優(yōu)選教案：人教版高中物理 必修第一冊2.1實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律

第二章勻變速直線運動的研究第1節(jié)實驗：探究小車隨時間變化的規(guī)律【素養(yǎng)目標】1.能熟練使用打點計時器。2.會根據(jù)相關(guān)實驗器材，設(shè)計實驗并完成操作。3.會處理紙帶求各點瞬時速度。4.會設(shè)計表格并用表格處理數(shù)據(jù)。5.會用v-t圖像處理數(shù)據(jù)，表示運動規(guī)律6.掌握圖象的一般方法，并能描述運動的特點?！颈貍渲R】知識點一、實驗思路1．利用打點計時器所打紙帶的信息，代入計算式vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)，即用以n點為中心的一小段時間間隔的平均速度代替n點的瞬時速度．2．用描點法作出小車的v-t圖象，根據(jù)圖象的形狀判斷小車的運動性質(zhì)．若所得圖象為一條傾斜直線則表明小車做勻變速直線運動．3．利用v-t圖象求出小車的加速度．知識點二、實驗步驟1．如圖所示，把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木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，下邊掛上鉤碼，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．把小車停在靠近打點計時器處，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列小點．4．換上新的紙帶，重復實驗兩次．5．增減所掛鉤碼，按以上步驟再做兩次實驗．知識點三、數(shù)據(jù)分析1．表格法(1)從幾條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開始一些比較密集的點，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，這樣相鄰計數(shù)點間的時間間隔T=0.1s（電源頻率為50Hz）(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0～21～32～43～54～6時間間隔v/(m·s－1)(3)1、2、3、4、…各點的瞬時速度分別為：v1＝eq\f(x2,2T)、v2＝eq\f(x3－x1,2T)、v3＝eq\f(x4－x2,2T)、v4＝eq\f(x5－x3,2T)、….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．做v-t圖像(1)以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立平面直角坐標系，根據(jù)所測得的v、t數(shù)據(jù)在坐標系中描點、連線，做出小車運動的v-t圖像。(2)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)根據(jù)所畫v-t圖象求出小車運動的加速度a＝eq\f(Δv,Δt).知識點四、誤差分析1.系統(tǒng)誤差（1）木板的粗糙程度不同，摩擦不均勻．（2）電源的頻率不穩(wěn)定帶來誤差2．偶然誤差（1）根據(jù)紙帶測量的位移有誤差，從而計算出的瞬時速度有誤差．（2）作v-t圖象時單位選擇不合適或人為作圖不準確帶來誤差．知識點五、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，立即斷開電源．4．選取一條點跡清晰的紙帶，適當舍棄點密集部分，適當選取計數(shù)點(注意計數(shù)點與計時點的區(qū)別)，弄清楚所選的時間間隔T等于多少秒．5．要防止鉤碼落地，避免小車跟滑輪相碰，當小車到達滑輪前及時用手按?。?．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4個點取一個計數(shù)點，即時間間隔為t＝0.02×5s＝0.1s.7．在坐標紙上畫v-t圖象時，注意坐標軸單位長度的選取，應(yīng)使圖象盡量分布在較大的坐標平面內(nèi)．【課堂檢測】1.在實驗中，利用紙帶上的數(shù)據(jù)和第一章的方法得出各計數(shù)點的瞬時速度后，以速度v為縱軸，以時間t為橫軸建立直角坐標系。某次實驗中某同學描出的點如圖所示。在直角坐標系上一共描出了10個點。下列思考有道理的是（

）①這10個點無論如何也不在一條直線上，因此小車運動的v-t圖象不可能為一條直線，而應(yīng)為一條光滑的曲線②這10個點中有6個點雖然不在一條直線上，但它們緊挨在一條直線附近，只有F和B兩點離這條直線太遠③在10個點當中只有4個點能畫在一條直線上（A、D、G、I），有六個點不在該直線上，這條直線肯定不能表示小車運動的規(guī)律④與直線偏差較小的點（C、E、H、J）可能是實驗誤差造成的，而與直線偏離較大的點（B、F）則可能是實驗中出現(xiàn)錯誤造成的A.

①③

B.

②④

C.

①②

D.

③④【答案】B【解析】任何實驗都會存在一定的誤差，也正是因為有誤差的存在，v-t圖中的數(shù)據(jù)點才不可能嚴格在一條直線上；如果有些數(shù)據(jù)離直線很遠，說明這個數(shù)據(jù)很可能是錯誤的，所以①③錯誤，②④正確，選項B符合題意。故答案為：B

【分析】本題考察了利用打點計時器測速度后數(shù)據(jù)的處理方法。做v-t圖象的原則是：應(yīng)使盡可能多的點在直線上，不在直線上的點均勻分布在直線兩側(cè)，個別誤差較大的點可能是錯誤的數(shù)據(jù)。2.小明同學在學習了DIS實驗后，設(shè)計了一個測物體瞬時速度的實驗，在小車上固定擋光片，使擋光片的前端與車頭齊平，將光電門傳感器固定在軌道側(cè)面，墊高軌道的一端．小明同學將小車從該端同一位置由靜止釋放，獲得了如下幾組實驗數(shù)據(jù)．則以下表述正確的是（

）實驗次數(shù)不同的擋光片通過光電門的時間（s）速度（m/s）第一次Ⅰ0.230440.347第二次Ⅱ0.174640.344第三次Ⅲ0.116620.343第四次Ⅳ0.058500.342A.

四個擋光片中，擋光片Ⅰ的寬度最小

B.

四個擋光片中，擋光片Ⅲ的寬度最小

C.

四次實驗中，第一次實驗測得速度最接近小車車頭到達光電門時的瞬時速度

D.

四次實驗中，第四次實驗測得速度最接近小車車頭到達光電門時的瞬時速度【答案】D【解析】解：根據(jù)v2=2ax可得v=2AB、由于小車每次從同一位置由靜止開始下滑，故每次到光電門的速度相同．而遮光板通過光電門的時間t=dv，可見遮光板通過光電門的時間越長代表遮光板越寬．故ABCD、顯然遮光板越小，遮光板的平均速度越趨近于遮光板前端的速度即越趨近于車頭的速度．故C錯誤，D正確．故選：D．【分析】根據(jù)v2=2ax可得v=2ax，而遮光板通過光電門的時間t=dv【素養(yǎng)作業(yè)】1.關(guān)于“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗操作，下列說法錯誤的是（

）A.

把長木板平放在實驗桌上，使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在木板沒有滑輪的一端

B.

在釋放小車前，小車應(yīng)靠近打點計時器

C.

應(yīng)先接通電源，待打點計時器開始打點并穩(wěn)定后再釋放小車

D.

鉤碼的質(zhì)量越大越好【答案】D【解析】A．把長木板平放在實驗桌上，使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在木板沒有滑輪的一端，A正確，不符合題意；B．在釋放小車前，小車應(yīng)靠近打點計時器，B正確，不符合題意；C．為提高紙帶利用率，應(yīng)先接通電源，待打點計時器開始打點并穩(wěn)定后再釋放小車，C正確，不符合題意；D．鉤碼的質(zhì)量并不是越大越好，D錯誤，符合題意。故答案為：D。

【分析】鉤碼的質(zhì)量不是越大越好；實驗釋放小車時，小車要靠近打點計時器；實驗要先接通電源后釋放小車。2.測勻變速直線運動加速度的實驗中，接通電源與讓紙帶隨物體開始運動，這兩個操作的時間關(guān)系應(yīng)當是（

）A.

先接通電源，后釋放紙帶

B.

先釋放紙帶，后接通電源

C.

釋放紙帶的同時接通電源

D.

先釋放紙帶或先接通電源都可以【答案】A【解析】解：開始記錄時，應(yīng)先給打點計時器通電打點，然后釋放紙帶讓紙帶（隨物體）開始運動，如果先放開紙帶開始運動，再接通打點計時時器的電源，由于重物運動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對實驗產(chǎn)生較大的誤差；先打點再釋放紙帶，可以使打點穩(wěn)定，提高紙帶利用率，可以使紙帶上打更多的點，BCD錯誤，A正確．故選：A．【分析】本題考查了打點計時器的具體應(yīng)用，熟悉打點計時器的使用細節(jié)即可正確解答本題．3.關(guān)于探究小車速度隨時間變化的規(guī)律的實驗，下列說法中正確的是（

）A.

打點計時器應(yīng)接交流電源

B.

應(yīng)先釋放紙帶，后接通電源打點

C.

需使用秒表測出小車運動的時間

D.

只要測出紙帶上任意兩點跡間的距離，就可求出小車運動的加速度【答案】A【解析】解：A、打點計時器應(yīng)接交流電源，故A正確；B、開始記錄時，應(yīng)先給打點計時器通電打點，然后再釋放重錘，讓它帶著紙帶一同落下，如果先放開紙帶讓重物下落，再接通打點計時時器的電源，由于重物運動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對實驗產(chǎn)生較大的誤差，故B錯誤；C、我們可以通過打點計時器計算時間，不需要秒表，故C錯誤；D、依據(jù)加速度公式a=△xT2，△x是任意連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之差，因此知道紙帶上任意兩點跡間的故選：A．【分析】正確解答本題需要掌握：理解該實驗的實驗原理，需要測量的數(shù)據(jù)等；明確打點計時器的使用；理解實驗中的注意事項以及如何進行數(shù)據(jù)處理；對于任何實驗注意從實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)處理、實驗注意事項這幾點去搞清楚．4.在研究勻變速直線運動的實驗中，算出小車經(jīng)過各計數(shù)點的瞬時速度如下：計數(shù)點序號123456計數(shù)點對應(yīng)的時刻/s0.100.200.300.400.500.60通過計數(shù)點時的速度/（cm·s-1）44.062.081.0100.0110.0168.0為了計算加速度，合理的方法是（

）A.

根據(jù)任意兩計數(shù)點的速度，用公式a=ΔvΔt算出加速度

B.

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出v－t圖像，量出其傾角α，由公式a=tanα求出加速度

C.

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出v－t圖像，由圖像上相距較遠的兩點所對應(yīng)的速度、時間，用公式a=ΔvΔt算出加速度【答案】C【解析】AC．在處理實驗數(shù)據(jù)時，如果只使用其中兩個數(shù)據(jù)，由于偶然誤差的存在可能會造成最后誤差較大；所以我們可以根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出v－t圖象，考慮到誤差，不可能是所有點都整齊的排成一條直線，連線時，應(yīng)該盡量使那些不能畫在線上的點均勻地分布在線的兩側(cè)，這樣圖線上會舍棄誤差較大的點，由圖線上任意兩點所對應(yīng)的速度及時間，用公式a=ΔvΔt出加速度，所以誤差小，A不符合題意，C符合題意；B．根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出v－t圖象，當縱坐標取不同的標度時，圖象的傾角就會不同，所以量出其傾角，用公式a=tanα算出的數(shù)值并不是加速度，B不符合題意；D．這種方法是不對的，因為依次算出通過連續(xù)兩計數(shù)點間的加速度再算出平均值，實質(zhì)還是僅用了兩個計數(shù)點的速度，偶然誤差較大，D不符合題意。故答案為：C。【分析】任意選取兩個計數(shù)點的速度求加速度時其實驗誤差比較大；由于坐標的標度不同會導致圖像的傾角不同會導致影響加速度的大?。粚嶒炐枰脠D像斜率求出加速度的大小。5.如圖所示，氣墊導軌上滑塊經(jīng)過光電門時，其上的遮光條將光遮住，電子計時器可自動記錄遮光時間△t，測得遮光條的寬度為△x，用△x△t近似代表滑塊通過光電門時的瞬時速度，為使A.

換用寬度更窄的遮光條

B.

提高測量遮光條寬度的精確度

C.

使滑片的釋放點更靠近光電門

D.

增大氣墊導軌與水平面的夾角【答案】A【解析】解：本題中利用平均速度等效替代瞬時速度；故只能盡量減小計算平均速度的位移，即換用寬度更窄的遮光條；A符合題意；BCD不符合題意；故答案為：A．【分析】解答本題應(yīng)掌握關(guān)鍵問題，要使位移與時間的比值更接近一個瞬間只能減小寬度。6.在“測定勻變速直線運動加速度”的實驗中，得到的記錄紙帶如圖所示，圖中的點為記數(shù)點，在每兩相鄰的記數(shù)點間還有4個點沒有畫出，則小車運動的加速度為（

）A.

0.2m/s2

B.

2.0m/s2

C.

20.0m/s2

D.

200.0m/s2【答案】B【解析】解：每相鄰兩個計數(shù)點之間還有4個實驗點未畫出，所以相鄰的計數(shù)點間的時間間隔T=0.1s，根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT2，整理得：a=△x△t=0.020．故選：B．【分析】根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT2可以求出加速度的大小．7.小梁同學想探究小車在做勻變速直線運動中，速度隨時間變化的規(guī)律。于是他采用了如圖所示的實驗裝置圖(局部)。則圖中明顯存在的錯誤有(

)(填字母)。A.

未平衡摩擦力

B.

細繩未與軌道平行

C.

鉤碼的質(zhì)量未遠小于小車質(zhì)量【答案】B【解析】探究小車速度隨時間變化的規(guī)律實驗