(教案)第2章 1 实验：探究小车速度随时间变化的规律-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理必修第一册(人教版2019)

1　实验：探究小车速度随时间变化的规律 【知识储备】 1．打点计时器 打点周期一般为0.02 s。 2．质点通过两点间的位移为Δx，所用时间为Δt，则根据公式v＝求出这两间点的平均速度，当Δt很小时，可认为是瞬时速度。 3．加速度的定义式：a＝＝。 4．在v­t图像中，图线的斜率表示加速 度。 【实验目的】 1．进一步练习使用打点计时器。 2．能从纸带上获取实验数据计算各点的瞬时速度。 3．学会用图像法处理实验数据，并能根据v­t图像描述小车运动速度随时间的变化规律。 【实验思路】 1．瞬时速度的求法：计算打各计数点时小车的速度， 应在计数点附近取一段很短的时间Δt，用Δt内的平均速度作为打该计数点时小车的瞬时速度。 2．小车速度随时间变化的探究方法：用描点法画出小车的v­t图像，图线的斜率大小表示加速度的大小，如果v­t图线是一条倾斜的直线，说明物体的速度是均匀变化的。 【实验器材】 打点计时器、学生电源、复写纸、纸带、导线、一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、坐标纸。 【进行实验】 1．按图所示，把一端带有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面。把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。 2．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过定滑轮，下边挂上合适的槽码。把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面。 3．把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源后释放小车，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，随后立即关闭电源，取下纸带。 4．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。 【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．打点完毕，应立即关闭电源。 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。 5．在坐标纸上画v­t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像大致从坐标纸的左下延伸到右上。 　　 　　实验思路与操作 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中： (1)实验室提供了以下器材：电火花计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、刻度尺、交流电源、秒表、弹簧测力计。其中在本实验中不需要的器材是____________________。 (2)实验中甲同学写出了如下实验操作： A. 在桌面上放好长木板，在无滑轮的一端固定电火花计时器，用导线将电火花计时器接到8 V交流电源上 B. 将纸带固定在小车上，并使纸带穿过电火花计时器的限位孔 C. 将细绳的一端拴在小车上，细绳的另一端跨过木板上的定滑轮挂上槽码，将小车放在木板上靠近电火花计时器的一端 D. 放开小车，让小车运动后再闭合开关，使电火花计时器打点 E. 纸带全部通过后断开开关，取下纸带，测量和分析纸带 乙同学检查了甲同学拟定的实验操作，发现有两处错误。请你代乙同学纠正甲同学的错误： 错误1：______________________________________________； 错误2：______________________________________________。 [自主解答] 解析：(1)时间可以由纸带上的点数和打点频率算出，故不需要秒表；测量的是位移等运动学量，与力无关，故不需要弹簧测力计。 (2)错误1：A中应将电火花计时器接到220 V交流电源上。错误2：D中应先闭合开关再放开小车。 答案：(1)秒表、弹簧测力计　(2)见解析 　　 　　实验数据分析与误差分析 如图甲所示，某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点的时间间隔为T＝0.10 s，其中x1＝7.05 cm，x2＝7.68 cm，x3＝8.33 cm，x4＝8.95 cm，x5＝9.61 cm，x6＝10.26 cm。 (1)求计数点3的瞬时速度的大小； (2)在图乙中作出小车运动的速度－时间图像，由图像求小车运动的加速度大小。 　 甲　　　　　　　　　　　　乙 [自主解答] 解析：(1)计数点3的瞬时速度大小 v3＝＝ m/s＝0.86 m/s。 (2)同理可求 v1＝＝ m/s＝0.74 m/s v2＝＝ m/s＝0.80 m/s v4＝＝ m/s＝0.93 m/s v5＝＝ m/s＝0.99 m/s 以纵轴表示速度，横轴表示时间，描点连线如图所示。 由图像可以看出，小车的速度随时间大致均匀增加，其运动的加速度可由图线求出，即 a＝＝0.63 m/s2(0.62～0.64 m/s2均可)。 答案：(1)0.86 m/s　(2)见解析图　0.63 m/s2(0.62～0.64 m