实验：探究小车速度随时间变化的规律（解析版） （人教版2019必修第一册）.docx

2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 学习目标课程标准学习目标1．掌握实验原理及步骤，会处理实验数据，知道实验应注意的事项2．能分析实验数据，发现总结小车的运动规律，形成结论，能根据v-t图像描述小车的运动规律3．能撰写实验报告，对科学探究过程与结果进行交流和反思1.掌握探究小车速度随时间变化规律的实验思想，能使用打点计时器进行实验2．会利用平均速度求解瞬时速度；能根据实验数据求解加速度3．会设计小车速度随时间变化的实验方案，能根据实验数据画出v-t图像，能基于实验数据求出物体运动的加速度02预习导学（一） 课前研读课本，梳理基础知识：一、实验原理1．利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点为中间时刻取一小段位移，用这段位移的平均速度表示这点的瞬时速度．2．用v－t图像表示小车的运动情况：以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，用描点法画出小车的v－t图像，图线的倾斜程度表示加速度的大小，如果v－t图像是一条倾斜的直线，说明小车的速度是均匀变化的．二、实验器材打点计时器(带导线)、交变电源、纸带、一端带有定滑轮的长铝板、小车、细绳、槽码、刻度尺、复写纸、坐标纸．三、实验步骤1．如图所示，把一端带有定滑轮的长铝板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面．铝板上放一个可以左右移动的小车，小车一端连接穿过打点计时器的纸带，另一端连接绕过滑轮系有槽码的细绳． 2．把小车停在靠近(选填“靠近”或“远离”)打点计时器的位置．先启动打点计时器，后放开小车(选填“启动打点计时器”或“放开小车”)，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一行小点．随后，立即关闭电源．3．换上新纸带，并增减所挂槽码(或在小车上放置重物)，再做两次实验．四、实验分析1.数据处理：如图所示，一般不是直接测量相邻两个计数点间的距离，而是先测量出各个计数点到计时零点的距离x1、x2、x3、x4、x5，再计算出相邻的两个计数点间的距离.Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4.2.求各计数点的瞬时速度(1)各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替，即v1＝，v2＝，…。

T为相邻两个计数点间的时间间隔，若交流电源频率为50 Hz，每5个点取一个计数点(中间隔4个点)，则T＝0.1 s.(2)设计表格并记录相关数据位置编号1234567时刻t/s0.10.20.30.40.50.60.7v/(m·s－1) 3.作出小车运动的v－t图象(1)定标度：坐标轴的标度选取要合理，应使图象大致布满坐标纸.(2)描点：在坐标纸上描出各个坐标点的位置.(3)连线：用一条平滑的曲线或直线“拟合”这些点.4.分析数据并求出加速度(1)如果画出的v－t图象是一条倾斜的直线，说明小车做速度均匀变化的直线运动.图象和纵轴的交点表示开始计时时小车的速度.(2)求出小车的加速度：在v－t图象上任意取两个间隔较远的点(这两个点不一定是我们表格中已测得的点)，找出它们的坐标值，然后把它们的坐标值代入公式中求出加速度，即用图线的斜率求加速度.五、注意事项1．开始放开小车时，应使小车靠近(选填“靠近”或“远离”)打点计时器．2．先启动打点计时器，等打点稳定后，再放开小车(选填“启动打点计时器”或“放开小车”)．3．打点完毕，立即关闭电源．4．选取一条点迹清晰的纸带，舍掉开头点迹密集部分，选取适当的计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少．（二）即时练习：【小试牛刀1】某同学按图所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验. (1)图中仪器A叫做________计时器，使用220 V________电源(选填“交流”或“直流”)，释放小车前，小车应停在________(填“靠近”或“远离”)仪器A的位置.(2)使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中，有以下基本步骤：A.松开纸带让物体带着纸带运动 B.穿好纸带C.把计时器固定好 D.接通电源，进行打点以上步骤的正确顺序是________.【答案】(1)电火花　交流　靠近　(2)CBDA【解析】(1)题图中仪器A叫做电火花计时器，使用220 V交流电源，实验过程中，放开小车前，小车要靠近打点计时器；(2)使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中，基本步骤为：先把计时器固定好，穿好纸带，再接通电源，进行打点，之后松开纸带让物体带着纸带运动，故正确的顺序是CBDA.【小试牛刀2】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点(A点为第一个点)，相邻计数点间的时间间隔T＝0.1 s. (1)根据______计算各点的瞬时速度，则vD＝______m/s，vC＝______m/s，vB＝______m/s.(2)在如图所示坐标系中画出小车的v－t图线，并根据图线求出a＝________. (3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度的物理意义：_____________________________.【答案】(1)利用某段时间内的平均速度表示中间时刻的瞬时速度　3.90　2.64　1.38(2)见解析图　12.6 m/s2 (3)表示零时刻小车经过A点的速度大小【解析】(1)若时间较短，平均速度可以代替中间时刻的瞬时速度.D点的瞬时速度vD＝＝＝390 cm/s＝3.90 m/sC点的瞬时速度vC＝＝＝264 cm/s＝2.64 m/sB点的瞬时速度vB＝＝＝138 cm/s＝1.38 m/s(2)由(1)中数据画出小车的v－t图象如图所示，由图线的斜率可求得小车的加速度 a＝＝12.6 m/s2(3)将图线延长后，与纵轴的交点的速度表示零时刻小车经过A点的速度大小03探究提升一、 【问题探究1】实验原理与步骤1.实验目的（1）进一步练习使用打点计时器并会利用平均速度求瞬时速度;（2）学会利用v-t图像处理实验数据,探究小车速度随时间变化的规律。

2.实验原理（1）利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点对应时刻为中间时刻,取与之相邻的两点间的位移,用这段位移的平均速度表示该点的瞬时速度.(2)用v-t图像表示小车的运动情况：如果t 图像是一条倾斜的直线,说明小车的速度是均匀变化的.3.实验器材打点计时器、交流电源、纸带、一端附有定滑轮的长铝板、小车、细绳、槽码(或钩码)刻度尺、坐标纸4.实验步骤(1)如图所示,把一端附有滑轮的长铝板平放在打点计时器小车实验桌上,并使滑轮伸出桌面,打点计时器固定在长 纸带一铝板没有定滑轮的一端,连接好器材.(2)把一条细绳拴在小车上,细绳的另一端跨过定滑轮且下面挂上适当数量的槽码,纸带穿过打点计时器,并把纸带的另一端固定在小车的后面.(3)把小车停在靠近打点计时器的位置,启动计时器,然后放开小车,让小车拖着纸带运动,打点计时器就在纸带上打下一行小点随后,立即关闭电源4)换上新纸带,重复实验两次.(5)在三条纸带中选择一条点迹最清晰的,舍掉开头一些过于密集的点,找一个适当的点作为计时起点.(6)选择连续的且相隔0.1s 的计数点进行测量，把数据填入事先设计好的表格中(7)计算出各计数点的瞬时速度,填入表格中。

8)增减所挂的槽码(或在小车上放置重物)更换纸带再做两次实验典型例题1】小明与他的同伴在做探究小车速度随时间变化的规律的实验时，由于他的同伴不太明确该实验的目的及原理，他从实验室里借取了如下器材：如图所示是两种常见的打点计时器1）其中_______是电磁打点计时器（选甲或乙）；（2）小明选择了电磁打点计时器，为达到实验目的，还需要下列哪些器材？________；A． B． C． D． E. （3）在该实验中，下列说法中正确的是_______；A．打点计时器应固定在长木板上，且靠近滑轮一端B．开始实验时小车远离打点计时器一端C．应先接通电源，待打点稳定后再释放小车D．牵引小车的钩码个数越多越好（4）实验得到的一条纸带如图所示，打点计时器电源频率为50Hz，其中相邻的两个计数点还有4个点未画出，则根据纸带，回答下列问题：根据纸带的数据，计数点1时小车对应的速度为：v1=______m/s（保留两位有效数字）；【答案】     乙     BD     C     0.36     0.38（0.35-0.39）【解析】（1）[1]由题甲、乙图可知，其中乙图是电磁打点计时器2）[2]小明选择了电磁打点计时器，为达到实验目的，打出的纸带需要测量长度；又因电磁打点计时器需要学生电源，即交流低压电源，所以还需要下列B.刻度尺；D.交流低压电源。

故选BD3）[3]A．打点计时器应固定在长木板上，且在没有滑轮一端，A错误；B．开始实验时小车靠近打点计时器一端，B错误；C．应先接通电源，待打点稳定后再释放小车，C正确；D．牵引小车的钩码个数要适当，太多的话，小车的加速度会太大，对实验结果会有影响，所以不是越多越好，D错误4）①[4]打点计时器电源频率为50Hz，其中相邻的两个计数点还有4个点未画出，所以纸带上打相邻两个的时间间隔是T=0.02s×5=0.1s由中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度，可得计数点1时小车对应的速度为       【典型例题2】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，(1)下列给出的器材中，有一部分已经选好了，请选出还需要的器材A．电磁打点计时器　B．天平　C．低压交变电源　D．低压直流电源　E．细绳和纸带　F．槽码和小车　G．秒表 H．一端有滑轮的长铝板　I．刻度尺选出的器材有AEFH，还需要________2)某同学按照以下步骤进行操作：A．换上纸带重复做三次，选择一条较为理想的纸带；B．将电磁打点计时器固定在长铝板上没有滑轮的一端，接上电源；C．把小车停在靠近电磁打点计时器的地方，先放开小车，再启动电磁打点计时器；D．断开电源，取下纸带；E．把一条细绳拴在小车前端，绳跨过滑轮挂上槽码，把纸带固定在小车后端并让纸带穿过电磁打点计时器。

以上步骤有错误的是________(填步骤前的字母)，应更正为_____________；步骤合理的顺序是________(填步骤前的字母)答案】(1)C、I　(2)C　先启动电磁打点计时器，再放开小车　BECDA【解析】(1)在本实验中，不需要测量小车和槽码的质量，因此不需要天平，电磁打点计时器使用的是低压交变电源，因此不需要直流电源，同时电磁打点计时器记录了小车的运动时间，因此不需要秒表测量点迹间的距离需要刻度尺，所以还需要的器材是：C、I2)以上步骤有错误的是C，应先启动电磁打点计时器，再放开小车根据组装器材、进行实验、数据处理的顺序知，操作步骤顺序为：BECDA对点训练1】（多选）在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，下列操作中正确的有（    ）A．在释放小车前，小车要靠近打点计时器B．打点计时器应放在长木板的有滑轮一端C．应先接通电源，后释放小车D．电火花计时器应使用低压交流电源【答案】AC【解析】AC．由于小车速度较快，且运动距离有限，打出的纸带长度也有限，为了尽可能增加纸带长度，且在纸带上尽可能多地获取间。