2014年秋高中物理必修一（新人教版）：第二章第1节实验：探究小车速度随时间变化的规律课时学案

第1节 实验：探究小车速度随时间变化的规律
1.巩固打点计时器的使用、纸带数据处理和测量瞬时速度的方法。
2.通过实验探究，体验如何从实验中获取数据，学会利用图像处理实验数据的科学方法。
3.知道小车在重物牵引下运动速度随时间变化的规律。
1.实验目的：探究 的规律。
2.实验器材：电磁打点计时器是一种使用 ( http: / / www.21cnjy.com ) (选填“交流”或“直流”)电源的 仪器，它的工作电压是 V。当电源频率是50 Hz时，它每隔 s打一次点。
3.实验步骤：
(1)把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，将 固定在长木板上远离滑轮的一端。
(2)将细绳拴在小车上，绕过定滑轮，下面挂 ( http: / / www.21cnjy.com )上适当的 ，放手后，看小车能否平稳加速滑行。把 穿过打点计时器，连在小车的后面。
(3)把小车停在靠近 的位置，先 ，后 ，小车在钩码的牵引下拖着纸带运动。打点计时器在纸带上打下一行小点，随后关闭电源。
(4)换上新纸带，重复操作两次。
4.处理数据：
(1)在三条纸带中选择一条 ( http: / / www.21cnjy.com )打点清晰的，为了便于测量，舍掉开头一些过于 的点迹，找一个适当的点当成计时的起点，每5个间隔选取一个计数点，则两个计数点间的时间间隔为 s。
(2)若所用电源频率是50 Hz，如图2-1-1所示中纸带(每两个点间还有四个点未画出)，从点到点历时 s，位移为 m，这段时间内纸带运动的平均速度是 m／s。段的平均速度是 m／s，点的瞬时速度是 m／s。
图2-1-1
(3)作速度—时间图像：以 为纵轴，以 为横轴，建立直角坐标系，根据数据在直角坐标系中描点。如果小车运动的图像是一条过原点的倾斜直线，说明小车运动速度随时间 。
1.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，按照实验进行的先后顺序，将下述步骤的代号填在横线上 。
A.把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面
B.把打点计时器固定在长木板没有滑轮的一端，并连好电路
C.换上新的纸带，再重复做两次
D.把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面
E.使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动
F.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码
G.断开电源，取出纸带
2.(多选)在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，关于仪器的使用操作，下列说法中正确的是( )
A.木板不能一端高一端低
B.在释放小车前，小车应靠近打点计时器
C.应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车
D.要在小车快要到达定滑轮时使小车停止运动
3.(多选)用打点计时器研究小车速度随时间变化规律的实验，下列说法中正确的是( )
A.通过调节，应使小车、纸带、拉线和定滑轮上边缘在一条直线上
B.开始实验时小车应靠近打点计时器
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.(多选)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法中对于减小实验误差有益的是( )
A.选取计数点，把每打五个点的时间间隔作为一个时间单位
B.使小车运动的加速度尽量小些
C.舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰、点间间隔适当的那一部分进行测量、计算
D.选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验
一、实验目的和探究原理
1.小车在重物牵引下运动，如何确定小车的速度随时间变化的规律？
2.结合上一章所学请想一想，中学阶段在实验室中可通过怎样的工具和方法测定和分析速度变化规律？
二、用打点计时器测小车的速度所需实验器材及实验步骤
1.实验仪器：
2.实验步骤：
例1 在探究小车速度随时间变化规律的实验中，某同学操作实验步骤如下。
A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，并接好电路
B．将打点计时器固定在水平板上跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码
C．把小车停在靠近打点计时器处放开纸带，再接通电源
D．取下纸带
E．将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在水平板上做匀速运动
F．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔
其中有错误或遗漏的步骤(遗漏步骤可编上序号G、H……)，请将以上步骤完善，并写出合理的步骤顺序。
三、数据处理
1.怎样选取纸带和分析纸带上的点？
2.如何求出各计数点的瞬时速度？请设计表格处理数据。
3.求出各点速度后，怎样分析和利用这些数据，找到小车速度的变化规律？
4.从作出的图上可以看出，小车的速度随时间怎样变化？
5.如何根据速度—时间图像(图像)求小车的加速度？
例2 在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，图2-1-2给出了从0点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6都为计数点。测得=1.40 cm，=1.90 cm，=2.38 cm，=2.88 cm，=3.39 cm，=3.87 cm。
图2-1-2
那么：
(1)在打点计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为= cm/s，= cm/s，= cm/s，= cm/s，= cm/s。
(2)在平面直角坐标系中作出速度—时间图像。
(3)分析小车运动速度随时间变化的规律。
例3 在研究物体速度随时间变化规律的 ( http: / / www.21cnjy.com )实验中，如图2-1-3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，相邻计数点间的时间间隔T＝0.1 s。
( http: / / www.21cnjy.com ) ( http: / / www.21cnjy.com )
图2-1-3 图2-1-4
(1)根据 可计算各点的瞬时速度，可得= m/s，= m/s，= m/s。
(2)在图2-1-4所示坐标中画出小车的图线，并根据图线求出a= 。
(3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度为 ，此速度的物理意义是 。
四、实验的注意事项
1.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。
2.先接通电源，等打点稳定后，再释放小车。
3.取下纸带前，先断开电源。
4.要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时用手制动。
5.牵引小车的钩码个数要适当，以免 ( http: / / www.21cnjy.com )加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小，而使各段位移无多大差别，从而使测量误差增大，以能在50 cm长的纸带上清楚地取得六七个计数点为宜。
6.要区别打点计时器打出的点与人为 ( http: / / www.21cnjy.com )选取的计数点，一般在纸带上每五个点取一个计数点，即时间间隔为T＝0. 02×5 s＝0.1 s。要舍掉开头过于密集的点，这样误差小。
7.在坐标纸上画图像时，注意坐标轴单位长度的选取要适当，应使图线尽量分布在较大的坐标平面内。
1.在探究小车速度随时间变化规律的实验中，下列哪些器材是本实验必需的 。
①打点计时器 ②天平 ③低压直流电源 ④细绳 ⑤纸带 ⑥小车 ⑦钩码 ⑧秒表 ⑨一端有滑轮的长木板
为达到实验目的还需要的器材是 。
2.(多选)在实验“探究小车速度随时间变化的规律”中，我们采用的正确方法是( )
A.舍掉开头过于密集的点，找一个适当的点当成计时起点
B.为了实验精确，选取纸带上第一个点做计时起点
C.每相邻计数点的时间间隔只能取0.1 s
D.每相邻计数点的时间间隔可视打点密度而定，可取0.02 s、0.04 s…… QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) ×0.02 s
3.在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中 ( http: / / www.21cnjy.com )，打点计时器使用的交流电的频率为50 Hz，记录小车运动的纸带如图2-1-5所示，在纸带上选择0、1、2、3、4、5这6个计数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出，纸带旁并排放着带有分度值为1 mm的刻度尺，零点跟“0”计数点对齐，由图可以读出三个计数点1、3、5跟0点的距离填入下表中。
图2-1-5
距离
测量值／cm
计算小车通过计数点“2”的瞬时速度为= m/s。小车的加速度a= 。
1.选择纸带上的点时为什么要舍弃纸带开始一段过于密集的点迹？
2.怎样测量纸带数据误差小？
3.某组同学实验过程中将固定打点计时器一端的木板垫高，使木板有一倾斜角度，是否对实验结果有影响？画出的图像有什么不同？
自我检测参考答案
1.DBAFEGC 2.BCD 3.ABC 4.AC