【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.能建立加速度的概念，能從物理學(xué)的視角觀察實驗現(xiàn)象，并能正確分析小車運動的加速度。
2.理解v-t圖像的含義，能用實驗數(shù)據(jù)描繪v-t圖像，能根據(jù)圖像分析速度隨時間的變化特點以及加速度的特點。
【學(xué)習(xí)重難點】
1.進行實驗，正確操作，記錄數(shù)據(jù)，正確進行實驗操作。（重點）
2.分析數(shù)據(jù)，作出v-t圖像，直觀反應(yīng)規(guī)律。（重點）
3.分析數(shù)據(jù)，作出v-t圖像。（難點）
【知識回顧】
1.測量瞬時速度
①如果不要求很精確，用這個平均速度粗略地代表某個計數(shù)點的瞬時速度。
②如果要求更為精確，可以把包含某個計數(shù)點在內(nèi)的間隔取得小一些，那么時間 Δt 就會變短，用兩點間的位移 Δx 和時間 Δt 算出的平均速度代表紙帶在該計數(shù)點的瞬時速度，就會精確一些。
2.速度時間（v-t）圖像物理意義：
(1)可以讀出任意一個時刻對應(yīng)的速度，也可以讀出物體在任意一個速度時所對應(yīng)的時刻；
(2)可以求出任意一段時間內(nèi)的速度變化量；
(3)v-t圖像物體速度隨時間變化的規(guī)律。
3.速度時間（v-t）圖像的斜率物理意義：
(1)v-t圖像的斜率物理意義：表示物體的加速度；
(2)v-t圖像的斜率越大，說明加速度越大，物體速度變化的越快；
(3)v-t圖像的斜率為正，說明物體加速度方向與正方向一致，圖像向上傾斜； v-t圖像的斜率為負，說明物體加速度方向與正方向相反，圖像向下傾斜。
4.速度時間（v-t）圖像中速度、加速度方向判斷方法：
(1)速度的方向：①速度圖像在t軸上方，速度為正；②速度圖像在t軸下方，速度為負。
(2)加速度方向：①速度圖像向上傾斜，加速度為正；②速度圖像向下傾斜，加速度為負。
【自主預(yù)習(xí)】
1.實驗器材：打點計時器、學(xué)生電源、復(fù)寫紙、紙帶、導(dǎo)線、一端帶有滑輪的長木板、小車、細繩、槽碼、刻度尺、坐標(biāo)紙。
2.實驗思路：
(1)利用紙帶計算瞬時速度：以紙帶上某點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的瞬時速度。
(2)用v－t圖像表示小車的運動情況：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。
【課堂探究】
新課引入：尋求一種運動的特點和規(guī)律，一般要從某個具體事例開始。那么如果我們要研究小車在重物牽引下的運動，看看小車的速度是怎樣隨時間變化的，我們應(yīng)該怎樣做呢？
實驗思路
復(fù)習(xí)與回顧：
我們上一章第三節(jié)已經(jīng)學(xué)習(xí)了如何測量紙帶的平均速度和瞬時速度，你是否可以簡要的說明一下以下問題：
(1)打點計時器在使用的時候應(yīng)該注意哪些問題？
(2)如何選擇紙帶上的點？
(3)如何測量紙帶上計數(shù)點的瞬時速度？
(4)如何做出v-t圖像，v-t圖像都告訴了我們哪些信息？
思考與討論：
給你以下實驗器材：
你認為如何設(shè)計一個實驗來研究小車在重物牽引下速度隨時間的變化規(guī)律？
1.實驗方案：
2.利用打點計時器和紙帶計算瞬時速度：用某段位移的平均速度表示中間點的瞬時速度。
3.用v－t圖像表示小車的運動情況：以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，用描點法畫出小車的v－t圖像，進而探究速度與時間的關(guān)系。
二、進行實驗
1.如圖所示，把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路。
2.把一條細繩拴在小車上，使細繩跨過滑輪，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計時器，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計時器處，先接通電源，后釋放小車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列小點。
4.換上新紙帶，重復(fù)實驗兩次。
5.增減所掛槽碼，按以上步驟再做兩次實驗。
三、數(shù)據(jù)記錄
思路與討論：
(1)怎樣選取合適的便于測量的紙帶？
(2)如何選擇紙帶上合適的計數(shù)點？
(3)如何計算所選計數(shù)點的瞬時速度？
1.紙帶的選取與測量
(1)為了便于測量，一般舍掉開頭一些過于密集的點跡，找一個適當(dāng)?shù)狞c作計時起點。
(2)每5個點(相隔0.1 s)取1個計數(shù)點進行測量(如圖所示，相鄰兩點中間還有4個點未畫出)。
(3)數(shù)據(jù)采集：量出各個計數(shù)點到計時零點的距離d1、d2、d3…
2.不同計數(shù)點的瞬時速度計算
(1)計算方法：利用第一章第3節(jié)所學(xué)方法得出各個計數(shù)點的瞬時速度，即：
；；；；
(2)數(shù)據(jù)記錄
思路與討論：
(1)根據(jù)你的實驗表格中的數(shù)據(jù)，說一說小車速度隨時間變化有什么規(guī)律？
(2)根據(jù)你的實驗表格中的數(shù)據(jù)，你能不能求一下某段時間內(nèi)的加速度？
(3)你求得的不同時間段的加速度是多大呢？這個結(jié)果說明速度的變化是怎樣的？
(4)如果不計算加速度，用什么方法可以形象地看出小車速度隨時間變化的規(guī)律呢？
四、數(shù)據(jù)分析
1.直觀的方法：畫出小車的v－t圖像
(1)根據(jù)所得數(shù)據(jù)，選擇合適的標(biāo)度建系（圖象盡量分布在坐標(biāo)系平面的大部分面積）
(2)根據(jù)所得數(shù)據(jù)確定點的位置,觀察和思考點的分布規(guī)律。
(3)“擬合”圖象：從點的分布可以有很大把握地說這些點應(yīng)該在一條直線上，畫出一條直線，讓盡可能多的點處在這條直線上，其余均勻分布，去掉偏差太大的點
2.用計算機繪制v－t圖像
思路與討論:
(1)t=0時刻的速度等于零嗎？為什么？
(2)為什么畫出的是一條直線？直線的斜率可以表示什么物理量？
(3)若某個點明顯偏離直線，可能是什么原因及怎樣處理？
(4)從圖上可以看出小車的速度隨時間怎樣變化？
實驗注意事項:
1．固定打點計時器時應(yīng)讓限位孔處在長木板的中央位置。
2．滑輪不能過高,細繩應(yīng)與木板平行.
3．小車應(yīng)由緊靠打點計時器處開始釋放，在撞擊長木板末端前應(yīng)讓小車停止運動,防止小車從板上掉下來。
4．先接通電源，后讓紙帶運動。
5．打點結(jié)束后立即關(guān)閉電源。
課堂小結(jié)：
【自我測評】
1．在做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中：
（1）某同學(xué)進行了以下實驗操作步驟，其中有誤的步驟是 。
A．將電火花計時器固定在長木板的一端，并接在直流電源上
B．將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔
C．把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪，下面吊著適當(dāng)重的鉤碼
D．拉住紙帶，將小車移到靠近打點計時器的一端后，先接通電源，待打點穩(wěn)定后再放開紙帶
（2）在實驗中得到一條如圖所示的紙帶，已知電源頻率為，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為，測量出、，則打下F點時小車的瞬時速度大小為 。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（3）若實驗時電源頻率大于，則打下F點時小車的實際速度 （填“大于”“小于”或“等于”）測量速度。
【答案】 A 0.46 大于
【詳解】（1）[1]A．將電火花計時器固定在長木板的一端，并接在交流電源上，故A錯誤，符合題意；
B．將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔，故B正確，不符合題意；
C．把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪，下面吊著適當(dāng)重的鉤碼，故C正確，不符合題意；
D．拉住紙帶，將小車移到靠近打點計時器的一端后，先接通電源，待打點穩(wěn)定后再放開紙帶，故D正確，不符合題意。故選A。
（2）[2]根據(jù)題意，由中間時刻的瞬時速度等于這段時間的平均速度可得，打下紙帶上F點時小車的瞬時速度大小為
（3）[3]若實驗時電源頻率大于，則相鄰計數(shù)點間的時間間隔，由F點的瞬時速度表達式可知，其實際速度大于測量速度。
2．用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計時器更能精確地測量物體的瞬時速度。如圖所示，滑塊在牽引力作用下先后通過兩個光電門，配套的數(shù)字毫秒計記錄了遮光板通過第一個光電門的時間為Δt1＝0.19 s，通過第二個光電門的時間Δt2＝0.05 s，遮光板的寬度為2.0 cm。下列問題（2）、（3）中計算結(jié)果均保留兩位小數(shù)。
（1）滑塊經(jīng)過光電門的速度可用遮光板擋光時間內(nèi)的 速度表示。
（2）滑塊經(jīng)過第一個光電門的速度大小為 m/s。
（3）滑塊經(jīng)過第二個光電門的速度大小為 m/s。
（4）若用寬度是1 cm的遮光板，測量誤差越 （填“大”或“小”）。
【答案】 平均 0.11 0.40 小
【詳解】（1）[1]由于滑塊經(jīng)過光電門時遮光板的擋光時間較短，所以滑塊經(jīng)過光電門的速度可用遮光板擋光時間內(nèi)的平均速度表示。
（2）[2]經(jīng)過第一個光電門的速度大小
（3）[3]經(jīng)過第二個光電門的速度大小
（4）[4]遮光板寬度越小，擋光時間越短，平均速度越接近瞬時速度，誤差越小。
3．圖中的甲、乙兩種打點計時器是高中物理實驗中常用的實驗儀器，請回答下面的問題：
（1）圖乙是 （填“電磁打點計時器”或“電火花計時器”），電源采用的是 （填“交流約”“交流”或“四節(jié)干電池”）。
（2）某同學(xué)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，用打點計時器記錄了被小車拖動的紙帶的運動情況，在紙帶上確定出、、、、、、共7個計數(shù)點，相鄰點間的距離如圖丙所示，每兩個相鄰的計數(shù)點之間還有4個計時點未畫出，電源頻率為。
①試根據(jù)紙帶上計數(shù)點間的距離，計算出打下、兩個點時小車的瞬時速度，并將各個速度值填入表，要求保留3位有效數(shù)字：
②以打下點的時刻為計時起點，將、、、、各點對應(yīng)的瞬時速度標(biāo)在圖丁的直角坐標(biāo)系中，并畫出小車的瞬時速度隨時間變化的關(guān)系圖線：
③由所畫圖像求出小車的加速度為 。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（3）根據(jù)圖像判斷，在打計數(shù)點時，小車的速度 。（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
【答案】 電火花計時器 交流220V 0.400 0.721 圖見解析 0.80 0.330
【詳解】（1）[1][2]圖乙是電火花計時器，電源采用的是交流。
（2）①[3][4]每兩個相鄰的計數(shù)點之間還有4個計時點未畫出，則T=0.1s，則
；
②[5]畫出小車的瞬時速度隨時間變化的關(guān)系圖線如圖所示。
③[6]所畫v-t圖像的斜率表示加速度，即
（3）[7]圖像的縱截距即為在打A計數(shù)點時小車的速度，所以vA=0.330m/s
4．利用如圖甲所示的實驗裝置“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”。

（1）甲圖中打點計時器的工作電源是
A．220V直流電源 B．220V交流電源
C．8V直流電源 D．8V交流電源
（2）使用電火花計時器時的基本步驟如下：
A．當(dāng)紙帶完全通過電火花計時器后，及時關(guān)閉電火花計時器
B．將電火花計時器插頭插入相應(yīng)的電源插座
C．把計時器固定在長木板上，將紙帶從墨粉紙盤下面穿過打點計時器
D．接通開關(guān)，聽到放電聲，立即拖動紙帶
上述步驟正確的順序是 （按順序填寫步驟前的字母）。
（3）某實驗小組所得紙帶上打出的部分計數(shù)點如圖乙所示（每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，圖中未畫出）。，，，，，。打點計時器在打點時小車的速度 。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。

（4）實驗小組計算出紙帶上各計數(shù)點對應(yīng)的速度后，在坐標(biāo)系中描出的點如圖丙所示，請根據(jù)這些點在丙圖中作出圖像 ，并根據(jù)圖像計算出小車運動的加速度 （結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

（5）若所選用的電源電壓略高于額定值，所測加速度的值 （選填“偏大”、“偏小”、“不變"）
【答案】 B CBDA 0.57 0.90 不變
【詳解】（1）[1]由圖甲可知，打點計時器為電火花計時器，則工作電壓為交流。故選B。
（2）[2]使用電火花計時器時的步驟為把計時器固定在長木板上，將紙帶從墨粉紙盤下面穿過打點計時器，插上電源，接通開關(guān)，聽到放電聲，立即拖動紙帶，當(dāng)紙帶完全通過電火花計時器后，及時關(guān)閉電火花計時器，故正確的順序是CBDA。
（3）[3]根據(jù)題意可知，由于相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，則相鄰計數(shù)點間的時間間隔為
由中間時刻的瞬時速度等于這段時間的平均速度可得，打點計時器在打點時小車的速
（4）[4]根據(jù)題意，作出圖像，如圖所示

[5]根據(jù)圖像的斜率表示加速度可得，小車運動的加速度為
（5）[6]電源電壓略高于額定值，不影響打點計時器打點頻率，則所測加速度的值不變。
5．某同學(xué)在“練習(xí)使用打點計時器”的實驗中，用打點計時器記錄了被拖動的紙帶的運動情況，在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個計數(shù)點。相鄰計數(shù)點間的距離如圖所示，每兩個相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔為0.10s。（電源頻率為50Hz）
（1）在實驗中，使用打點計時器時應(yīng)先 再 ；（均選填“釋放紙帶”或“接通電源”）
（2）每兩個計數(shù)點間還有 個點沒有標(biāo)出；
（3）以A點對應(yīng)的時刻為t=0，試將下表中所計算出的B、C、D、E、F五個計數(shù)點對應(yīng)的紙帶的瞬時速度標(biāo)在的直角坐標(biāo)系中，并畫出瞬時速度隨時間變化的關(guān)系圖線 。由圖像可計算出加速度a約為 m/s2。
【答案】 接通電源 釋放紙帶 4 0.80
【詳解】（1）[1][2]在實驗中，使用打點計時器時應(yīng)先接通電源，再釋放紙帶；
（2）[3]每兩個計數(shù)點間還有n=-1=-1=4個點沒有標(biāo)出
（3）[4][5]圖線如圖所示
由圖像可得a==m/s2=0.80m/s2
【學(xué)后反思】
本節(jié)課學(xué)習(xí)中，你有哪些收獲，還有哪些問題？
計數(shù)點
速度

0.479
0.560
0.640

vB
vC
vD
vE
vF
數(shù)值/（m·s-1）
0.400
0.479
0.560
0.640
0.721

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1 實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律

版本： 人教版 (2019)

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