第二章 1.实验：探究小车速度随时间变化的规律-【金版新学案】2023-2024学年新教材高一物理必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

1．实验：探究小车速度随时间变化的规律 【学习目标】 学科知识 学科能力 学科素养 1．实验操作中要注意的问题 2．实验数据的处理 1．进一步练习使用打点计时器 2．会利用平均速度求瞬时速度 3．会利用v -t图像处理实验数据，并据此判断物体的运动性质 4．能根据实验数据求加速度 通过实验探究小车的速度随时间变化的规律，了解实验原理、步骤、实验设计方案及数据处理方法，培养学生科学探究能力和科学思维能力，树立物理研究的科学态度 一、实验原理 1．利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点为中间时刻取一小段位移，用这段位移的平均速度表示这点的瞬时速度。 2．用v -t图像研究小车的速度变化规律：以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，用描点法画出小车的v -t图像，图线的倾斜程度表示加速度的大小，如果v -t图像是一条倾斜的直线，说明小车的速度是均匀变化的。 二、实验器材 打点计时器、交变电源、纸带、一端附有滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、坐标纸。 三、实验步骤 1．如图所示，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。 2．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下面挂上适当的槽码，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．把小车停在靠近打点计时器的位置，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行小点，随后立即关闭电源。 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。 四、数据处理 1．测量并记录数据 (1)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0．1 s)取一个计数点进行测量，如图所示(相邻两点间还有四个点未画出)。标明0，1，2，3…，测量各计数点到0点的距离，并记录。 学生用书↓第27页 位置编号 0 1 2 3 4 5 6 … t/s x/m v1/(m·s－1) v2/(m·s－1) v3/(m·s－1) … (2)分别计算出相邻的两计数点之间的距离x1，x2，x3…并填入表中。 (3)利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度计算各点的速度，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…的瞬时速度，填入上面的表格中标有“v1”的一行。 (4)同理，计算增减槽码后两次实验的速度，分别填入表格中标有“v2”和“v3”的两行。 2．作出v -t图像分析运动规律 (1)在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据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，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如图所示。 (3)观察所得到的直线，分析小车的速度随时间的变化规律。 (4)根据v -t图像求出小车运动的加速度a＝。 五、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，立即关闭电源。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)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少。 5．测量各段距离时应尽可能地一次测量完毕。 6．在坐标纸上画v -t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像尽量有效利用坐标纸的面积。 六、误差分析 1．由于相邻两计数点之间的距离x测量不够精确，带来误差。每五个点取一个计数点，可以减小测量误差；小车的加速度应适当大些，可以减小长度的测量误差；不要分段测量各段位移，应尽可能一次测量完毕(可先统一量出各计数点到计时起点之间的距离)，读数时估读到分度值的下一位，可以减小测量误差。 2．电源的频率不稳定使x不稳定，造成误差。 3．长木板粗糙程度不同，摩擦不均匀造成误差。 4．作v -t图像时单位长度选择不合适或人为作图不准确造成误差。 一　教材原型实验 在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中， (1)已知打点计时器的电源频率为50 Hz，则纸带上相邻两点的时间间隔为________s。 (2)从下列选项中选出需要的器材： A．电磁打点计时器 B．天平 C．低压交流电源 D．低压直流电源 E．刻度尺 F．钩码和小车 学生用书↓第28页 G．秒表 H．一端有滑轮的长木板 I．细绳和纸带 选出的器材有AFHI，还需要____。(填字母序号) (3)某同学按照以下步骤进行操作： a．换上纸带重复实