人教版高中物理必修一《实验探究小车速度随时间变化的规律》学案Word格式.docx
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一、实验步骤
1.如图211所示,把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面,打点计时器固定在长木板没有滑轮的一端,连接好电路.
图211
2.把一条细绳拴在小车内,使细绳跨过滑轮,下面挂上适当的钩码,把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.把小车停在打点计时器处,先接通电源,后开释小车,让小车拖着纸带运动,打点计时器就在纸带上打下一系列小点,随后赶忙关闭电源.
4.换上新纸带,重复实验三次.
二、数据处理
1.表格法
(1)从几条纸带选择一条点迹最清晰的.舍掉开头一些过于密集的点迹,找一个适当的点当作计时起点(0点),每5个点(相隔0.1s)取一个计数点进行测量,如图212所示(相邻两点间还有四个点未画出).标明0、1、2、3、4…,测量各计数点到0点的距离x,并记录填入表中.
图212
(2)分别运算出相邻的两计数点之间的距离x1、x2、x3….
(3)利用一段时刻内的平均速度等于这段时刻中间时刻的瞬时速度,即vn=.例如,图中计数点4的速度v4=.并将求得的各计数点1、2、3、4、5的瞬时速度,填入上面的表格中.
(4)依照表格的数据,分析速度随时刻如何变化.
2.图象法
(1)在坐标纸上建立直角坐标系,横轴表示时刻,纵轴表示速度,并依照表格中的数据在坐标系中描点
(2)画一条直线,让这条直线通过尽可能多的点,不在线上的点平均分布在直线的两侧,偏差比较大的点忽略不计,如图213所示.
图213
(3)观看所得到的直线,分析物体的速度随时刻的变化规律.
(4)依照画出的vt图象求出小车运动的加速度a=.
三、注意事项
1.开始开释小车时,应使小车靠近打点计时器.
2.先接通电源,等打点稳固后,再开释小车.
3.打点完毕,赶忙断开电源.
4.选取一条点迹清晰的纸带,适当舍弃点迹密集部分,适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别),弄清晰所选的时刻间隔T等于多少.
5.要逐次测量各段距离,应尽可能地一次测量完毕.
6.在坐标纸上画vt图象时,注意坐标轴单位长度的选取,应使图象尽量分布在坐标平面中央.
例1 在“探究小车的速度随时刻变化的规律”的实验中,某同学操作过程中有以下实验步骤:
A.拉住纸带,将小车移至靠近打点计时器处,先放开纸带,再接通电源;
B.将打点计时器固定在长木板上,并连接好电路;
C.把一条细绳拴在小车内,细绳跨过定滑轮,下边吊着适当重的钩码,放手后看小车能否在木板上做平稳的加速运动;
D.取下纸带;
E.把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上,并使附有定滑轮的一端伸出桌面;
F.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔;
G.换上新纸带,重复操作两次.
(1)其中有错误的步骤是____________;
应改正为____________________.
(2)将改正后的步骤按合理的顺序写在横线上:
步骤顺序为______________________.
解析
(1)打点计时器在使用时,为了使打点稳固,同时为了提高纸带的利用率,使尽量多的点打在纸带上,要应先接通电源,再放开纸带,故A错误.
(2)本着先安装器材,后进行实验的思路,如在该实验中,先固定长木板,安装打点计时器,预备完毕开始进行实验,注意要先打点后开释小车,做完一次实验要及时关闭电源,故正确的实验步骤是EBCFADG.
答案
(1)A 应先接通电源,再放开纸带 (D 取下纸带前应先断开电源)
(2)EBCFADG
例2 (2020~2020江苏高一期中)在《探究小车的速度随时刻变化的规律》的实验中,利用打点计时器打出了如图214所示的一条纸带,其中1、2、3、4、5、6均为记数点,且相邻的两个计数点之间都还有4个点没有画出来,已知电源的频率为50Hz.现测得:
s1=1.40cm,s2=1.90cm,s3=2.40cm,s4=2.90cm,s5=3.40cm,s6=3.90cm.
图214
(1)在打点计时器打出点2、3、4、5、6时,小车的速度分别为:
v2=________cm/s,v3=________cm/s,v4=________cm/s,v5=________cm/s.
(2)在图215的坐标纸上作出速度—时刻图象(从1开始计时).
图215
(3)依照作出的速度—时刻图象,求出小车的加速度为________m/s2(取二位有效数字).
解析
(1)打点计时器打出点2、3、4、5、6时小车的速度可利用平均速度求出,分别为v2==16.50cm/s,v3==21.50cm/s,v4==26.50cm/s,v5==31.50cm/s.
(2)如图所示:
(3)求出图象的斜率可得a=k==×
10-2m/s2=0.50m/s2
答案
(1)16.50 21.50 26.50 31.50
(2)如解析图所示 (3)0.50m/s2 误差±
0.03
1.在“探究小车速度随时刻变化的规律”的实验中,下列方法有助于减少实验误差的是( )
A.选取计数点,把每打5个点的时刻间隔作为一个时刻单位
B.使小车运动的加速度尽量小些
C.舍去纸带上开始时密集的点,只利用点迹清晰、间隔适当的那一部分进行测量、运算
D.适当减少挂在细绳下钩码的个数
解析 实验中应区别计时器打出的轨迹点与人为选取的计数点,通常每隔4个轨迹点选1个计数点,如此计数点间的距离大些,测量时相对误差较小,A正确;
小车的加速度应适当大一些,在纸带上计数点间的距离大,测量的相对误差较小,B错误;
舍去纸带上密集的点,只利用点迹清晰,点间隔适当的那一部分进行测量,如此测量的相对误差减小,C正确;
适当增加挂在细绳下钩码的个数,既能够打出足够多点,又能够让位移尽量大,利于减小误差.D错误.故选AC.
答案 AC
2.在“探究小车速度随时刻变化的规律”的实验中,算出小车通过各计数点的瞬时速度,为了运算加速度,合理的方法是( )
A.依照任意两计数点的速度,用公式a=Δv/Δt算出加速度
B.依照实验数据画出vt图象,量出其倾角,由公式a=tanα求出加速度
C.依照实验数据画出vt图象,由图象上相距较远的两点所对应的速度、时刻的值用公式a=Δv/Δt算出加速度
D.依次算出通过连续两计数点间的加速度,算出平均值作为小车的加速度
解析 方法A偶然误差大,方法D实际上也仅由初、末两个速度决定,偶然误差也较大,只有利用实验数据画出对应的vt图象,才可充分利用各次测量数据,减小偶然误差.由于在物理图象中,两坐标轴的分度往往是不相等的,依照同一组数据,能够画出倾角不同的许多图线,方法B是错误的,正确的方法是依照图象找出不同时刻所对应的速度值,然后利用公式a=Δv/Δt算出加速度,即方法C正确.
答案 C
3.(2020~2020海南高一段考)如图216所示,是某同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带,纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出,其中x1=7.05cm、x2=7.68cm、x3=8.33cm、x4=8.95cm、x5=9.61cm、x6=10.27cm.
图216
(1)下表列出了打点计时器打下B、D、F时小车的瞬时速度,请在表中填入打点计时器打下C、E两点时小车的瞬时速度(保留三位有效数字).
(2)以A点为计时起点,在坐标图217中画出小车的速度—时刻关系图线.
图217
(3)依照你画出的小车的速度—时刻的关系图线运算出的小车的加速度a=________m/s2.(保留两位有效数字)
解析 vC==0.801m/s,vE==0.928m/s,依照速度—时刻关系图线能够得到图象的斜率即加速度的大小的范畴为0.61~0.66m/s2.
答案
(1)0.801 0.928
(2)如图所示
(3)0.61~0.66
(时刻:
60分钟)
1.在做“探究小车速度随时刻变化的规律”实验时,依照打点计时器打出的纸带,我们能够不利用公式运算就能直截了当得到的物理量是( )
A.时刻间隔B.瞬时速度
C.加速度D.某段时刻内的位移
解析 打点计时器是每隔0.02s打下一个点,因此数点就明白时刻间隔,故A正确.瞬时速度的求解需要运用平均速度的公式,故B错误.加速度求解需要运用公式或利用图象求斜率,故C错误.位移利用刻度尺直截了当测量两点之间的距离.故D正确.故选A、D.
答案 AD
2.关于用打点计时器“探究小车速度随时刻变化的规律”的实验,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.开始实验时小车应靠近打点计时器一端
C.应先接通电源,待打点稳固后再开释小车
D.牵引小车的钩码个数越多越好
解析 打点计时器应固定在长木板上没有滑轮的一端,A错误;
小车开始时靠近打点计时器是为了使小车的运动距离较大,B正确;
若先开释小车后接通电源只能在纸带的后面部分打点,C正确;
钩码个数太少,打点密集,钩码个数太多,打点太少,都会带来实验误差,D错误.
答案 BC
3.在“探究小车速度随时刻变化的规律”实验中,下列说法不正确的是( )
A.纸带上能够每隔任意相同数量的点选取一个计数点
B.使用刻度尺测量长度时,要进行估读
C.作vt图象时,所描曲线必须通过每一个点
D.在数据处理时,常用公式法和图象法
解析 实验中能够每隔任意相同数量的点选取一个计数点,但相隔四个点时取计数点时刻间隔为0.1s,运算时更方便,A对;
使用刻度尺测长度时,要进行估读,B对;
作vt图象时,应使尽量多的点落在线上,离线较远的点大胆舍弃,C错;
数据处理可选择公式法和图象法中的其中一个,D对.
图218
4.如图218所示为同一打点计时器打出的两条纸带,由纸带可知( )
A.在打下计数点“0”至“5”的过程中,纸带甲的平均速度比乙的大
B.在打下计数点“0”至“5”的过程中,纸带甲的平均速度比乙的小
C.纸带甲的加速度比乙的大
D.纸带甲的加速度比乙的小
解析 在打下计数点“0”至“5”的过程中,两纸带所用时刻相同,但甲纸带位移小于乙纸带位移,故v甲<
v乙,A错,B对;
相邻计数点间所用时刻相等,可知甲的速度不变,因此a甲=0,乙的速度变大,a乙≠0,故a甲<
a乙,C错,D对.
答案 BD
图219
5.在《探究小车速度随时刻变化的规律》实验中,更换不同砝码重复三次实验,经数据处理做作三条vt图象,如图219所示,则下列选项正确的是( )
A.三次实验中加速度最大的是图中直线c
B.三次实验中加速度最大的是图中直线a
C.图象为倾斜的直线表示小车的速度恒定
D.图象为倾斜的直线表示小车的加速度恒定
解