2.1 实验：探究小车速度时间变化的规律 导学案 -2023～2024学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

第二章 匀变速直线运动的研究 2.1 实验：探究小车速度时间变化的规律 一、实验思路 1.测量小车在不同时刻的瞬时速度。 2.实验器材：小车、细绳、槽码、一端附有定滑轮的长木板、打点计时器、纸带、刻度尺。 3.实验原理： ①利用打点计时器打出的纸带上记录的信息，可计算出各时刻的瞬时速度。 ②利用描点作出小车的v-t图像，根据图像判断小车速度随时间的变化规律。 二、进行实验 1.思路：把小车停在靠打点计时器的位置，启动计时器，然后放开小车，让它拖着纸带运动。 2.实验步骤： ①把一端附有定滑轮的长木板放在桌面上，并使定滑轮伸小车纸带打点计时器出桌面，把打点计时器固定在木板上远离定滑轮的一端，连接好电路。 ②把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上数槽码量合适的槽码，然后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。调节滑轮高度，使细绳与木板平行。 ③使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点，小车靠近滑轮时及时使小车停止，随后关闭电源，再用同样的方法(不改变槽码个数)打出两条纸带。从这三条纸带中选择一条点迹最清晰的，记录为纸带Ⅰ。 ④增加一个槽码，按上述方法打出纸带Ⅱ。 ⑤在打纸带Ⅰ的基础上减少一个槽码，仍按上述方法打出纸带Ⅲ。 ⑥实验完毕，整理器材。 三、实验数据处理和记录 1.纸带的选取及测量 ①纸带的选取及测量在三条纸带中选择一条合适的纸带。为了便于测量，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(位置编号为0)。 ②从该点开始，每5个计时点取1个计数点(两相邻计数点中间还有4个计时点)进行测量，如果所用交变电源的频率是50Hz，则两相邻计数点间的时间间隔T=0.1s。 2.瞬时速度的计算 ①正确使用毫米刻度尺测量每个计数点与计时起点间的距离，再得出每相邻两个计数点间的距离，如图所示。 ②由于各计数点的时间间隔比较短，可以用平均速度来代替瞬时速度。即·， 然后将各计数点对应的时刻与求出的瞬时速度填入设计的表格中。 计数点序号 0 1 2 3 4 5 6 时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 速度v/m·s-1 0.14 0.23 0.34 0.43 0.52 0.63 0.72 四、作v-t图像 五、实验结论 实验得到小车运动的v-t图像是一条倾斜的直线，那么当时间变化相同的值△t时，速度也会增加相同的值△v。可以得出结论：小车的速度随时间均匀增加(或变化)。 六、利用纸带求物体的加速度 1.多次测量取平均减小误差：多个a取平均。 2.逐差法：跳格减，求平均 3.图像法： 【典型例题】 题型一、实验过程分析 1.某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”时，用电磁打点计时器记录纸带运动的时间。该同学实验所用的电源是（ ） A.约8V的交变电源 B.约8V的直流电源 C.220V的交变电源 D.220V的直流电源 2.在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，下列说法中错误的两项是（ ） A.在释放小车前，小车应紧靠在打点计时器处 B.应先接通电源，待打点计时器开始打点后再释放小车 C.要在小车到达定滑轮前使小车停止运动 D.使用刻度尺测量长度时，不必估读 E.作v-t图像时，所描曲线必须经过每一个点 3.在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，按照实验进行的先后顺序，将下列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的后面 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，先接通电源，再放开小车，让小车运动 F.把一条细线拴在小车上，细线跨过定滑轮，下边吊着数量合适的槽码 G.断开电源，取下纸带 题型二、利用纸带处理实验数据 1.某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，其相邻点间的距离如图所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.10s。 (1)试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下B、C、D、E、F，5个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填在下列横线上。(结果保留三位有效数字) (2)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在如图所示的坐标纸上，并画出小车的速度随时间变化的关系图像。 (3)根据第(2)问中画出的v-t图像，求得小车运动的加速度为 m/s2。(结果保留两位有效数字) 题型三、等效替