高中物理人教版 (新课标)必修1第二章 匀变速直线运动的研究1 实验：探究小车速度随时间变化的规律导学案

1　实验：探究小车速度随时间变化的规律

课堂合作探究

问题导学

一、实验探究

活动与探究1

实验时应注意以下几点：

1．开始释放小车时小车应处于什么位置？通电与释放小车的先后顺序怎样？打点完毕时是否断开电源？

2．讨论交流选取纸带的原则是什么？人为选取的计数点与打点计时器打出的计时点是否一致？一般情况如何选取计数点？这样选取的目的是什么？

3．讨论在坐标纸上画v－t图象时有没有必要注意坐标轴单位长度的选取？为什么？作出的图象怎样分布较理想？

4．为使实验结果较为准确，应注意的问题是什么？

迁移与应用1

在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，是用打点计时器在纸带上打的点记录小车的运动情况。某同学做此实验时步骤如下：

A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，放开纸带，再接通电源。

B．将打点计时器固定在长木板上，并接好电路。

C．把一条绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的钩码。

D．小车停止运动后，直接取下纸带。

E．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔。

F．换上新纸带，重复操作三次，然后从各纸带中选取一条清晰的进行数据处理。

其中错误或遗漏的步骤有：

（1）____________________________________________________；

（2）____________________________________________________。

将以上步骤完善后按合理的顺序填写在下面横线上。

__________________________________________________________。

实验时应注意以下几点：

（1）开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。

（2）先接通电源，等打点稳定后，再释放小车。

（3）打点完毕，立即断开电源。

（4）选取一条点迹清晰的纸带，适当选取计数点（注意计数点与计时点的区别），弄清楚所选的时间间隔T等于多少秒。

（5）牵引小车的钩码质量要适宜。如果质量过大，纸带上打出的计时点太少；如果质量过小，打出的点过于密集，不便于测量距离。

（6）要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰，当小车到达滑轮前及时用手按住。

（7）在坐标纸上画v－t图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图线尽量分布在较大的坐标平面内。

二、数据处理

活动与探究2

（1）我们通过实验可以得到若干条纸带，那么如何选择纸带？如何测量数据？怎样计算出计数点的瞬时速度？

（2）在处理数据时往往要作v－t图象，为什么作v－t图象是研究运动规律最好的方法？作出的图象怎样分布较理想？

迁移与应用2

在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图给出了从0点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6都为计数点。测量后计算得出：x1＝1.40 cm，x2＝1.90 cm，x3＝2.38 cm，x4＝2.88 cm，x5＝3.39 cm，x6＝3.87 cm。那么：

（1）在计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为：v1＝______cm/s，v2＝______ cm/s，v3＝______ cm/s，v4＝______ cm/s，v5＝______ cm/s。

（2）在平面直角坐标系中作出v－t图象。

（3）分析小车运动速度随时间变化的规律。

实验数据处理的方法

（1）表格法

①从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点，作为计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标明0、1、2、3……测量各计数点到0点的距离x，并记录填入表中。

②分别计算出与所求点相邻的两计数点之间的距离Δx1、Δx2、Δx3……

③计算平均速度，用平均速度代替相关计数点的瞬时速度，填入上面的表格中。

④根据表格中的数据，分析速度随时间怎么变化。

（2）图象法

①在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点。

②画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如图所示。

③观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律。

当堂检测

1．在利用打点计时器探究小车的速度随时间变化规律的实验中，关于计数点间的时间间隔，下列说法中正确的是（打点周期为0.02 s）（　　）

A．每隔四个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0.10 s

B．每隔四个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0.08 s

C．每五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0.10 s

D．每五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0.08 s

2．在实验过程中，对减小实验误差来说，下列方法中有益的是（　　）

A．选取计数点，把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位

B．使小车运动的加速度尽量小些

C．舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰、点与点间隔适当的那一部分进行测量、计算

D．选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验

3．在用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列关于v－t图象作法的说法正确的是（　　）

A．只要确定了v－t图象中的两点，就可以得到小车运动的v－t图象，因此，实验只需要测出两组数据

B．作v－t图象时，所取的点越多，图线就越准确

C．作出的v－t图线应该通过所有取定的点，图线曲折也可以

D．对于偏离所作直线较远的点，说明误差大，应舍去

4．在研究小车运动情况的实验中，已计算出小车经过各计数点的瞬时速度如下表：

为了计算加速度，合理的方法是（　　）

A．根据任意两计数点的速度用公式a＝计算出加速度

B．根据实验数据画出v－t图象，量出其倾角，由公式a＝tan α求出加速度

C．根据实验数据画出v－t图象，由图象上相距较远的两点所对应的速度、时间用公式a＝计算出加速度

D．依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度

5．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，按照实验进行的先后顺序，将下述步骤的代号填在横线上________。

A．把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面

B．把打点计时器固定在长木板的没有滑轮的一端，并连好电路

C．换上新的纸带，再重复做两次

D．把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面

E．使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动

F．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码

G．断开电源，取出纸带

答案：

课堂合作探究

【问题导学】

活动与探究1：1．答案：（1）开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。

（2）先接通电源，等打点稳定后，再释放小车。

（3）打点完毕，立即断开电源。

2．答案：（1）选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点密集部分。

（2）人为选取的计数点和打点计时器打出的计时点一般不一致。

（3）一般在纸带上每隔4个点取一个计数点，即时间间隔为t＝0.02×5 s＝0.1 s。

（4）这样选取的目的是为了便于测量和计算。

3．答案：（1）在坐标纸上画v－t图象时，应注意坐标轴单位长度的选取。

（2）坐标轴单位长度的选取情况将直接影响作出的图象在坐标平面内的分布情况，进而影响实验结果的误差大小。

（3）应使作出的图象尽量分布在较大的坐标平面内。

4．答案：（1）实验前，将打点计时器固定在长木板的一端，以免拉动纸带时晃动，并要先轻轻试拉纸带，应无明显的阻滞现象。

（2）如打出的点较轻或是短线时，应调整振针距复写纸的高度。

（3）每打好一条纸带，将定位轴上的复写纸换个位置，以保证打点清晰。

（4）不要分段测量各段位移，应尽可能地一次测量完毕（可先统一量出各计数点到计数起点O之间的距离）。读数时应估读到毫米的下一位。

迁移与应用1：答案：错误操作：（1）A中应先接通电源，再释放纸带。

（2）D中取纸带前应先断开电源。

合理顺序：BECADF。

解析：实验过程中应先接通电源再放开纸带，取纸带前应先断开电源，所以错误操作是A、D步骤。合理的顺序应在实验过程中掌握。

活动与探究2：答案：（1）选择所打纸带中最清晰的一条，舍掉开头一些过于密集的点，找一个适当的点当作计时起点。

测量时选择相隔0.1 s，即中间空四个点的时间间隔的若干计数点进行测量，把数据填入表格。

选了相邻三个计数点间的间隔为研究对象，根据测量结果算出这两个0.1 s内的距离Δx，把v＝算出的平均速度近似当作这三个点中的中间点的瞬时速度。

（2）用图象能够直观地表示小车的运动情况，同时能减小实验误差。应使作出的图象尽量分布在较大的坐标平面内。

迁移与应用2：答案：（1）16.50　21.40　26.30　31.35　36.30

（2）图象如解析图所示

（3）速度随时间均匀增加

解析：（1）显然，两相邻的计数点之间的时间间隔为T＝0.02×5 s＝0.1 s。对应各点的速度分别为：

v1＝＝ cm/s＝16.50 cm/s

v2＝＝ cm/s＝21.40 cm/s

v3＝＝ cm/s＝26.30 cm/s

v4＝＝ cm/s＝31.35 cm/s

v5＝＝ cm/s＝36.30 cm/s

（2）利用描点法作出v－t图象，如图所示：

（3）小车运动的v－t图象是一条倾斜向上的直线，说明速度随时间均匀增加，它们成线性关系。

【当堂检测】

1．AC　2．ACD　3．BD　4．C

5．答案：DBFAEGC