高中物理人教版 (新课标)必修11 实验：探究小车速度随时间变化的规律导学案

2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律

班级________姓名________学号_____

学习目标:

1. 了解打点计时器的构造、原理和使用方法。
2. 学会使用打了点的纸带研究物体的运动情况。
3. 掌握△S=aT2的物理含义，知道怎样判断一个直线运动是否为匀变速直线运动。
4. 知道怎样利用匀变速运动的规律求某点的瞬时速度。
5. 理解和掌握通过打点纸带用逐差法、v-t图象求匀变速直线运动的加速度。

学习重点:

1.打点计时器的的使用。

        2.纸带上数据的处理。

学习难点：对纸带的处理。

主要内容：

一、练习使用打点计时器

1．实验原理

 电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，它的工作电压是4～6V，电源

频率是50Hz，它每隔0．02s打一次点。电火花计时器是利用火花放电在纸带上打出

小孔而显示出点迹的计时仪器，使用220V交流电压，当电源频率为50Hz时，它每

隔0．02s打一次点。

 如果运动物体带动的纸带通过打点计时器，在纸带上打下的点就记录了物体运动

的时间，纸带上的点子也相应地表示出了运动物体在不同时刻的位置，研究纸带上

点子之间的间隔，就可以了解在不同时间里，物体发生的位移和速度的大小及其变

化，从而了解物体运动的情况。

2．注意事项

  ①打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点，如遇到打出的是短横线，应

    调整一下振针距复写纸片的高度使之增大一点。

  ②使用计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器稳定后，再释放纸带。

 ③释放物体前，应使物体停在靠近打点计时器的位置。

 ④使用电火花计时器时，应注意把两条白纸带正确穿好，墨粉纸盘夹在两纸带之

间，使用电磁打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸下面。

二、研究匀变速直线运动

1．实验目的

①进一步熟悉怎样使用打点计时器。

②测定匀变速直线运动的加速度。

2．实验原理

①理解和推得△S=aT2

②用逐差法求加速度：设物体做匀变速直线运动，加速度是a，在各个连续相等时间T内的位移分别是S1、S2、S3……，则有 S2- S1= S3-S2=…=Sn-Sn-1=△S=aT2，由上式可以得到：S4- S1= S5-S2= S6- S3 =3aT2，所以，测出各段位移sl、s2、s3……用逐差法求出a1 =（S4- S1）/3T2，a2=（S5-S2）/3aT2，a3=（S6- S3）/3aT2。再由al、a2、a3算出平均值a，就是所要测的加速度。

③v-t图象法求加速度

3．注意事项

 (1)钩码的质量适当大一些，使绳对小车的拉力始终远大于小车所受的摩擦力，保证外力基本恒定。

(2)调整滑轮架的角度，使小车的拉绳与长木板板面平行。

(3)开始时，应将小车位置摆正，使纸带与拉绳的方向一致，且不与打点计时器的限位孔边相摩擦。

(4)先启动打点计时器，再释放小车，小车行至终点时切断电源或脉冲输出开关。

(5)要防止钩码落地和小车跟定滑轮相撞。

(6)选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰，适当舍弃点子密集部分，适当选取计数点，弄清楚所选的时间间隔T等于多少秒。

4．实验步骤

(1)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)把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上台适的钩码，把纸带穿过

打点计时器并把它的一端固定在小车的后面。实验装置见图。

(3)把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车运动，打点

计时器就在纸带上打下一系列的点。换上新纸带，重复实验三次。

（4）从三条纸带中选择一条比较理想的使用，

舍掉开头的比较密集的点子，在后边便于测量的地

方找一个开始点，我们把每打五次点的时间作为时

间的单位，也就是T=0．02×5=0．1s，在选好的开始

点下面标明0，在第六点下面标明1，在第十一点

下面标明2，在第十六点下面标明3……标明的点

O，1，2，3……叫做记数点，两个相邻记数点间的距离分别是S1，S2，S3

(5)测出六段位移S1，S2，S3，……S6的长度，把测量结果填入表中。

(6)根据测量结果，利用前面的公式，计算出a1、a2、a3的值，注意T=0．02×5=ls。

(7)求出a1、a2、a3的平均值，它就是小车做匀变速直线运动的加速度。

【例一】用打点计时器研究匀变速直线运动的实验中，造成各连续相等的时间间

隔内位移之差不是一个恒量的主要原因是  (    )

  A．长度测量不精确        B．打点间隔不均匀

  C．运动中受摩擦力作用    D． 木板未调成水平  

【例二】在测定匀变速直线运动的加速度的实验中，为了减小测量小车运动加速

度的相对误差，下列列举的措施中，哪些是有益的？

A．  使小车运动的加速度尽量小一些  

B．  适当增加挂在细绳下的钩码个数  

 C．在同样条件，打出多条纸带，选其中一条最理想的进行测量和计算；

D．舍去纸带上密集的点，然后选取计数点，进行计算。

【例三】如图是小车在斜面上滑动时，通过计时器所得的一条纸带，测得各段长度为OA=6．05厘米，0B=13．18厘米，0C=21．40厘米，OD=30．7厘米，0E=41．10厘米，OF=52．58厘米，根据这些数据，可判断小车做_________运动，判断依据是：_________。

【例四】测定匀变速直线运动的加速度的实验中，打点计时器记录纸带运动的时间，计时器所用电源的频率为50赫兹。如图为做匀变速直线运动的小车带动的纸带上记录的一些点，在每相邻的两点中间都有四个点未画出。按时间顺序0、1、2、3、4、5六个点用尺量出1、2、3、4、5点到O点的距离分别是：(单位：厘米)8．78  16．08  21．87  26．16  28．94由此得出小车加速度的大小为_________米／秒2，方向__________。   

课堂训练:

1．电磁打点计时器是一种使用__________(交流?直流?)电源的________仪器，它的工作电压是__________伏特。当电源频率是50赫兹时，它每隔________s打一次点。

2．根据打点计时器打出的纸带，我们可以从纸带上直接得到的物理量是(    )

A．时间间隔    B．位移    c．加速度    D．平均速度。

3．下列有关小车运动情况的说法中，哪些是正确的?    (    )

A．小车在任意两个连续相等的对间里的位移相等，小车的运动一定是匀加速运动；

B．若小车做匀加速直线运动，则它在任意两个连续相等时间里的位移之差，一定相等：

C．若小车做匀加速直线运动，则它在任意两个连续相等时间里的位移之差不断增大：

D．若小车通过任意两个连续相等的位移的时间之差相等，则小车做的是匀变速直线运动。

4．某同学在用打点计时器测定匀变速直线运动的加速度时，得到了如图所示的纸带，他舍弃密集点后，从o点开始每隔两个点取一个计数点?则每两个计数点的时间间隔_________s，测得OA=3．20厘米，DE=9．27厘米，则物体运动的加速度为________米／秒2。

课后作业：

1．关于计数点的下列说法中，哪些是正确的?    (    )

A．用计数点进行测量计算，既方便，又可减小误差：

B．相邻计数点间的时间间隔戍是相等的；  

 C．相邻计数点间的距离麻当是相等的；

D.计数点是从计时器打出的实际点中选出来，相邻计数点间点痕的个数相等。

2．本实验中，关于计数点间时间间隔的下列说法中正确的有    (    )

A．每隔四个点取一个计数点，则计数点问的时间间隔为0．10秒；

B．每隔四个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔是O．08秒：

C．每隔五个点取一个计数点，则计数点问的时间间隔为0．08秒；

D．每隔五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0．10秒：

E．每五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0．08秒。

3．接通电源与让纸带(随物体)开始运动，这两个操作的时间关系应当是：    (    )

A．先接通电源，后释放纸带：    B．先释放纸带，后接通电源；

 C．释放纸带的同时接通电源；    D．先接通电源或先释放纸带都可以。

 4．当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点痕，下列关于纸带上的点痕说法中，哪些是正确的?

A．点痕记录了物体运动的时间：

B，点痕记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移；

C．点在纸带上的分布情况，反映了物体的质量和形状；

D．纸带上点痕的分布情况，反映物体的运动情况。

5．打点计时器振针打点的周期，决定于：    (    )

A．交流电压的高低；    B．交流电的频率；

C．永久磁铁的磁性强弱；    D．振针与复写纸的距离。

6．采取下列哪些措施，有利于减少纸带受到摩擦而产生的误差?    (    )

A．改用直流6伏电源；    B．电源电压越低越好；

C．用平整的纸带，不用皱折的纸带；D．纸带理顺摊平，不让它卷曲、歪斜。

7．如图所示的四条纸带，是某同学练习使用打点计时器得剑的纸带的右端后通过打点计时器。从点痕的分布情况可以断定：纸带________是匀速通过打点计时器的，纸带______是越走越快的，纸带——是先越走越快，后来又越走越慢。

8．若所用电源频率是50赫，图中D纸带，从A点通过计时器到B点通过计时器，历时____s，位移为_______米，这段时间内纸带运动的平均速度是_____m／s。BC段的平均速度是_________m／s，而AD段的平均速度是_______m／s。

9．在研究匀变速直线运动的实验中，打点计时器在纸带上打出了一系列的点，其中a、b、c、d，e、f、g、h是连续的8个点。若选a点为第1计数点，将刻度尺的零刻度对准点a时，可测得ab=O．9cm，ac=2cm，ad=3．3cm，ae=4．8cm，水6．5cm，ag=8．4cm，ah=10．5cm，因为________，所以物体的运动是匀加速直线运动．若打点计时器每打相邻两点的时间间隔为O．02s，则b点的瞬时速度为________，g点的瞬时速度为_______，物体运动的加速度为_________。