（浙江專用）2018-2019高中物理 第二章 勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究 1 實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律學(xué)案 新人教版必修1.doc

1實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律知識(shí)內(nèi)容探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律考試屬性課時(shí)要求1.知道實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，說出實(shí)驗(yàn)中各器材的作用，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作.2.會(huì)近似計(jì)算各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度及加速度.3.會(huì)利用vt圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能據(jù)此判斷小車速度隨時(shí)間變化的特點(diǎn).一、實(shí)驗(yàn)原理1.利用紙帶計(jì)算瞬時(shí)速度：以紙帶上某點(diǎn)為中間時(shí)刻取一小段位移，用這段位移的平均速度表示這點(diǎn)的瞬時(shí)速度.2.用vt圖象表示小車的運(yùn)動(dòng)情況：以速度v為縱軸、時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，用描點(diǎn)法畫出小車的vt圖象，圖線的傾斜程度表示加速度的大小，如果vt圖象是一條傾斜的直線，說明小車的速度是均勻變化的.二、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、交流電源、紙帶、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、小車、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、坐標(biāo)紙、復(fù)寫紙.三、實(shí)驗(yàn)步驟1.如圖1所示，把一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板沒有滑輪的一端，連接好電路.圖12.把一條細(xì)繩拴在小車上，使細(xì)繩跨過滑輪，下面掛上適當(dāng)?shù)你^碼，把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并把紙帶的一端連在小車的后面.3.把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置，先接通電源，后釋放小車(填“接通電源”或“釋放小車”)，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一行小點(diǎn)，隨后立即關(guān)閉電源.4.換上新紙帶，重復(fù)操作兩次.四、數(shù)據(jù)處理1.采集數(shù)據(jù)如圖2所示，一般不是直接測(cè)量相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，而是先測(cè)量出各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)時(shí)零點(diǎn)的距離x1、x2、x3、x4、x5，再計(jì)算出相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離.x1x1，x2x2x1，x3x3x2，x4x4x3，x5x5x4.圖22.求解速度(1)各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度用平均速度來代替，即v1，v2，t為相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔，若交流電源頻率為50 hz，每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)(中間隔4個(gè)點(diǎn))，則t0.1 s.(2)設(shè)計(jì)表格并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)位置編號(hào)1234567時(shí)刻t/s0.10.20.30.40.50.60.7v/(ms1)3.作出小車運(yùn)動(dòng)的vt圖象(1)定標(biāo)度：坐標(biāo)軸的標(biāo)度選取要合理，應(yīng)使圖象大致布滿坐標(biāo)紙.(2)描點(diǎn)：在坐標(biāo)紙上描出各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的位置.(3)連線：用一條平滑的曲線或直線“擬合”這些點(diǎn).4.分析數(shù)據(jù)并求出加速度(1)如果畫出的vt圖象是一條傾斜的直線，說明小車做速度均勻變化的直線運(yùn)動(dòng).圖象和縱軸的交點(diǎn)表示開始計(jì)時(shí)時(shí)小車的速度初速度.(2)求出小車的加速度在vt圖象上任意取兩個(gè)間隔較遠(yuǎn)的點(diǎn)(這兩個(gè)點(diǎn)不一定是我們表格中已測(cè)得的點(diǎn))，找出它們的坐標(biāo)值，然后把它們的坐標(biāo)值代入公式a中求出加速度，即用圖線的斜率求加速度.五、注意事項(xiàng)1.開始釋放小車時(shí)，應(yīng)使小車靠近(填“靠近”或“遠(yuǎn)離”)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.2.先接通電源，等打點(diǎn)穩(wěn)定后，再釋放小車(填“接通電源”或“釋放小車”).3.選取一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，舍掉開頭點(diǎn)跡密集部分，選取適當(dāng)?shù)挠?jì)數(shù)點(diǎn)(注意計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)時(shí)點(diǎn)的區(qū)別)，弄清楚所選的時(shí)間間隔t等于多少.4.在坐標(biāo)紙上畫vt圖象時(shí)，注意坐標(biāo)軸單位長(zhǎng)度的選取，應(yīng)使圖象大致布滿坐標(biāo)紙.一、實(shí)驗(yàn)器材和操作例1某同學(xué)按圖3所示裝置做“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn).圖3(1)圖中儀器a叫做_計(jì)時(shí)器，使用220 v_電源(選填“交流”或“直流”)，釋放小車前，小車應(yīng)停在_(填“靠近”或“遠(yuǎn)離”)儀器a的位置.(2)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來分析小車運(yùn)動(dòng)情況的實(shí)驗(yàn)中，有以下基本步驟：a.松開紙帶讓小車帶著紙帶運(yùn)動(dòng)b.穿好紙帶c.把計(jì)時(shí)器固定好d.接通電源，進(jìn)行打點(diǎn)以上步驟的正確順序是_.答案(1)電火花交流靠近(2)cbda解析(1)題圖中儀器a叫做電火花計(jì)時(shí)器，使用220 v交流電源，實(shí)驗(yàn)過程中，放開小車前，小車要靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；(2)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來分析小車運(yùn)動(dòng)情況的實(shí)驗(yàn)中，基本步驟為：先把計(jì)時(shí)器固定好，穿好紙帶，再接通電源，進(jìn)行打點(diǎn)，之后松開紙帶讓小車帶著紙帶運(yùn)動(dòng)，故正確的順序是cbda.二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理例2在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，如圖4所示為一次記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的紙帶，圖中a、b、c、d、e為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)(a點(diǎn)為第一個(gè)點(diǎn))，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔t0.1 s.圖4(1)根據(jù)_計(jì)算各點(diǎn)的瞬時(shí)速度，則vd_m/s，vc_m/s，vb_m/s.(2)在如圖5所示坐標(biāo)系中畫出小車的vt圖線，并根據(jù)圖線求出a_.圖5(3)將圖線延長(zhǎng)與縱軸相交，交點(diǎn)的速度的物理意義：_.答案(1)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度3.902.641.38(2)見解析圖12.6 m/s2(3)表示零時(shí)刻小車經(jīng)過a點(diǎn)的速度大小解析(1)若時(shí)間較短，則這段時(shí)間內(nèi)的平均速度可以代替中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度.d點(diǎn)的瞬時(shí)速度vd390 cm/s3.90 m/sc點(diǎn)的瞬時(shí)速度vc264 cm/s2.64 m/sb點(diǎn)的瞬時(shí)速度vb138 cm/s1.38 m/s(2)由上述數(shù)據(jù)畫出小車的vt圖象如圖所示，由圖線的斜率可求得它的加速度a12.6 m/s2(3)將圖線延長(zhǎng)后，與縱軸的交點(diǎn)的速度表示零時(shí)刻小車經(jīng)過a點(diǎn)的速度大小.1.處理紙帶時(shí)，一定要分清計(jì)時(shí)點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn)，搞清計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔t.2.利用極限思想將平均值過渡到瞬時(shí)值是物理學(xué)中常用的方法.紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于該點(diǎn)前、后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度.3.標(biāo)度的選擇要結(jié)合數(shù)據(jù)及其分布特點(diǎn)制定，以使圖象在坐標(biāo)系中合理分布，大小適中.1.(實(shí)驗(yàn)器材和操作)在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是()a.小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)時(shí)只需打一條紙帶，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理b.為使測(cè)量更為嚴(yán)謹(jǐn)，應(yīng)把打下的第一個(gè)點(diǎn)作為第一個(gè)測(cè)量點(diǎn)c.為了便于測(cè)量，應(yīng)舍掉開頭一些過于密集的點(diǎn)，找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)d.兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔必須是0.1 s答案c解析小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要采用多次測(cè)量，打出多條紙帶，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，有利于減小誤差，故a錯(cuò)誤；紙帶上開始時(shí)打的點(diǎn)比較密集，點(diǎn)距過小，測(cè)量誤差較大，故應(yīng)舍去，找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)，故b錯(cuò)誤，c正確；選取計(jì)數(shù)點(diǎn)，可增加測(cè)量距離，減小測(cè)量過程所產(chǎn)生的誤差，兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔不一定取0.1 s，故d錯(cuò)誤.2.(實(shí)驗(yàn)器材和操作)在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)操作步驟，試找出其中錯(cuò)誤和遺漏的步驟(遺漏步驟已編上序號(hào)g).a.拉住小車，將小車移到靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端后，放開小車，再接通電源b.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板無(wú)滑輪的一端，并接好電路c.把一條細(xì)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.取下紙帶，再斷開電源e.將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔f.從所打的紙帶中選取理想的紙帶進(jìn)行測(cè)量分析錯(cuò)誤和遺漏：_；_；g._；正確的步驟順序?yàn)開.答案a中應(yīng)先接通電源，再放開小車d中應(yīng)先斷開電源，再取下紙帶換上新紙帶，重復(fù)操作兩次becadgf3.(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理)在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中，下列說法不正確的是()a.紙帶上可以每隔任意相同數(shù)量的點(diǎn)選取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)b.使用刻度尺測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)，要進(jìn)行估讀c.作vt圖象時(shí)，所描曲線必須經(jīng)過每一個(gè)點(diǎn)d.在數(shù)據(jù)處理時(shí)，常用公式法和圖象法答案c解析實(shí)驗(yàn)中可以每隔任意相同數(shù)量的點(diǎn)選取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，a對(duì)；使用刻度尺測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)，要進(jìn)行估讀，b對(duì)；作vt圖象時(shí)，應(yīng)使盡量多的點(diǎn)落在線上，離線較遠(yuǎn)的點(diǎn)舍棄，c錯(cuò)；處理數(shù)據(jù)時(shí)，常選擇公式法和圖象法，d對(duì).4.(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理)在“探究小車加速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”中，算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度如下表：計(jì)數(shù)點(diǎn)序號(hào)123456計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻t/s0.10.20.30.40.50.6小車的瞬時(shí)速度v/(cms1)44.062.081.0100.0110.0168.0為了算出小車的加速度，最好的方法是()a.根據(jù)任意兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度，用公式a算出加速度b.依次算出連續(xù)兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的加速度，算出平均值作為小車的加速度c.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出vt圖象，量出其傾角，由公式atan 算出加速度d.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出vt圖象，由圖象上任意兩點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的速度，用公式a算出加速度答案d解析根據(jù)任意兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度，用公式a算出加速度，偶然誤差較大.依次算出連續(xù)兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的加速度，算出平均值作為小車的加速度，實(shí)際上只用到了首尾兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度數(shù)據(jù)，中間各點(diǎn)的速度數(shù)據(jù)在計(jì)算中因相互抵消而丟失了，偶然誤差也較大.用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是減小偶然誤差的最好方法，但不能量角度算正切值求加速度，因?yàn)榭v軸與橫軸的標(biāo)度不統(tǒng)一.故正確答案為d.5.(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理)在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，用打點(diǎn)周期為0.02 s的計(jì)時(shí)器記錄小車運(yùn)動(dòng)的紙帶如圖6所示，在紙帶上選擇0、1、2、3、4、5共6個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出，紙帶旁并排放著帶有最小分度為毫米的刻度尺，零刻度線跟“0”計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)齊.由圖可以讀出三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)1、3、5跟0點(diǎn)的距離d1、d2、d3.圖6(1)讀出距離：d11.20 cm，d2_cm，d3_cm.(2)計(jì)算小車通過計(jì)數(shù)點(diǎn)“2”的瞬時(shí)速度v2_m/s；(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)小車的加速度大小a_m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案(1)5.4012.00(2)0.21(3)0.60解析(1)刻度尺的讀數(shù)規(guī)則估讀到最小刻度的下一位.由毫米刻度尺的刻度可知d25.40 cm，d312.00 cm.最后一位“0”必須有.(2)小車通過計(jì)數(shù)點(diǎn)“2”的瞬時(shí)速度可用“1”、“3”間的平均速度表示，打點(diǎn)周期為0.02 s，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出，則計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔t0.1 s，v20.21 m/s.(3)同樣，可以計(jì)算小車通過計(jì)數(shù)點(diǎn)“4”的瞬時(shí)速度v40.33 m/s，則小車加速度a0.60 m/s2.6.(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理)(2018浙江91高中聯(lián)盟聯(lián)考)某同學(xué)用如圖7甲所示器材探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，實(shí)驗(yàn)中得到如圖乙所示紙帶，在紙帶上確定出a、b、c、d、e、f共6個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，其中計(jì)數(shù)點(diǎn)f在圖乙中未顯示.圖7(1)下列說法正確的是_.a.釋放小車前，小車應(yīng)置于靠近滑輪處b.圖示電火花計(jì)時(shí)器所需電源為6 v交流電c.需先接通計(jì)時(shí)器電源，再讓小車運(yùn)動(dòng)d.若遇停電，可改用蓄電池給計(jì)時(shí)器供電(2)計(jì)數(shù)點(diǎn)b對(duì)應(yīng)的刻度尺讀數(shù)為_mm；(3)計(jì)數(shù)點(diǎn)b對(duì)應(yīng)小車速度大小為_m/s.(已知該實(shí)驗(yàn)中所用交流電源的頻率為50 hz)(4)實(shí)驗(yàn)測(cè)得計(jì)數(shù)點(diǎn)c、d、e對(duì)應(yīng)小車速度分別為vc0.350 m/s、vd0.398 m/s、ve0.443 m/s，以打a點(diǎn)開始計(jì)時(shí)，在圖8坐標(biāo)中作出小車的vt圖，并根據(jù)圖線求出小車運(yùn)動(dòng)的加速度a_m/s2.圖8答案(1)c(2)33.0(32.533.2)(3)0.303(0.3010.305)(4)如圖所示0.48(0.450.55)7.(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理)某同學(xué)在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄了被小車拖動(dòng)的紙帶的運(yùn)動(dòng)情況，在紙帶上確定出0、1、2、3、4、5、6共7個(gè)測(cè)量點(diǎn).其中相鄰點(diǎn)間的距離如圖9所示，每?jī)蓚€(gè)相鄰的測(cè)量點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.1 s，則：圖9(1)根據(jù)紙帶上各個(gè)測(cè)量點(diǎn)間的距離，某同學(xué)已將1、2、3、5點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度進(jìn)行計(jì)算并