2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 导学案 -2023-2024学年高一上学期物理人教版（2019)必修一第一册

组题人：杨密花 核对人：杨密花 学案 §2.1 实验：练习使用打点计时器测速度和加速度；探究小车速度随时间变化的规律 [学习目标] 1、 练习使用打点计时器，利用打上点的纸带研究物体的运动． 2、 探究小车匀变速直线运动的加速度． 3、 了解系统误差和偶然误差概念，能分析误差的主要来源． 4、 知道有效数字的概念，会用有效数字表达直接测量的结果 5、 能撰写实验报告，对科学探究过程与结果进行交流和反思，体会科学的应用，感知科学的价值。 [导学一] 1、 练习使用打点计时器测速度和加速度 1、 实验目的：练习使用打点计时器，学习利用打上点的纸袋研究物体的运动。 2、 实验器材:电火花计时器 (或电磁打点计时器)、纸带、复写纸片、交流电源、刻度尺、导线． 3、 实验原理： （1）了解打点计时器构造。 ①电磁打点计时器是一种使用_____的计时仪器,工作电压是______,它每隔_______打一次点(交流电频率为50 Hz)。当运动物体拖着纸带运动时，打点计时器便在纸带上打出一系列点，这些点表示和纸带相连的的运动的物体在不同时刻_______和发生相应位移所用的_______,研究纸带上点与点之间的间隔即可了解物体的运动。 ②电火花计时器：它是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示点迹的计时仪器。当接通_______电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在运动纸带上就打下一系列点迹。当电源频率为50 Hz时，它也是每隔0.02 s打一次点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也是0.02 s，电火花计时器工作时，纸带运动时受到的阻力小，比电磁打点计时器实验误差小． 纸带上的点表示了和纸带相连的运动物体在不同时刻的位置．研究纸带上点之间的间隔，就可以了解物体的运动情况． （2）分析纸带可判断物体运动的性质：①若任意相等时间内的位移相等，则物体做匀速直线运动；②若相等时间内的位移不相等，则物体做变速直线运动；③若连续相等时间内的位移差为恒量，则物体做匀变速直线运动，并可由求出加速度(为了减小误差常用逐差法或v－t图象法求加速度)． （3）求加速度的方法： ① 逐差法 如图所示,相邻两计数点间的距离分别为S1、S2 S3…S6 ,两计数点间的时间间隔为T,根据有 ++ 同理 求出 ，，再算出、、的平均值，物体运动的加速度即为 ② v-t图象法 根据，可求得、、.......... 求出各计数点(一般取5个点)的瞬时速度，再作出v－t图象，图线的斜率即为该物体做匀变速直线运动的加速度。 4、实验步骤: （1）固定打点计时器 （2）装好纸带 （3）启动电源 （4）用手水平拉动纸带，让纸带上打出一行小点，随后立即关闭电源 （5）取下纸带 （6）测量 （7）计算: ①测平均速度测出两个点的距离,数出两个点之间有n段时间间隔,则=0.02 n，再用公式 ，即可计算出平均速度； ②测瞬时速度: 用某段时间内的平均速度来粗略的代替这段时间内的某点的瞬时速度所取的时间间隔越短越接近该点的瞬时速度，即根据，可求得、、.......... 求出各计数点的瞬时速度。 4、 注意事项： （1）交流电源的电压及频率应符合要求。 （2）实验前应检查打点的清晰程度，必要时应调节振针的高度、振动片长度或更换复写纸。 （3）先接通电源，后释放纸带。 （4）开始释放小车时应使小车靠近打点计时器；纸带要平直，不要与限位孔产生摩擦。 （5）手拉纸带时，拉动速度不可过小，也不宜过快，以打下的点尽量清晰为标准。 （6）应区分计时器打出的计时点与人为选取的计数点，不必把运动开始打下的第一个点作为开始计量的起点，应从能够看清的某个点开始作为计量起点。 （7）测量某段长度时，不要用短尺分段累积测量，应尽可能地一次测量完毕(可统一量出到计数起点 O 之间的距离);读数时应估读到毫米的下一位。 （8）若出现其余现象以及原因： ①点迹不清晰：可能是墨粉纸盘或复写纸需要更换了，也可能是振针位置过高； ②出现了一条条短线：可能是因为振针位置过低（振针压得过紧）。 ③出现了双点：可能是因为所接电源电压过高，针敲击纸的力量变大,针会弹起来再落下去，于是双点出现。 5、用图象表示速度 （1）建立坐标系，横轴是时间，纵轴是速度，设定合适的刻度，注明单位。 （2）描出的点是要用平滑曲线来“拟合”实验中描出的点，因为各个时刻都有速度，速度随时间是连续变化的，而实验中又不可能把所有时刻的速度都测出来。 （3）严格按实验数据描点，根据点的分布分析速度的变化特点。 [例题] 1.下列说法正确的是（ ） A．我国中学实验室用的打点计时器直接接到实验台的插座上使用，这种打点计时器是电磁打点计时器 B．从减小实验误差的角度