高中物理人教版 (2019)必修 第一册1 实验：探究小车速度随时间变化的规律学案

第1节 实验：探究小车速度随时间变化的规律

1．巩固打点计时器的使用、纸带数据处理和测量瞬时速度的方法。

2．通过实验探究，体验如何从实验研究中获取数据，学会利用图像处理实验数据的科学方法。

3．知道小车在重物牵引下运动速度随时间变化的规律。

重点：测量小车的速度和作出小车运动的v-t图像．

难点：对实验数据的处理、规律的探究和在v-t图像中画匀变速直线运动的图线．

【自主学习】

一、进行实验

1．如图所示，把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。

2．将细绳绕过滑轮，下面挂上适当的钩码，小车在钩码的牵引下运动。把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面。

3．把小车停在靠近打点计时器的位置，启动        ，然后放开       ，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一行小点，随后立即关闭电源。换上新纸带，重复实验三次。

二、数据处理

1．从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头比较密集的点迹，在后边便于测量的地方找一个点做计时起点。为了测量方便和减少误差，通常不用每打一次点的时间作为时间的单位，而用每打五次点的时间作为时间的单位，就是T=0.02s×5=0.1s。在选好的计时起点下面表明0，在第6点下面表明1，在第11点下面表明2……，点0、1、2……叫做计数点，两个相邻计数点间的距离分别是x1、x2、x3……用刻度尺测量出结果。

2．利用第一章方法得出各计数点的瞬时速度填入下表：

3．增减所挂的钩码，或在小车上放置重物，再做两次实验，两次实验，填入表格有“v2”和“v3”的两行。

三、作出速度—时间图像

1．以速度v为    轴，时间t为    轴建立直角坐标系，根据表中的数据，在直角坐标系中描点。通过观察思考，找出这些点的分布规律。

2．我们会看到，对于每次实验，描出的几个点都大致落在某条直线上。

3．小车运动的v-t图像是一条倾斜的直线，小车在做匀变速直线运动。

1．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法中正确的是(　　)

A．长木板一定要水平摆放，不能一端高一端低

B．使用刻度尺测量长度时，不必估读

C．使用刻度尺测量长度时，要估读到最小刻度的下一位

D．作v－t图象时，所描曲线必须经过每一个点

2．本实验中，关于计数点间时间间隔的下列说法中正确的是(　　)

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．每隔五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0.10 s

D．每隔五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0.08 s

E．每五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0.10 s

3．运动小车拖动的纸带经过打点计时器后，在纸带上留下的点中有6个连续清晰的点，测出这6个点的第1点到第6点的距离为18 cm，则(　　)

A．小车运动的平均速度为0.03 m/s

B．小车运动的平均速度为1.5 m/s

C．小车运动的平均速度为1.8 m/s

D．小车运动的平均速度为180 m/s

4．关于用打点计时器探究小车速度随时间变化的规律的实验，下列说法中正确的是(　　)

A．打点计时器应固定在长木板上，且靠近滑轮的一端

B．开始实验时小车应放在靠近打点计时器的一端

C．应先接通电源，待打点稳定后再释放小车

D．牵引小车的钩码个数越多越好

5．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，得到如图5所示的纸带，其中A、B、C、D、E、F、G为计数点，相邻两计数点间的时间间隔为T，x1、x2、x3、x4、x5、x6分别为AB、BC、CD、DE、EF、FG间的位移，下列可用来计算打D点时小车速度的表达式是(　　)

图5

A.                   B.

C.            D.

6．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，下列关于作v－t图象的说法中，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图线应该通过所有的点，图线曲折也可以

D．对于偏离直线较远的点，说明误差太大，应舍去

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木板的没有滑轮的一端，并连好电路

C．换上新的纸带，再重做两次

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．把一条细线拴在小车上，细线跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码

G．断开电源，取下纸带

2．在下列给出的器材中，选出“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中所需的器材并填在横线上（填序号）。

①电磁打点计时器   ②天平   ③低压交流电源   ④低压直流电源   ⑤细线和纸带   ⑥钩码和小车

⑦秒表   ⑧一端有滑轮的长木板   ⑨刻度尺

选用的器材是                     

3．为了计算加速度，最合理的方法是（   ）

A．根据任意两计数点的速度用公式a=Δv/Δt算出加速度

B．根据实验数据画出v-t图，量出其倾角α，由公式a＝tanα求出加速度

C．根据实验数据画出v-t图，由图线上相距较远两点所对应的速度、时间，用公式a=Δv/Δt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

4．某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，算出小车经过各计数点的瞬时速度如表格中所示：

请作出小车的v-t图象，并分析运动特点。

5．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。测得：s1=1.40cm，s2=1.90cm，s3=2.38cm，s4=2.88cm，s5=3.39cm，s6=3.87cm。那么：

（1）在计时器打出点1、2、3、4、5、6时，小车的速度分别为：v1=        m/s，v2=         m/s，v3=         m/s，v4=         m/s，v5=         m/s。

（2）在平面直角坐标系中作出速度—时间图象。

（3）分析小车运动速度随时间变化的规律。

（4）计算小车的加速度（两种最合理的方法）。

参考答案：

小试牛刀：

1．C

2．AE　[本实验用的电源为50 Hz的交流电，则相邻两点间的时间间隔为T＝ s＝0.02 s，所以每隔4个点取一个计数点时计数点间的时间间隔为0.10 s，A对，B错；每隔5个点取一个计数点则有6个时间间隔，总间隔为0.02×6 s＝0.12 s，C、D错；每五个点取一个计数点，则相邻计数点间有五个间隔，时间为0.02×5 s＝0.10 s，E正确．]

3．C　[从第1个点到第6个点间的时间为5×0.02 s＝0.1 s，则平均速度＝＝＝1.8 m/s，C正确．]

4．BC　[打点计时器与滑轮间的距离尽可能要大，小车尽可能靠近打点计时器，都是为了使小车运动的距离较大，尽可能打出较多的点，选项A错误，B正确；若先释放小车再接通电源，只能在纸带的后面部分打点，选项C正确；钩码个数应适当，钩码个数少打的点很密；钩码个数多打的点少，都会带来实验误差，选项D错误．]

5．BC　[可用来计算打D点时小车速度的表达式有和，但比更准确一些．]

6．BD　[作v－t图象时，选取的点越多，作出的图线越准确，但由于实验存在误差，同一次实验得到的各点不可能全部在同一直线上，因此，应使落不到直线上的点均匀分布在直线的两侧，以减小实验造成的误差．]

当堂检测：

1．DBFAEGC

2．①③⑤⑥⑧⑨

3．C

4．略

5．（1）v1=0.165m/s，v2=0.214m/s，v3=0.263m/s，v4=0.314m/s，v5=0.363m/s；（2）略；（3）小车运动的速度随时间均匀增加；（4）a=0.50m/s2