理可得a2.0 m/s2.答案（1）0。560.96(2）2。01.(多選）下列關(guān)于打點計時器的說法中正確的是（）a。電磁打點計時器是利用振針上下振動,通過復(fù)寫紙在紙帶上留下一行小點b。電火花計時器是利用火花放電的原理來工作的c.我國中學(xué)實驗室中的打點計時器直接接到實驗臺上的插座上使用，這種打點計時器是電磁打點計時器d。從減小紙帶運動中所受阻力的角度考慮,選電火花計時器較電磁打點計時器好解析根據(jù)電磁打點計時器和電火花計時器的構(gòu)造知，選項a、b正確；電火花計時器由于利用的是火花放電的原理來工作的，使用時摩擦較電磁打點計時器的小，選項d正確

13、；我國使用的是220 v交流電,所以直接接到實驗臺上的插座上使用的打點計時器應(yīng)該是電火花計時器，選項c錯誤。答案abd2。下列實驗過程中正確使用打點計時器的步驟順序是（)啟動電源，用手水平拉動紙帶，紙帶上就打出一行小點關(guān)掉電源取下紙帶，從能夠看清的某個點開始，往后數(shù)若干個點，如果數(shù)出n個點，這些點劃分出的間隔數(shù)是（n1），由此計算出紙帶從第1個點到第n個點的運動時間把紙帶裝好了解打點計時器的結(jié)構(gòu)，然后把它固定的桌子上用刻度尺測量出從第1個點到第n個點的距離a. b。c。 d。解析進行實驗前應(yīng)充分了解打點計時器的結(jié)構(gòu)和工作原理，并安裝好打點計時器，在接通電源前，要將紙帶裝好，實驗開始時應(yīng)先接通電

14、源，等打點計時器工作穩(wěn)定后再拉動紙帶,打點結(jié)束后，應(yīng)立即關(guān)閉電源以保護打點計時器，將紙帶與打點計時器分離后，進行紙帶的處理,故選項a正確.答案a3?！袄秒娀鸹ㄓ嫊r器研究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中。(1)下述器材中不需要的是（用代號表示)。 220 v交流電源;電火花計時器；秒表；小車；帶滑輪的長鋁板;紙帶；天平；刻度尺（2)如圖所示是某同學(xué)實驗時得到的一條紙帶（實驗中交流電源的頻率為 50 hz），依照打點的先后順序取計數(shù)點1、2、3、4、5、6、7,相鄰兩計數(shù)點間還有4個點未畫出，測得x11.42 cm，x21。91 cm，x32.40 cm，x42.91 cm,x53。43 cm

15、,x63。92 cm.打計數(shù)點2時紙帶的速度大小v2 m/s（保留2位有效數(shù)字）；如果當時電網(wǎng)中交流電的頻率f49 hz，而做實驗的同學(xué)并不知道，那么由此引起速度的測量值比實際值偏（選填“大或“小”）.解析（1）電火花計時器使用220 v的交流電源，可以直接記錄時間,不需要秒表。在該實驗中，不需要測量質(zhì)量，所以不需要天平。故不需要的器材為。（2）打計數(shù)點2時紙帶的瞬時速度為v2 m/s0.17 m/s。如果當時電網(wǎng)中交流電的頻率f49 hz，則實際的打點周期大于0。02 s，而進行計算時仍用0.02 s,所以速度的測量值比實際值偏大。答案（1） (2）0.17大4.一個物體拖動紙帶運動，獲得打

16、點計時器打出的一段紙帶如圖所示，每兩個計數(shù)點之間的時間間隔為0。1 s，打點計時器打下計數(shù)點3時物體的瞬時速度為；打點計時器打下計數(shù)點4時物體的瞬時速度為；物體的加速度為。解析v3 m/s0。50 m/sv4 m/s0。65 m/sa m/s21.50 m/s2答案0。50 m/s0。65 m/s1。50 m/s25.如圖所示，某同學(xué)在做“研究小車速度隨時間變化的規(guī)律的實驗中，由打點計時器得到表示小車運動過程的一條清晰紙帶,紙帶上兩相鄰計數(shù)點的時間間隔為t0.10 s，其中x17。05 cm,x27。68 cm、x38.33 cm、x48.95 cm、x59。61 cm、x610.26 cm.（1）求計數(shù)點3處的瞬時速度的大?。唬?）作