2019-2020學(xué)年高中物理 第二章 勻變速直線運(yùn)動的研究 1 實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律學(xué)案 新人教版必修1

《2019-2020學(xué)年高中物理 第二章 勻變速直線運(yùn)動的研究 1 實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律學(xué)案 新人教版必修1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中物理 第二章 勻變速直線運(yùn)動的研究 1 實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律學(xué)案 新人教版必修1（9頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、1　實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律 [學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求]　 科學(xué)探究：1.進(jìn)一步練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時器.2.會利用平均速度求瞬時速度.3.會利用v－t圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并由圖象計(jì)算小車的加速度和判斷小車的運(yùn)動情況． 一、實(shí)驗(yàn)原理 1．利用紙帶計(jì)算瞬時速度：以紙帶上某點(diǎn)為中間時刻取一小段位移，用這段位移的平均速度表示這點(diǎn)的瞬時速度． 2．用v－t圖象表示小車的運(yùn)動情況：以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，用描點(diǎn)法畫出小車的v－t圖象，圖線的傾斜程度表示加速度的大小，如果v－t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)時器(帶導(dǎo)線)、交流電

2、源、紙帶、一端附有定滑輪的長木板、小車、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、復(fù)寫紙、坐標(biāo)紙． 三、實(shí)驗(yàn)步驟 1．如圖1所示，把一端附有定滑輪的長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，打點(diǎn)計(jì)時器固定在長木板沒有滑輪的一端，連接好電路． 圖1 2．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)時器的位置，先啟動計(jì)時器，后放開小車(填“啟動計(jì)時器”或“放開小車”)，讓小車拖著紙帶運(yùn)動，打點(diǎn)計(jì)時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

3、示，一般不是直接測量相鄰兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，而是先測量出各個計(jì)數(shù)點(diǎn)到零計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離x1、x2、x3、x4、x5，再計(jì)算出相鄰的兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離．Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4. 圖2 2．求各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時速度 (1)各計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的瞬時速度用平均速度來代替，即v1＝，v2＝… T為相鄰兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時間間隔，若交流電源頻率為50Hz，每5個點(diǎn)取一個計(jì)數(shù)點(diǎn)(中間隔4個點(diǎn))，則T＝0.1s. (2)設(shè)計(jì)表格并記錄相關(guān)數(shù)據(jù) 位置編號 1 2 3 4 5 6 7 時刻t/s 0.1 0.2 0.3 0

4、.4 0.5 0.6 0.7 v/(m·s－1) 3.作出v－t圖象分析運(yùn)動規(guī)律 (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(diǎn)． 圖3 (2)畫一條直線，讓這條直線通過盡可能多的點(diǎn)，不在線上的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，偏差比較大的點(diǎn)忽略不計(jì)，如圖3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)據(jù)所畫v－t圖象求出小車運(yùn)動的加速度a＝. 五、注意事項(xiàng) 1．開始放開小車時，應(yīng)使小車靠近(填“靠近”或“遠(yuǎn)離”)打點(diǎn)計(jì)時器． 2．先啟動計(jì)時器，等打點(diǎn)穩(wěn)定后，再放開小車(

5、填“啟動計(jì)時器”或“放開小車”)． 3．打點(diǎn)完畢，立即關(guān)閉電源． 4．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)時點(diǎn)的區(qū)別)，弄清楚所選的時間間隔T等于多少． 5．不要分段測量各段距離，應(yīng)盡可能地一次測量完畢(可統(tǒng)一量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)數(shù)起點(diǎn)0之間的距離)． 6．在坐標(biāo)紙上畫v－t圖象時，注意坐標(biāo)軸單位長度的選取，應(yīng)使圖象大致布滿坐標(biāo)紙. 一、實(shí)驗(yàn)原理與操作 例1　在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中， (1)下列給出的器材中，有一部分已經(jīng)選好了，請選出還需要的器材． A．電磁打點(diǎn)計(jì)時器　B．天平　C．低壓交流電源　D．低壓直流電源　E

6、．細(xì)繩和紙帶　F．鉤碼和小車　G．秒表H．一端有滑輪的長木板　Ι.刻度尺 選出的器材有AEFH，還需要________． (2)某同學(xué)按照以下步驟進(jìn)行操作： A．換上紙帶重復(fù)做三次，選擇一條較為理想的紙帶； B．將打點(diǎn)計(jì)時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，接上所需電源； C．把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時器的地方，先放開小車，再啟動計(jì)時器； D．?dāng)嚅_電源，取下紙帶； E．把一條細(xì)繩拴在小車前端，繩跨過滑輪掛上鉤碼，把紙帶固定在小車后端并讓紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時器． 以上步驟有錯誤的是________(填步驟前的字母)，應(yīng)更正為________；步驟合理的順序是________(填步驟前的字母)

7、． 答案　(1)CI　(2)C　先啟動計(jì)時器，再放開小車　BECDA 解析　(1)在本實(shí)驗(yàn)中，不需要測量小車和鉤碼的質(zhì)量，因此不需要天平，打點(diǎn)計(jì)時器使用的是低壓交流電源，因此不需要低壓直流電源，同時打點(diǎn)計(jì)時器記錄了小車運(yùn)動時間，因此不需要秒表．測量點(diǎn)跡間的距離需要刻度尺，所以還需要的器材是：C、I. (2)以上步驟有錯誤的是C，應(yīng)先啟動計(jì)時器，再放開小車． 根據(jù)組裝器材、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理的順序知，操作步驟順序?yàn)椋築ECDA. 二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 例2　在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時器使用的交流電源的頻率為50Hz，記錄小車運(yùn)動的一段紙帶如圖4所示，在紙帶上選擇

8、A、B、C、D、E、F六個計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個點(diǎn)未畫出． 圖4 (1)由紙帶提供的數(shù)據(jù)求出打下C、E兩點(diǎn)時小車的速度，填入下表： 計(jì)數(shù)點(diǎn)序號 B C D E 計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的時刻t/s 0 0.1 0.2 0.3 通過計(jì)數(shù)點(diǎn)時小車的速度v/(m·s－1) 0.25 0.45 (2)根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)，在圖5中作出小車運(yùn)動的v－t圖線，并分析小車速度隨時間的變化規(guī)律． 圖5 (3)根據(jù)作出的v－t圖線可得小車運(yùn)動的加速度為________m/s2. 答案　(1)0.35　0.55　(2)見解析　(3)1 解析　(1)用一段很短時間

9、內(nèi)的平均速度可替代中間時刻的瞬時速度，則 vC＝＝＝0.35m/s vE＝＝＝0.55m/s. (2)畫出的v－t圖象應(yīng)為一條傾斜直線，如圖所示．小車運(yùn)動的v－t圖象是一條斜率為正的傾斜直線，說明速度隨時間均勻增加． (3)由(2)中圖象的斜率可求得加速度a＝＝1m/s2. 作v－t圖象時，我們利用的是瞬時速度，但某一點(diǎn)的瞬時速度是難以測量的，我們可以用這段時間內(nèi)的平均速度表示中間時刻的瞬時速度，這是處理這一類問題的方法． 針對訓(xùn)練　如圖6甲所示是小球沿斜面滾下的頻閃照片，照片中相鄰小球影像間的時間間隔是0.1s, 這樣便記錄了小球運(yùn)動的時間．小球運(yùn)動的位移可以通過刻度尺讀

10、出．試在圖乙所示坐標(biāo)紙中作出小球滾下過程的v－t圖象，并求出加速度a. 圖6 答案　見解析圖　2.0m/s2 解析　設(shè)開始時位置為0，依次記下位置1、2、3、4、5，因?yàn)橄噜弮牲c(diǎn)時間間隔為0.1s，則有 v1＝＝0.80m/s； v2＝＝1m/s； v3＝＝1.2m/s； v4＝＝1.4m/s. 作出v－t圖象如圖所示，加速度a的大小等于v－t圖線的斜率，a＝k＝＝2.0m/s2. 1．在“探究小車速度隨時間變化的規(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)動時只需打一條紙帶，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 B．為使測量更為嚴(yán)謹(jǐn)，應(yīng)把打下的第一個點(diǎn)作

11、為第一個測量點(diǎn) C．為了便于測量，應(yīng)舍掉開頭一些過于密集的點(diǎn)，找一個適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)當(dāng)作計(jì)時起點(diǎn) D．兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時間間隔必須是0.1s 答案　C 解析　小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動時，需要采用多次測量，打出多條紙帶，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，有利于減小誤差，故A錯誤；紙帶上開始時打的點(diǎn)比較密集，點(diǎn)距過小，測量誤差較大，故應(yīng)舍去，找一個適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)當(dāng)作計(jì)時起點(diǎn)，故B錯誤，C正確；選取計(jì)數(shù)點(diǎn)，可增加測量距離，減小測量過程所產(chǎn)生的誤差，兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時間間隔不一定取0.1s，故D錯誤． 2．在用打點(diǎn)計(jì)時器“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，下述測量各相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的方法正確的是(　　) A．當(dāng)某兩個

12、計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離較大時，可以用短尺進(jìn)行分段測量 B．當(dāng)某兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離較小時，可以用短尺一次把它測完 C．測量各相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，應(yīng)該用最小刻度為毫米的長尺的零刻度對準(zhǔn)起點(diǎn)，讀出各計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的刻度值，然后逐一相減，得到各相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的數(shù)值 D．逐次測出各相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，這樣便于記錄 答案　C 解析　無論兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離是大還是小，采用C項(xiàng)中的方法都可減少誤差，C正確． 3．(多選)在用打點(diǎn)計(jì)時器“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，下列關(guān)于作v－t圖象的說法正確的是(　　) A．只要確定了v－t圖象中的兩點(diǎn)，就可以得到小車運(yùn)動的v－t圖象，因此，實(shí)驗(yàn)只需要測出兩

13、組數(shù)據(jù) B．作v－t圖象時，所取的點(diǎn)越多，圖象就越準(zhǔn)確 C．作出的v－t圖線應(yīng)該通過所有的點(diǎn)，圖線曲折也可以 D．對于偏離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)，說明誤差太大，應(yīng)舍去 答案　BD 解析　作v－t圖象時，選取的點(diǎn)越多，作出的圖象就越準(zhǔn)確；誤差較大的點(diǎn)應(yīng)舍去，B、D正確． 4．在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)得到一條用電火花計(jì)時器打下的紙帶如圖7甲所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7個計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)圖中沒有畫出，電火花計(jì)時器接220V、50Hz交流電源．他經(jīng)過測量并計(jì)算得到電火花計(jì)時器在打B、C、D、E、F各點(diǎn)時小車的瞬時速度如下表： 對應(yīng)點(diǎn)

14、 B C D E F 速度(m/s) 0.141 0.185 0.220 0.254 0.301 圖7 (1)設(shè)電火花計(jì)時器的計(jì)時周期為T，計(jì)算vF的公式為vF＝______； (2)根據(jù)(1)中得到的數(shù)據(jù)，以A點(diǎn)對應(yīng)的時刻為t＝0，試在圖乙所示坐標(biāo)系中合理地選擇標(biāo)度，作出v－t圖象； (3)利用該圖象求小車的加速度a＝______m/s2(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)； (4)如果當(dāng)時交變電流的頻率不變，電壓變成210V，而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，那么加速度的測量值與實(shí)際值相比______(選填“偏大”“偏小”或“不變”)． 答案　(1)　(2)見解析圖

15、　(3)0.40　(4)不變 解析　(1)若時間較短，平均速度可代替中間時刻的瞬時速度，因?yàn)殡娀鸹ㄓ?jì)時器的計(jì)時周期為T， 所以從E點(diǎn)到G點(diǎn)所用時間為10T，故有：vF＝. (2)根據(jù)圖中數(shù)據(jù)，利用描點(diǎn)法作出圖象如圖： (3)圖象斜率表示加速度，故a＝＝0.40m/s2. (4)交變電流的電壓變化，并不改變電火花計(jì)時器的計(jì)時周期，故測量值與實(shí)際值相比不變． 5．在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，如圖8所示為一次記錄小車運(yùn)動情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)(A點(diǎn)為第一個點(diǎn))，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時間間隔T＝0.1s. 圖8 (1)根據(jù)______計(jì)算各點(diǎn)

16、的瞬時速度，則vD＝______m/s，vC＝________m/s，vB＝________m/s. (2)在如圖9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＝________. 圖9 (3)將圖線延長與縱軸相交，交點(diǎn)的速度的物理意義：______________________________. 答案　(1)某段時間內(nèi)的平均速度表示中間時刻的瞬時速度　3.90　2.64　1.38 (2)見解析圖　12.6m/s2 (3)表示零時刻小車經(jīng)過A點(diǎn)的速度大小 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(diǎn)的瞬時速度 vD＝＝＝390cm/s＝3.90 m/s C點(diǎn)的瞬時速度 vC＝＝＝264cm/s＝2.64 m/s B點(diǎn)的瞬時速度 vB＝＝＝138cm/s＝1.38 m/s (2)由(1)中數(shù)據(jù)畫出小車的v－t圖象如圖所示， 由圖線的斜率可求得小車的加速度 a＝＝12.6m/s2 (3)將圖線延長后，與縱軸的交點(diǎn)的速度表示零時刻小車經(jīng)過A點(diǎn)的速度大?。? 9