銜接點(diǎn)05 實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律（講義）-2024年新高一物理暑假學(xué)習(xí)提升計(jì)劃-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

實(shí)驗(yàn)測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的平均速度
1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河每潭瘸吆屯１頊y(cè)小車的平均速度。
2.實(shí)驗(yàn)原理：v＝eq \f(s,t).
3.測(cè)量的物理量:路程s和時(shí)間t。實(shí)驗(yàn)時(shí)用刻度尺測(cè)出小車通過的路程，用停表測(cè)出小車通過這段路程所用的時(shí)間，用公式v=s/t計(jì)算出小車在這段路車的平均速度。
4．實(shí)驗(yàn)裝置圖：
5.實(shí)驗(yàn)器材：長(zhǎng)木板、木塊、小車、刻度尺、停表、金屬片
6.實(shí)驗(yàn)步驟：
(1)把小車放在斜面頂端，金屬片放在斜面底端，用刻度尺測(cè)出小車將要通過的路程S1，把S1和后面測(cè)得的數(shù)據(jù)填入下表中。
(2)用停表測(cè)量小車從斜面頂端滑下到撞擊金屬片的時(shí)間t1。
(3)根據(jù)測(cè)得的S1、t1，利用公式算出小車通過斜面全程的平均速度v1。
(4)將金屬片移至斜面的中部，測(cè)出小車到金屬片的距離S2。
(5)測(cè)出小車從斜面頂端滑過斜面上半段路程S2所用的時(shí)間t2，算出小車通過上半段路程的平均速度v2。
(6)計(jì)算出小車在斜面后半段的距離s3＝s1－s2，后半段路程S3所用時(shí)間t3= t1-t2，得到小車在斜面后半段路程的平均速度v3.
7.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：
8.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
（1）小車沿斜面下滑,運(yùn)動(dòng)越來越快，小車做變速運(yùn)動(dòng)。
（2）各段路程的平均速度并不相等,上半段的平均速度最小，下半段的平均速度最大，全程的平均速度處在兩者之間:v下>v全>v上.
(3)結(jié)果表明：物體做變速運(yùn)動(dòng)的平均速度的大小與路程和時(shí)間有關(guān)。
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br>1.鞏固打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用、紙帶數(shù)據(jù)處理和測(cè)量瞬時(shí)速度的方法。
2.通過實(shí)驗(yàn)探究，體驗(yàn)如何從實(shí)驗(yàn)中獲取數(shù)據(jù)，學(xué)會(huì)利用圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)方法。
3.知道小車在重物牽引下運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。
二、實(shí)驗(yàn)原理
1.利用紙帶計(jì)算瞬時(shí)速度：以紙帶上某點(diǎn)為中間時(shí)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(shí)速度。
2.用v－t圖像表示小車的運(yùn)動(dòng)情況：以速度v為縱軸、時(shí)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圖像，圖線的傾斜程度表示加速度的大小，如果v－t圖像是一條傾斜的直線，說明小車的速度是均勻變化的。
三、實(shí)驗(yàn)器材
打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、復(fù)寫紙、紙帶、導(dǎo)線、一端帶有滑輪的長(zhǎng)木板、小車、細(xì)繩、槽碼、刻度尺、坐標(biāo)紙。
四、實(shí)驗(yàn)步驟
1.如圖所示，把附有滑輪的長(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)繩跨過滑輪，下邊掛上合適的槽碼，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行，然后把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并把紙帶的另一端固定在小車后面。
3.把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，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系列小點(diǎn)。
4.換上新紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次。
5.增減所掛槽碼，按以上步驟再做兩次實(shí)驗(yàn)。
五、數(shù)據(jù)處理
1.紙帶的選取與測(cè)量
(1)在三條紙帶中選擇一條點(diǎn)跡最清晰的紙帶。
(2)為了便于測(cè)量，一般舍掉開頭一些過于密集的點(diǎn)跡，找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)(0點(diǎn))。
(3)每5個(gè)點(diǎn)(相隔0.1 s)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量(如圖所示，相鄰兩點(diǎn)中間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出)。
(4)采集數(shù)據(jù)的方法：不要直接去測(cè)量?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，而是要量出各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)時(shí)零點(diǎn)的距離d1、d2、d3…然后再算出相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離x1＝d1；x2＝d2－d1；x3＝d3－d2；x4＝d4－d3…
2.瞬時(shí)速度的計(jì)算
(1)瞬時(shí)速度的求解方法：時(shí)間間隔很短時(shí)，可用某段時(shí)間的平均速度表示這段時(shí)間內(nèi)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，即vn＝eq \f(xn＋xn＋1,2T)。例如，圖中計(jì)數(shù)點(diǎn)4的瞬時(shí)速度v4＝eq \f(x4＋x5,2T)。
(2)設(shè)計(jì)表格并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。
3.畫出小車的v－t圖像
(1)定標(biāo)度：坐標(biāo)軸的標(biāo)度選取要合理，應(yīng)使圖像大致分布在坐標(biāo)平面中央。
(2)描點(diǎn)：描點(diǎn)時(shí)要用平行于兩坐標(biāo)軸的虛線標(biāo)明該點(diǎn)的位置坐標(biāo)。(所描的點(diǎn)一般用“·”標(biāo)明)
(3)連線：用一條平滑的曲線或直線“擬合”這些點(diǎn)。
仔細(xì)觀察所描各點(diǎn)的分布情況。用一條直線“擬合”這些點(diǎn)，即讓所畫的直線連接盡可能多的點(diǎn)，不能連接的點(diǎn)應(yīng)均勻分布在直線兩側(cè)，舍棄離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)。
4.分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論
如果畫出的v－t圖像是一條傾斜的直線，說明小車做速度均勻變化的直線運(yùn)動(dòng)。圖像和縱坐標(biāo)軸的交點(diǎn)表示開始計(jì)時(shí)時(shí)小車的速度——初速度。
六、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圖像時(shí)單位選擇不合適或人為作圖不準(zhǔn)確帶來誤差。
給你以下實(shí)驗(yàn)器材：
你認(rèn)為如何設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來研究小車在重物牽引下速度隨時(shí)間的變化規(guī)律？
【例題】圖中的甲、乙兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是高中物理實(shí)驗(yàn)中常用的，請(qǐng)回答下面的問題：
（1）圖乙是（填“電磁”或“電火花”）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，電源采用的是（填“交流”“交流”或“四節(jié)干電池”）。
（2）某同學(xué)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)器記錄了被小車拖動(dòng)的紙帶的運(yùn)動(dòng)情況，在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，其相鄰點(diǎn)間的距離如圖所示，每?jī)蓚€(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出。
①根據(jù)紙帶上各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，計(jì)算出打下B、C、D、E、F五個(gè)點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度，請(qǐng)將B、F的速度值填入下表。（結(jié)果保留3位小數(shù)）
②以A點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，將B、C、D、E、F各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度標(biāo)在直角坐標(biāo)系中，并畫出小車的瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線。
③由所畫速度一時(shí)間圖像求出小車加速度為（結(jié)果保留2位小數(shù)）
（3）根據(jù)速度一時(shí)間圖像判斷，在打A計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，小車的速度 m/s。（結(jié)果保留2位小數(shù)）
1．某同學(xué)在“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度”的實(shí)驗(yàn)中，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄了被小車拖動(dòng)的紙帶的運(yùn)動(dòng)情況（交流電頻率是50Hz），在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。其相鄰點(diǎn)間的距離如圖所示，每?jī)蓚€(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間有四個(gè)點(diǎn)未畫出。（以下計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。

（1）電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用交流電源的計(jì)時(shí)儀器，根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，下列選項(xiàng)中：
A．時(shí)間間隔 B．位移 C．平均速度 D．瞬時(shí)速度
我們可以從紙帶上直接得到的物理量是，測(cè)量得到的物理量是，通過計(jì)算能得到的物理量是（填選項(xiàng)前的字母）。
（2）根據(jù)紙帶上各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，計(jì)算出打下B、C、D、E、F五個(gè)點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度，各個(gè)速度值如下表。計(jì)算出B點(diǎn)速度的大小。
將B、C、D、E、F各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度標(biāo)在直角坐標(biāo)系中，并畫出小車的瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線。

（3）根據(jù)圖像求出小車的加速度a= 。
2．在“探究小車速度隨時(shí)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(shí)器打下的紙帶如圖甲所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)（每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)沒有畫出），電火花計(jì)時(shí)器接220 V、50 Hz交變電源。他經(jīng)過測(cè)量并計(jì)算得到電火花計(jì)時(shí)器在打B、C、D、E、F各點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度如下表：
（1）設(shè)電火花計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T，計(jì)算vF的公式為vF＝；
（2）根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，以A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為t＝0，在圖乙所示坐標(biāo)系中合理地選擇標(biāo)度，作出v－t圖像；
（3）利用該圖像求得小車的加速度a＝ m/s2；（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）
（4）如果當(dāng)時(shí)電網(wǎng)中交變電流的電壓變成210 V，而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，那么加速度的測(cè)量值與實(shí)際值相比（選填“偏大”“偏小”或“不變”）。如果當(dāng)時(shí)電網(wǎng)中交變電流的頻率是f＝51 Hz，而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，那么加速度的測(cè)量值與實(shí)際值相比（選填“偏大”“偏小”或“不變”）。
3．某一學(xué)習(xí)小組的同學(xué)想通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)跡來探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。
（1）常見的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是電源（“直流”或“交流”）；
（2）關(guān)于本實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是；
A．釋放紙帶的同時(shí)，按通電源
B．先接通電源打點(diǎn)，后釋放紙帶運(yùn)動(dòng)
C．先釋放紙帶運(yùn)動(dòng)，后接通電源打點(diǎn)
D．紙帶上的點(diǎn)跡越密集，說明紙帶運(yùn)動(dòng)的速度越小
（3）該小組在規(guī)范操作下得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖所示，在紙帶上依次選出7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，分別標(biāo)上O、A、B、C、D、E和F，每相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率是50Hz。
①如果測(cè)得C、D兩點(diǎn)間距，D、E兩點(diǎn)間距，則打D點(diǎn)時(shí)小車的速度 m/s（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）；
②該同學(xué)分別算出其他各點(diǎn)的速度：，，，，請(qǐng)?jiān)谌鐖D所示的坐標(biāo)系中作出小車運(yùn)動(dòng)的圖像，并說明小車速度變化的規(guī)律。
4．用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50Hz，如圖所示的是一次記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E、F、G為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出。
（1）在實(shí)驗(yàn)中，使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器操作步驟應(yīng)先再（選填“釋放紙帶”或“接通電源”）；
（2）根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)有關(guān)公式可求得 vB=0.165m/s，vC= m/s，vD=0.263m/s；
（3）利用求得的數(shù)值在如圖所示的坐標(biāo)系中做出小車的v-t圖線（以打A點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí)），并根據(jù)圖線求出小車運(yùn)動(dòng)的加速度a＝ m/s2；（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）
（4）將圖線延長(zhǎng)與縱軸相交，此交點(diǎn)的物理意義是。
5．某一學(xué)習(xí)小組的同學(xué)想通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)跡來探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。
（1）常見的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器有兩種：和，它們使用的都是電源（填“直流”或“交流”），當(dāng)電源頻率為50Hz時(shí)，每隔 s打一個(gè)點(diǎn)。
（2）關(guān)于本實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是。
A．釋放紙帶的同時(shí)，接通電源 B．先接通電源打點(diǎn)，后釋放紙帶運(yùn)動(dòng)
C．先釋放紙帶運(yùn)動(dòng)，后接通電源打點(diǎn) D．紙帶上的點(diǎn)跡越密集，說明紙帶運(yùn)動(dòng)的速度越小
（3）要測(cè)量小車的速度。除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（含所用電源、紙帶、墨粉紙盤）外還必須使用的測(cè)量工具。
（4）該小組在規(guī)范操作下得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖所示，在紙帶上依次選出7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，分別標(biāo)上O、A、B、C、D、E和F，每相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率是50Hz。
①每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為 s，如果測(cè)得C、D兩點(diǎn)間距x4=2.70cm，D、E兩點(diǎn)間距x5=2.90cm，則打D點(diǎn)時(shí)小車的速度vD= m/s（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。
②該同學(xué)分別算出其他各點(diǎn)的速度：vA=0.220m/s，vB=0.241m/s，vC=0.258m/s，vE=0.300m/s，請(qǐng)?jiān)谌鐖D所示的坐標(biāo)系中作出小車運(yùn)動(dòng)的v?t圖像。并說明小車速度變化的規(guī)律
③小車連接在紙帶的（選填“左端”或“右端”）
課程標(biāo)準(zhǔn)
初中
1.會(huì)使用刻度尺測(cè)量路程。2.會(huì)使用停表。3.能夠根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)求解物體運(yùn)動(dòng)的平均速度
高中
1.能建立加速度的概念，能從物理學(xué)的視角觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并能正確分析小車運(yùn)動(dòng)的加速度。
2.理解v-t圖像的含義，能用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪v-t圖像，能根據(jù)圖像分析速度隨時(shí)間的變化特點(diǎn)以及加速度的特點(diǎn)。
初中物理
高中物理
異同點(diǎn)
測(cè)量平均速度
測(cè)量瞬時(shí)速度
初中物理中是測(cè)量物體的平均速度，原理方法就是測(cè)出物體在某段時(shí)間內(nèi)通過的路程和所用的時(shí)間，二者求比值，用到的測(cè)量?jī)x器主要是刻度尺和停表，數(shù)據(jù)處理上主要利用的是列表法求出物體的平均速度，進(jìn)而判斷物體的運(yùn)動(dòng)形式。而高中物理中探究小車速度隨時(shí)間變化規(guī)律的這個(gè)實(shí)驗(yàn)，從本質(zhì)上來說，也是測(cè)量小車的平均速度大小，但是由于用到的計(jì)時(shí)儀器是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，打點(diǎn)的時(shí)間間隔僅僅是0.02s，時(shí)間很短，所以可以把某個(gè)時(shí)間平均速度當(dāng)做是某個(gè)位置點(diǎn)的瞬時(shí)速度，這是它和初中物理中測(cè)物體平均速度這個(gè)實(shí)驗(yàn)的第一點(diǎn)不同；第二點(diǎn)不同就是測(cè)量時(shí)間的儀器不是停表了，二是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，更加精確；第三點(diǎn)不同就是數(shù)據(jù)的處理除了利用列表法以外，還采用了圖像法，通過描點(diǎn)的方式作出小車的v-t圖像，通過圖像可以更加直觀的了解小車的運(yùn)動(dòng)形式。
路段
路程
運(yùn)動(dòng)時(shí)間
平均速度
全程
s1
t1
v1
上半段
s2
t2
v2
下半段
s3
t3
v3
位置編號(hào)
0
1
2
3
4
5
時(shí)間t/s
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
x/m
(dn－dn－1)/m
v/(m·s－1)
速度
數(shù)值（）

0.479
0.560
0.640

vB
vC
vD
vE
vF
數(shù)值/(m·s－1)
0.479
0.560
0.640
0.721
對(duì)應(yīng)點(diǎn)
B
C
D
E
F
速度（m/s）
0.141
0.185
0.220
0.254
0.301

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