2024-2025學(xué)年高中物理2.1實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律教案新人教版必修1

PAGEPAGE61．試驗：探究小車速度隨時間改變的規(guī)律學(xué)問綱要導(dǎo)引核心素養(yǎng)目標(biāo)(1)經(jīng)驗勻變速直線運動的試驗過程．了解勻變速直線運動的規(guī)律，體會試驗在發(fā)覺自然規(guī)律中的作用．(2)能用公式和圖象描述勻變速直線運動，體會數(shù)學(xué)在探討物理問題中的重要性．(3)探究小車速度隨時間改變的規(guī)律．(4)相識試驗對物理學(xué)發(fā)展的推動作用.學(xué)問點一試驗探究一、試驗?zāi)康?．進(jìn)一步練習(xí)運用打點計時器．2．利用v-t圖象處理數(shù)據(jù)，并據(jù)此推斷物體的運動性質(zhì)．3．能依據(jù)試驗數(shù)據(jù)求加速度．二、試驗原理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，依據(jù)圖象的形態(tài)推斷小車的運動性質(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．三、試驗器材打點計時器、一端附有定滑輪的長木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、溝通電源．四、試驗步驟1．如圖所示，把附有滑輪的長木板放在試驗桌上，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(xì)繩拴在小車上，使細(xì)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，重新試驗兩次．5．增減所掛鉤碼，按以上步驟再做兩次試驗．限制試驗條件的緣由①細(xì)線、紙帶保持水平狀態(tài)：保證小車運動的加速度不變．②小車要靠近打點計時器：保證紙帶上打出足夠多的點．③鉤碼個數(shù)適當(dāng)：便于分析試驗數(shù)據(jù)和作圖．④先打點后釋放小車：保證紙帶上有足夠多的點．學(xué)問點二數(shù)據(jù)處理1．表格法：(1)從幾條紙帶中選擇一條比較志向的紙帶，舍掉起先一些比較密集的點，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(biāo)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)依據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，分析速度隨時間改變的規(guī)律．處理紙帶需留意兩點(1)區(qū)分打點計時器打點的周期和計數(shù)周期．(2)在測量各段位移時，應(yīng)測量各計數(shù)點到第一個計數(shù)點的距離．讀數(shù)應(yīng)估讀到分度值的下一位，這樣便于減小測量誤差．2.圖象法：(1)在坐標(biāo)紙上建立直角坐標(biāo)系，橫軸表示時間，縱軸表示速度，并依據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點．(2)畫一條直線，讓這條直線通過盡可能多的點，不在線上的點勻稱分布在直線的兩側(cè)，偏差比較大的點忽視不計，如圖所示．(3)視察所得到的直線，分析物體的速度隨時間的改變規(guī)律．(4)依據(jù)所畫v-t圖象求出小車運動的加速度a＝eq\f(Δv,Δt).圖象法處理數(shù)據(jù)時的兩點留意(1)坐標(biāo)軸單位長度的選取要合適，使圖象分布在坐標(biāo)平面的中心面積上．(2)假如作出的v-t圖象是一條直線，則直線的斜率表示加速度a的大小.核心一試驗原理及操作步驟例1打點計時器是中學(xué)物理中重要的物理試驗儀器，圖中甲、乙兩種打點計時器是中學(xué)物理試驗中常用的．請回答下面的問題．(1)甲圖是________打點計時器，電源采納的是________．(2)乙圖是________打點計時器，電源采納的是________．(3)某同學(xué)在“探究小車速度隨時間改變的規(guī)律”的試驗中，用打點計時器在紙帶上打點記錄小車的運動狀況．他做此試驗時步驟如下：A．拉住紙帶，將小車移至靠近打點計時器處，放開紙帶，再接通電源．B．將打點計時器固定在長木板上，并接好電路．C．把一條繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下面掛上適當(dāng)?shù)你^碼．D．小車停止運動后，干脆取下紙帶．E．將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔．F．換上新紙帶，重復(fù)操作三次，然后從各紙帶中選取一條清楚的進(jìn)行數(shù)據(jù)處理．其中錯誤或遺漏的步驟有：①______________；②______________.將以上步驟完善后按合理的依次填寫在下面橫線上________．【解析】(1)甲圖是電磁打點計時器，電源采納4～6V低壓溝通電．(2)乙圖是電火花打點計時器，所用電源為220V溝通電．(3)試驗過程中應(yīng)先接通電源再放開紙帶，取紙帶前應(yīng)先斷開電源，所以錯誤操作是A、D步驟．合理的依次應(yīng)是BECADF.【答案】見解析(1)試驗步驟可簡化為：放置→固定→連接→先接后放，起先試驗→重復(fù)試驗→數(shù)據(jù)分析．(2)留意幾步：“固定長木板時定滑輪要伸出桌面，打點計時器固定于遠(yuǎn)離定滑輪一端，起先試驗時先接通電源，后釋放小車”．訓(xùn)練1(多選)關(guān)于用打點計時器探究小車速度隨時間改變規(guī)律的試驗，下列說法中正確的是()A．打點計時器應(yīng)固定在長木板上，且靠近滑輪一端B．起先試驗時小車應(yīng)靠近打點計時器一端C．應(yīng)先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放小車D．牽引小車的鉤碼個數(shù)越多越好解析：A錯，B對：打點計時器與滑輪間的距離要盡可能大，小車盡可能靠近打點計時器，都是為了使小車運動的距離較大，盡可能打出較多的點．C對：若先釋放小車再接通電源，只能在紙帶的后面部分打點．D錯：鉤碼個數(shù)應(yīng)適當(dāng)，鉤碼個數(shù)少，打的點很密；鉤碼個數(shù)多，打的點少，都會帶來試驗誤差．答案：BC核心二試驗數(shù)據(jù)處理例2在探討物體速度隨時間改變規(guī)律的試驗中，如圖1所示為一次記錄小車運動狀況的紙帶，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T＝0.1s.圖1圖2(1)依據(jù)__________可計算各點的瞬時速度，可得vD＝__________m/s，vC＝__________m/s，vB＝__________m/s.(2)在如圖2所示坐標(biāo)系中畫出小車的v-t圖線，并依據(jù)圖線求出a＝__________.【解析】(1)在時間間隔較小時，與某點相鄰的前后兩點間的平均速度等于該點的瞬時速度．D點的瞬時速度vD＝eq\f(xCE,2T)＝eq\f(105.60－27.60cm,0.2s)＝390cm/s＝3.90m/sC點的瞬時速度vC＝eq\f(xBD,2T)＝eq\f(60.30－7.50cm,0.2s)＝264cm/s＝2.64m/sB點的瞬時速度vB＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f(27.60cm,0.2s)＝138cm/s＝1.38m/s.(2)由上述數(shù)據(jù)畫出小車的v-t圖線如圖所示，由圖線的斜率可求得它的加速度a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(1.26m/s,0.1s)＝12.6m/s2.【答案】(1)與該點相鄰的前后兩點間的平均速度等于該點的瞬時速度3.902.641.38(2)如上圖所示12.6m/s2利用打點紙帶某小段時間內(nèi)的平均速度替代中間時刻的瞬時速度．

訓(xùn)練2在探究小車速度隨時間改變的規(guī)律的試驗中，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(s)0.100.200.300.400.500.60通過計數(shù)點的速度(cm/s)44.062.081.0100.0119.0138.0為了計算加速度，合理的方法是()A．依據(jù)隨意兩計數(shù)點的速度用公式a＝eq\f(Δv,Δt)算出加速度B．依據(jù)試驗數(shù)據(jù)畫出v-t圖象，量出其傾角α，由公式a＝tanα求出加速度C．依據(jù)試驗數(shù)據(jù)畫出v-t圖象，由圖線上相距較遠(yuǎn)的兩點所對應(yīng)的速度、時間用公式a＝eq\f(Δv,Δt)算出加速度D．依次算出通過連續(xù)兩計數(shù)點間的加速度，算出平均值作為小車的加速度解析：方法A偶然誤差較大．方法D事實上也僅由始末兩個速度確定，偶然誤差也比較大．只有利用試驗數(shù)據(jù)畫出對應(yīng)的v-t圖象，才可充分利用各次測量數(shù)據(jù)，削減偶然誤差．由于在物理圖象中，兩坐標(biāo)軸的分度大小往往是不相等的，依據(jù)同一組數(shù)據(jù)，可以畫出傾角不同的很多圖象，方法B是錯誤的．正確的方法是依據(jù)圖象找出不同時刻所對應(yīng)的速度值，然后利用公式a＝eq\f(Δv,Δt)算出加速度，即方法C.答案：C在物理學(xué)中，依據(jù)試驗數(shù)據(jù)畫出v-t圖象，當(dāng)橫、縱坐標(biāo)取不同的標(biāo)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.1．依據(jù)已打出的紙帶，不用公式計算就可以干脆得出的物理量是()①時間間隔②位移③加速度④平均速度A．①②B．②③C．③④D．①④答案：A2．在“探究小車速度隨時間改變的規(guī)律”試驗中，下列說法不正確的是()A．紙帶上可以每隔隨意相同數(shù)量的點選取一個計數(shù)點B．運用刻度尺測量長度時，要進(jìn)行估讀C．作v-t圖象時，所描曲線必需經(jīng)過每一個點D．在數(shù)據(jù)處理時，常用公式法和圖象法答案：C3．某同學(xué)探討勻變速直線運動的規(guī)律時，試驗裝置如圖所示，其中A為砂桶和砂，B為定滑輪，C為小車，D為紙帶，E為電磁打點計時器，F(xiàn)為電壓6V的蓄電池，G是開關(guān)．(1)請指出試驗裝置中的兩處錯誤．①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________.(2)試驗中得到了一條較為志向的紙帶，并在紙帶上每5個點取一個計數(shù)點，將這些計數(shù)點依次記為0、1、2、3、4…，如圖所示．則紙帶上C點對應(yīng)的瞬時速度是________m/s；小車運動的加速度是________m/s2(設(shè)小車加速度不變)．解析：(1)電磁打點計時器運用4V～6V的交變電源工作，試驗中運用了直流電源；探討勻變速直線運動試驗時，為了保證紙帶上打出清楚而且足夠的計數(shù)點，應(yīng)讓小車靠近打點計時器，該試驗中沒有做到這一點．(2)vC＝eq\f(xBD,tBD)＝eq\f(9.00－2.40×10－2,0.2)m/s＝0.33m/svD＝eq\f(xCE,tCE)＝eq\f(13.19－5.41×10－2,0.2)m/s≈0.39m/s則加速度a＝eq\f(vD－vC,T)＝0.6m/s2.答案：(1)見解析(2)0.330.64．某同學(xué)在做“探究小車速度隨時間改變的規(guī)律”的試驗時，打點計時器所用電源的頻率是50Hz，在試驗中得到一條點跡清楚的紙帶，他把某一點記作O，再依次選6個點作為計數(shù)點，分別標(biāo)以A、B、C、D、E和F，如圖甲所示．(1)假如測得C、D兩點相距2.70cm，