人教版 (新課標(biāo))必修1第二章勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究1 實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律學(xué)案設(shè)計(jì)-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

一、實(shí)驗(yàn)原理與方法
1．利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打紙帶的信息，代入計(jì)算式vn＝eq \f(xn＋xn＋1,2T)，即用以n點(diǎn)為中心的一小段時(shí)間間隔的平均速度代替n點(diǎn)的瞬時(shí)速度．
2．用描點(diǎn)法作出小車的v-t圖象，根據(jù)圖象的形狀判斷小車的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)．若所得圖象為一條傾斜直線，則表明小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)．
3．利用v-t圖象求出小車的加速度．
二、實(shí)驗(yàn)器材
打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、交流電源．
三、實(shí)驗(yàn)步驟
1．如圖所示，把一端附有滑輪的長(zhǎng)木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)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(guò)滑輪，下邊掛上鉤碼，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器處，接通電源后，釋放小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一列小點(diǎn)．
4．換上新的紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次．
5．增減所掛鉤碼，按以上步驟再做兩次實(shí)驗(yàn)．
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(diǎn)，在后面便于測(cè)量的地方找一個(gè)點(diǎn)，作為計(jì)數(shù)始點(diǎn)，以后依次每五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，并標(biāo)明0、1、2、3、4、…，如圖所示．
(2)依次測(cè)出01、02、03、04、…的距離x1、x2、x3、x4、…，填入表中．
(3)1、2、3、4、…各點(diǎn)的瞬時(shí)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(jì)算得出的各點(diǎn)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(shí)間變化的規(guī)律．
2．圖象法
(1)在坐標(biāo)紙上建立直角坐標(biāo)系，橫軸表示時(shí)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)．
(2)畫一條直線，讓這條直線通過(guò)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)，如圖所示．
(3)觀察所得到的直線，分析物體的速度隨時(shí)間的變化規(guī)律．
(4)根據(jù)所畫v-t圖象求出小車運(yùn)動(dòng)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(cè)量的位移有誤差，從而計(jì)算出的瞬時(shí)速度有誤差．
3．作v-t圖象時(shí)單位選擇不合適或人為作圖不準(zhǔn)確帶來(lái)誤差．
六、注意事項(xiàng)
1．開始釋放小車時(shí)，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．
2．先接通電源，等打點(diǎn)穩(wěn)定后，再釋放小車．
3．打點(diǎn)完畢，立即斷開電源．
4．選取一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，適當(dāng)舍棄點(diǎn)密集部分，適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)(注意計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)時(shí)點(diǎn)的區(qū)別)，弄清楚所選的時(shí)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(shí)用手按?。?br>6．要區(qū)分打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的計(jì)時(shí)點(diǎn)和人為選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)，一般在紙帶上每隔4個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，即時(shí)間間隔為t＝0.1 s.
7．在坐標(biāo)紙上畫v-t圖象時(shí)，注意坐標(biāo)軸單位長(zhǎng)度的選取，應(yīng)使圖象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(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打的點(diǎn)記錄了小車的運(yùn)動(dòng)情況．某同學(xué)做此實(shí)驗(yàn)時(shí)的步驟如下：
A．拉住紙帶，把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置，放開紙帶，再接通電源；
B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上；
C．把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過(guò)定滑輪，下面掛上適當(dāng)?shù)你^碼；
D．小車停止運(yùn)動(dòng)后，直接取下紙帶；
E．將紙帶固定在小車尾部，并穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)跡清晰的進(jìn)行測(cè)量并數(shù)據(jù)處理．
其中錯(cuò)誤或遺漏的步驟有
①___________________________________________________；
②____________________________________________________.
將以上步驟完善后，其合理的順序?yàn)?br>_____________________________________________________．
[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(shí)驗(yàn)步驟合理的順序?yàn)锽ECADF.
[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(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，如圖所示為一次記錄小車運(yùn)動(dòng)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(gè)點(diǎn))，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T＝0.1 s.
(1)根據(jù)________________計(jì)算各點(diǎn)的瞬時(shí)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(zhǎng)與縱軸相交，交點(diǎn)的物理意義：
_______________________________________________________
______________________________________________________.
[解析] (1)若時(shí)間較短，平均速度可以代替中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度．
D點(diǎn)的瞬時(shí)速度
vD＝eq \f(xCE,2T)＝eq \f(78.00,0.2) cm/s＝390 cm/s＝3.90 m/s
C點(diǎn)的瞬時(shí)速度
vC＝eq \f(xBD,2T)＝eq \f(52.80,0.2) cm/s＝264 cm/s＝2.64 m/s
B點(diǎn)的瞬時(shí)速度
vB＝eq \f(xAC,2T)＝eq \f(27.60,0.2) cm/s＝138 cm/s＝1.38 m/s.
(2)由上述數(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它的加速度a＝eq \f(Δv,Δt)＝eq \f(1.26 m/s,0.1 s)＝12.6 m/s2.
(3)將圖線延長(zhǎng)后，與縱軸的交點(diǎn)的速度表示零時(shí)刻小車經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速度大?。?br>[答案] (1)某段較短時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度 3.90 2.64 1.38
(2)圖象見解析圖 12.6 m/s2
(3)表示小車經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速度大小
?1?處理紙帶時(shí)，一定要分清計(jì)時(shí)點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn)，搞清計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T.
?2?利用極限思想將平均值過(guò)渡到瞬時(shí)值是物理學(xué)中常用的方法.紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于以此為中心的前、后相鄰兩點(diǎn)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(diǎn)制定，以使圖象在坐標(biāo)系中合理分布，大小適中.
1．在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法中正確的是( )
A．長(zhǎng)木板一定要水平擺放
B．使用刻度尺測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)，不必估讀
C．使用刻度尺測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)，要估讀到分度值的下一位
D．作v-t圖象時(shí)，所描線必須經(jīng)過(guò)每一個(gè)點(diǎn)
C [實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，一般長(zhǎng)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(cuò)誤．使用刻度尺測(cè)長(zhǎng)度時(shí)，需要估讀到分度值的下一位，B錯(cuò)誤，C正確．作v-t圖象時(shí)，若各點(diǎn)與直線擬合，則作直線并使直線經(jīng)過(guò)盡量多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)，分布在直線兩側(cè)，D錯(cuò)誤．]
2．(多選)一小球在水平桌面上做直線運(yùn)動(dòng)，用照相機(jī)對(duì)著小球每隔0.1 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(shí)物的比例為1∶10，則( )
A．圖中對(duì)應(yīng)的小球在通過(guò)8 cm距離內(nèi)的平均速度是2 m/s
B．圖中對(duì)應(yīng)的小球在通過(guò)8 cm距離內(nèi)的平均速度是1.6 m/s
C．圖中對(duì)應(yīng)的小球通過(guò)6 cm處的瞬時(shí)速度是2.5 m/s
D．圖中對(duì)應(yīng)的小球通過(guò)6 cm處的瞬時(shí)速度是2 m/s
AD [小球在通過(guò)8 cm距離內(nèi)的平均速度eq \x\t(v)＝eq \f(x,t)＝eq \f(8×10,4×0.1) cm/s＝200 cm/s＝2 m/s，A對(duì)，B錯(cuò)．可以認(rèn)為小球通過(guò)6 cm處的瞬時(shí)速度等于相鄰兩點(diǎn)間的平均速度v＝eq \f(x′,t′)＝eq \f(4×10 cm,2×0.1 s)＝200 cm/s＝2 m/s，C錯(cuò)，D對(duì)．]
3．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電源頻率為50 Hz，在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，若交流電源的頻率變小了而未被發(fā)現(xiàn)，則測(cè)得小車的速度值與真實(shí)值比較將( )
A．偏大 B．偏小
C．無(wú)影響 D．無(wú)法判斷
A [打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的頻率是由電源的頻率決定的，且打點(diǎn)的頻率等于電源的頻率．當(dāng)交流電源的頻率為50 Hz時(shí)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打一個(gè)點(diǎn)；當(dāng)交流電源的頻率低于50 Hz時(shí)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔將大于0.02 s，計(jì)算速度時(shí)如果仍按0.02 s計(jì)算，由v＝eq \f(x,t)可知，因測(cè)量值t小于真實(shí)值，故導(dǎo)致測(cè)量出的速度值大于真實(shí)值．]
4．(多選)在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，得到如圖所示的紙帶，其中A、B、C、D、E、F、G為計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)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(lái)準(zhǔn)確計(jì)算D點(diǎn)小車速度的表達(dá)式是( )
A.eq \f(x3＋x4,T) B.eq \f(x3＋x4,2T)
C.eq \f(x2＋x3＋x4＋x5,4T) D．eq \f(x1＋x6,2T)
BC [可用來(lái)計(jì)算D點(diǎn)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(dòng)紙帶通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器后(電源頻率為50 Hz)得到的紙帶，從A點(diǎn)通過(guò)計(jì)時(shí)器到D點(diǎn)通過(guò)計(jì)時(shí)器歷時(shí)________ s，位移為________ m，這段時(shí)間內(nèi)的平均速度為________ m/s，BC段的平均速度為______ m/s，F(xiàn)點(diǎn)的瞬時(shí)速度可以粗略地認(rèn)為是________ m/s.(平均速度和瞬時(shí)速度的結(jié)果保留三位有效數(shù)字)
[解析] 從A點(diǎn)通過(guò)計(jì)時(shí)器到D點(diǎn)通過(guò)計(jì)時(shí)器歷時(shí)0.1 s，位移為0.0760 m，這段時(shí)間內(nèi)的平均速度為eq \x\t(v)AD＝eq \f(0.0760,0.1) m/s＝0.760 m/s，BC段的平均速度為eq \x\t(v)BC＝eq \f(0.0220＋0.0160,2×0.02) m/s＝0.950 m/s，F(xiàn)點(diǎn)的瞬時(shí)速度可以粗略地認(rèn)為是BC段的平均速度，即大小是0.950 m/s.
[答案] 0.1 0.0760 0.760 0.950 0.950
6．(1)在做“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，給你以下器材：電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電池組、紙帶、復(fù)寫紙、小車、鉤碼、細(xì)繩、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板．其中不需要的器材是__________，還需要增添的器材有____________________________.
(2)關(guān)于“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”這一實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是________．
A．長(zhǎng)木板不能側(cè)向傾斜，也不能一端高一端低
B．在釋放小車前，小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器
C．應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放小車
D．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接在低壓直流電源上
E．小車運(yùn)動(dòng)時(shí)要保持紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器平面、木板平行
F．作v -t圖象時(shí)，應(yīng)先描點(diǎn)后連線，并且要把描出的所有點(diǎn)都連接起來(lái)
[解析] (1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用低壓交流電源，所以不需要的器材是電池組．為了得到小車的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，還需要刻度尺來(lái)測(cè)量計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離，所以還需要低壓交流電源、刻度尺．
(2)長(zhǎng)木板不能側(cè)向傾斜，但是可以一端高一端低，故A錯(cuò)誤；在釋放小車前，小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，以能在紙帶上打出更多的點(diǎn)，有利于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和誤差的減小，故B正確．實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源然后釋放小車，故C正確．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接在低壓交流電源上，故D錯(cuò)誤；小車運(yùn)動(dòng)時(shí)要保持紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器平面、木板平行，故E正確；作v -t圖象時(shí)，讓盡量多的點(diǎn)均勻分布在圖線的兩側(cè)，描繪成平滑的曲線，不要求所有的點(diǎn)都在圖線上，故F錯(cuò)誤；故選B、C、E.
[答案] (1)電池組低壓交流電源、刻度尺 (2)BCE
位置
1
2
3
4
5
6
長(zhǎng)度
x1
x2
x3
x4
x5
x6
各段長(zhǎng)度
0～2
1～3
2～4
3～5
4～6
5～7
時(shí)間間隔
v/(m·s－1)

相關(guān)學(xué)案

相關(guān)學(xué)案更多

相關(guān)學(xué)案

相關(guān)學(xué)案 更多

相關(guān)學(xué)案更多