新教材高中物理勻變速直線運動的研究1實驗探究小車速度隨時間變化的規(guī)律學(xué)案新人教版

1實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.進(jìn)一步練習(xí)使用打點計時器．2.會利用平均速度求瞬時速度．3.會利用v-t圖像處理實驗數(shù)據(jù)，并據(jù)此判斷物體的運動性質(zhì)．4.能根據(jù)實驗數(shù)據(jù)求加速度．一、實驗原理與方法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圖像，根據(jù)圖像的形狀判斷小車的運動性質(zhì)．若所得圖像為一條傾斜直線，則表明小車做勻變速直線運動．3．利用v-t圖像求出小車的加速度．二、實驗器材打點計時器、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、交流電源．三、實驗步驟1．如圖所示，把一端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(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，重復(fù)實驗兩次．5．增減所掛鉤碼，按以上步驟再做兩次實驗．四、數(shù)據(jù)處理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(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0～21～32～43～54～65～7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．圖像法(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，并根據(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，不在線上的點均勻分布在直線的兩側(cè)，偏差比較大的點忽略不計，如圖所示．(3)觀察所得到的直線，分析物體的速度隨時間的變化規(guī)律．(4)根據(jù)所畫v-t圖像求出小車運動的加速度a＝eq\f(Δv,Δt).五、誤差分析1．木板的粗糙程度不同，摩擦不均勻．2．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．3．作v-t圖像時單位選擇不合適或人為作圖不準(zhǔn)確帶來誤差．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，立即斷開電源．4．選取一條點跡清晰的紙帶，適當(dāng)舍棄點密集部分，適當(dāng)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．5．要防止鉤碼落地，避免小車跟滑輪相碰，當(dāng)小車到達(dá)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＝s.7．在坐標(biāo)紙上畫v-t圖像時，注意坐標(biāo)軸單位長度的選取，應(yīng)使圖像盡量分布在較大的坐標(biāo)平面內(nèi).【例1】在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，用打點計時器在紙帶上打的點記錄了小車的運動情況．某同學(xué)做此實驗時的步驟如下：A．拉住紙帶，把小車停在靠近打點計時器的位置，放開紙帶，再接通電源；B．將打點計時器固定在長木板上；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．小車停止運動后，直接取下紙帶；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，再重復(fù)操作兩次，然后從各紙帶中選取一條點跡清晰的進(jìn)行測量并數(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，其合理的順序為_____________________________________________________．[解析]A中應(yīng)先接通電源，再放開紙帶；D中取紙帶前應(yīng)先斷開電源．實驗步驟合理的順序為BECADF.[答案]A中應(yīng)先接通電源，再放開紙帶D中取紙帶前應(yīng)先斷開電源BECADF【例2】在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，如圖所示為一次記錄小車運動情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數(shù)點(A點為第一個點)，相鄰計數(shù)點間的時間間隔T＝s.(1)根據(jù)__________計算各點的瞬時速度，則vD＝______m/s，vC＝______m/s，vB＝______m/s.(2)在如圖所示坐標(biāo)系中畫出小車的v-t圖線，并根據(jù)圖線求出a＝________.(3)將圖線延長與縱軸相交，交點的物理意義：_____________________________________________________________________________________________________________.[解析](1)若時間較短，平均速度可以代替中間時刻的瞬時速度．D點的瞬時速度vD＝eq\f(xCE,2T)＝eq\f,cm/s＝390cm/s＝m/sC點的瞬時速度vC＝eq\f(xBD,2T)＝eq\f,cm/s＝264cm/s＝m/sB點的瞬時速度vB＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f,cm/s＝138cm/s＝m/s.(2)由上述數(shù)據(jù)畫出小車的v-t圖像如圖所示，由圖線的斜率可求得它的加速度a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\fm/s,s)＝m/s2.(3)將圖線延長后，與縱軸的交點的速度表示零時刻小車經(jīng)過A點的速度大?。甗答案](1)某段較短時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度(2)圖像見解析圖m/s2(3)表示小車經(jīng)過A點的速度大小1處理紙帶時，一定要分清計時點和計數(shù)點，搞清計數(shù)點之間的時間間隔T.2利用極限思想將平均值過渡到瞬時值是物理學(xué)中常用的方法.紙帶上某點的瞬時速度等于以此為中心的前、后相鄰兩點間的平均速度.3標(biāo)度的選擇要結(jié)合數(shù)據(jù)及其分布特點制定，以使圖像在坐標(biāo)系中合理分布，大小適中.1．在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，下列說法中正確的是()A．長木板一定要水平擺放B．使用刻度尺測量長度時，不必估讀C．使用刻度尺測量長度時，要估讀到分度值的下一位D．作v-t圖像時，所描線必須經(jīng)過每一個點C[實驗過程中，一般長木板應(yīng)平放，不能側(cè)向傾斜，但適當(dāng)一端高一端低，也是可以的，A錯誤．使用刻度尺測長度時，需要估讀到分度值的下一位，B錯誤，C正確．作v-t圖像時，若各點與直線擬合，則作直線并使直線經(jīng)過盡量多的點，不在直線上的點，分布在直線兩側(cè)，D錯誤．]2．(多選)一小球在水平桌面上做直線運動，用照相機對著小球每隔s拍照一次，得到一幅頻閃照片，用刻度尺量得照片上小球各位置如圖所示，已知照片與實物的比例為1∶10，則()A．圖中對應(yīng)的小球在通過8cm距離內(nèi)的平均速度是2m/sB．圖中對應(yīng)的小球在通過8cm距離內(nèi)的平均速度是m/sC．圖中對應(yīng)的小球通過6cm處的瞬時速度是m/sD．圖中對應(yīng)的小球通過6cm處的瞬時速度是2m/sAD[小球在通過8cm距離內(nèi)的平均速度eq\x\to(v)＝eq\f(x,t)＝eq\f(8×10,4×cm/s＝200cm/s＝2m/s，A對，B錯．可以認(rèn)為小球通過6cm處的瞬時速度等于相鄰兩點間的平均速度v＝eq\f(x′,t′)＝eq\f(4×10cm,2×s)＝200cm/s＝2m/s，C錯，D對．]3．打點計時器使用的交流電源頻率為50Hz，在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，若交流電源的頻率變小了而未被發(fā)現(xiàn)，則測得小車的速度值與真實值比較將()A．偏大 B．偏小C．無影響 D．無法判斷A[打點計時器打點的頻率是由電源的頻率決定的，且打點的頻率等于電源的頻率．當(dāng)交流電源的頻率為50Hz時，打點計時器每隔s打一個點；當(dāng)交流電源的頻率低于50Hz時，打點計時器打點的時間間隔將大于s，計算速度時如果仍按s計算，由v＝eq\f(x,t)可知，因測量值t小于真實值，故導(dǎo)致測量出的速度值大于真實值．]4．(多選)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，得到如圖所示的紙帶，其中A、B、C、D、E、F、G為計數(shù)點，相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔為T，x1、x2、x3、x4、x5、x6分別為AB、BC、CD、DE、EF、FG間的位移，下列可用來準(zhǔn)確計算D點小車速度的表達(dá)式是()\f(x3＋x4,T) \f(x3＋x4,2T)\f(x2＋x3＋x4＋x5,4T)\f(x1＋x6,2T)BC[可用來計算D點小車速度的表達(dá)式有eq\f(x3＋x4,2T)和eq\f(x2＋x3＋x4＋x5,4T)，但eq\f(x3＋x4,2T)比eq\f(x2＋x3＋x4＋x5,4T)更準(zhǔn)確一些．]5．如圖所示是某同學(xué)用手水平地拉動紙帶通過打點計時器后(電源頻率為50Hz)得到的紙帶，從A點通過計時器到D點通過計時器歷時________s，位移為________m，這段時間內(nèi)的平均速度為________m/s，BC段的平均速度為______m/s，F(xiàn)點的瞬時速度可以粗略地認(rèn)為是______________________________________m/s.(平均速度和瞬時速度的結(jié)果保留三位有效數(shù)字)[解析]從A點通過計時器到D點通過計時器歷時s，位移為m，這段時間內(nèi)的平均速度為eq\x\to(v)AD＝eq\f,m/s＝m/s，BC段的平均速度為eq\x\to(v)BC＝eq\f＋,2×m/s＝m/s，F(xiàn)點的瞬時速度可以粗略地認(rèn)為是BC段的平均速度，即大小是m/s.[答案]6．做直線運動的小車，牽引一條通過打點計時器的紙帶，交流電源的頻率是50Hz，由紙帶上打出的某一個點開始，每5個點剪下一段紙帶，如圖所示，每一小段紙帶的一端與x軸重合，兩邊與y軸平行，將紙帶貼在坐標(biāo)系中．(1)仔細(xì)研究圖，找出小車在連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之間存在的關(guān)系；(2)設(shè)Δt＝s，請畫出該小車的v-t圖像；(3)根據(jù)圖像求小車的加速度．[解析](1)由題圖中每段紙