2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程物理必修第一册同步学习指导(人教版2019)

第二章!匀变速直线运动的研究 !" ?@ABCDE45F'(,-0GH ! !"#$%& 素养目标 学习重点 物理观念进一步练习使用打点计时器$ 科学思维 !""会利用平均速度求瞬时速度$ !#"会利用.:%图像处理实验数据#并据此判断物 体的运动性质$ !$"能根据实验数据求加速度$ !""实验步骤$ !#"纸带的数据分析 瞬时速度的求解# 作.:%图像#求加速度{ $ 实验要点梳理 系统学习!落实新知 !!!!!!!!!!! ! !!!!! . ^_`a !!!!)一端附有定滑轮的长木板)!!!!)纸带)细绳)槽码) !!!!)导线)交流电源" !! / ^_b.Ecd "!利用打点计时器所打纸带的信息!代入计算式. $ 9!!!!!即用以$ 点为中心的一小段时间间隔的平均速度代替$点的瞬时速度" #!用描点法作出小车的.:%图像!根据图像的形状判断小车的运动性 质!若所得图像为一条倾斜直线则说明小车的速度是!!!!变化的" $!利用.:%图像求出小车的!!!!" !! 0 ^_ef "!如图所示!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!打 点计时器固定在长木板上没有滑轮的一 端!连接好电路" #!把一条细绳拴在小车上!使细绳跨 过滑轮!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" $!把小车停在靠近!!!!的位置!细绳下面挂上槽码" " "思考# %!先!!!!!后!!!!!让小车拖着纸带运动!打点计时器就在纸带 上打下一行小点!随后!立即关闭电源" 0!增减所挂的槽码#或在小车上放置重物$!更换纸带!再做两次实验" .!整理好实验器材" " "理解# "思考# 释放小车前!小车为 什么停靠在靠近打点 计时器的位置" 提示!为了使纸带上 打出尽可能多的点 "理解#实验步骤速记 6ÕÖ×IJ;” Ø9 Ù a] Ù  Ù ²ÚÃØÛb Ù Üt 6Õ Ù CÒhiO #%' "思考# 如何测量计数点之间 的长度! 误差会更 小些" 提示!先对计数点进 行编号再测距离" 测 量长度时不要用短刻 度尺分别测量相邻两 个计数点之间的长 度!最好用长刻度尺 对齐各计数点#不移 动尺子$读出各计数 点与*点之间的距 离!这样可以避免测 量误差的积累" !! 1 Hgh. "!测量并记录数据 #"$选择一条比较理想的纸带!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#*点$!可选择每0个点#相隔*!" 1$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$" 标明*!"!#!$!-!测量 各计数点到*点的距离: " !: # !: $ !-" 位置编号 * " # $ % 0 . - %21 * *!" *!# *!$ *!% *!0 *!. . " 2#2(1 :" $ , . # 2#2(1 :" $ , . $ 2#2(1 :" $ , - , !!##$分别计算出相邻的两计数点之间的距离& " !& # !& $ !-" #$$各计数点对应的瞬时速度用很短时间内的平均速度来代替!一般用 . $ 9!!!!计算" 将求得的各计数点"!#!$!%!0!.的瞬时速度填入表格中 标有&. " '的一行" #%$同理!计算增减槽码后两次实验的速度!分别填入表格中标有&. # '和 &. $ '的两行" " "思考# #!作.:%图像 #"$定标度*坐标轴的标度选取要合理!应使图像大致分布在坐标平面 中央" ##$描点*描点时要用平行于两坐标轴的虚线标明该点的位置坐标#所描 的点一般用&('标明$" #$$连线*用一条平滑的曲线或直线&拟合'这些点" 仔细观察所描各点的分布情况" 用一条直线&拟合'这些点!即让所画的 直线连接尽可能多的点!不能连接的点应均匀分布在直线两侧!舍弃离直线 较远的点" $!图像分析和加速度的计算 #"$如果画出的.:%图像是一条倾斜的直线!说明小车做速度均匀变化 的直线运动" 图像和纵坐标轴的交点表示开始计时时小车的速度,,,初 速度" ##$根据.:%图像求出小车运动的加速度3 9#. # % " #%( !! 2 BCDi "!木板的粗糙程度不同!摩擦不均匀" #!两点间距的测量有误差!造成计算出的瞬时速度有误差" $!作.:%图像时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差" !! 3 jklm "!开始放开小车时!应使小车靠近打点计时器" #!先启动打点计时器!等打点稳定后!再放开小车" $!打点完毕!立即关闭电源" %!选取一条点迹清晰的纸带!舍掉开头点迹密集部分!选取适当的计数 点#注意计数点与计时点的区别$!弄清楚所选的时间间隔-等于多少" 0!不要分段测量各段距离!应尽可能地一次测量完毕#可统一量出各计 数点到计时起点的距离$" .!在坐标纸上画.:%图像时!注意坐标轴单位长度的选取!应使图像大 致布满坐标纸" " "拓展# 经典题型剖析 教材实验!及时巩固 2345 实验器材及实验步骤 例"!在&探究小车速度随时间变化的规律'的实验中* #"$从下列给出的器材中选出需要的器材" &!电磁打点计时器!'!天平!(!低压交流电源!)!低压直流电源 B!细绳和纸带!G!钩码和小车!H!秒表!@!一端有滑轮的长木板 I!刻度尺 选出的器材有&BG@!还需要!!!!" ##$某同学按照以下步骤进行操作* 7!换上纸带重复多次!选择一条较为理想的纸带+ J!将打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端!接上电源+ =!把小车停在靠近打点计时器的地方!先放开小车!再接通电源+ K!断开电源!取下纸带+ L!把一条细绳拴在小车前端!绳跨过滑轮挂上钩码!把纸带固定在 小车后端并让纸带穿过打点计时器的限位孔" 以上步骤有错误的是!!!!#填步骤前的字母$!应更正为!!! !!!!!+步骤合理的顺序是!!!!#填步骤前的字母$" 2365 实验原理-数据处理和误差分析 例#!'#*#%,湖北武汉高一阶段练习(在&探究小车速度随时间变化的规律' 的实验中!某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图甲所示!并 在其上取了")#)')()0)1);共/个计数点#每相邻两个计数点间还有 %个点没有画出$!电火花计时器接##* ?)0* @A交流电源" 他经过测量 并计算得到电火花计时器在打#)')()0)1各点时小车的瞬时速度如 下表* 对应点 # ' ( 0 1 速度#2E1$ *!"%" *!"-0 *!##* *!#0% *!$*" "拓展# 6ÕÝrÞzW2 S T³ßà?WCN4 † ' < á 4 ¨ ) CÒö 提示!牵引小车的槽 码质量以"** M左右 为宜" 若用到"0* M 时!由于加速度大!纸 带上点迹较少!不能 满足以*!" 1为时间 间隔选取. 组以上数 据的要求" 解决办法!若用"0* M 槽码时!打出的纸带 计数点之间的时间间 隔可取至*!*- 1或 *!*. 1!从而满足选取 .组以上数据的要求" #%) "规律方法#数据处理 的规范要求 !!"ânvãW2 L]dh‚WWN? WCN2 ä‚WCN T½)W½½à =O !""Ã\ôõã) Ӌ ¸ ³ @ Ô Õ õ 52 ¹dåCÒõc |ôõÈa2 ºd¬ »n¸2 Ônh¿2 -1ÕaO !#"SwôõÈa )CÒN-ξ|L ånê¨2 z:êW ßm½IYƒ)N¾ |nê¨2 X|nê ¨)Nߛ¬h¿| nêŒÀÚSw:ê RÁê2 d‘šÄ) Áꏐ NO ! !! #"$设电火花计时器的打点周期为-!计算. 1 的公式为. 1 9!!!!+ ##$根据表中的数据!以"点对应的时刻为%9*!在图乙所示坐标系中合理 地选择标度!作出.:%图像+ #$$利用该图像求得小车的加速度3 9!!!!2E1#+#结果保留#位有效 数字$ #%$如果当时电网中交变电流的电压变成#"* ?!而做实验的同学并不知 道!那么加速度的测量值与实际值相比!!!!#选填&偏大'&偏小' 或&不变'$" 如果当时电网中交变电流的频率是,90" @A!而做实验 的同学并不知道!那么加速度的测量值与实际值相比!!!!#选填 &偏大'&偏小'或&不变'$" " "规律方法# 创新实验提升 方法迁移!细研深究 n'oO5 ApGqrst& .:% KL 请同学们认真完成练案!/" #%* 章末整合 素养提升 实验原理与设计 1.+4 2.均匀3.加速度 知识网络构建 2T 质量模型大小和形状参考地面或相对地面静止的物 实验步骤 体点线段位置变化初位置运动轨迹 单方向直线3.打点计时器4.接通计时器电源释放小车 比值出 m/位置变化快慢 数据处理 4 专位移出 变化藏出 1.花+ mg速度变化快慢相同相反位移 2T 经典题型剖析 速度大小和方向速度加速度大小方向交流计时 例1：(I)CI(2)e先接通电源.再放开小车becda 很小 解析：(1)除了已经选择的器材外，还需要低压交流电源用于 给电磁打点计时器供电，用刻度尺测量纸带上各点之间的距 高考真题专练 离，故选C 1,B研究甲图中排球运动员扣球动作时，排球的形状和大小不 (2)步骤有错误的是©，实验中为了能够在长度有限的纸带上 能忽略，故不可以看成质点，故A错误：研究乙图中乒乓球运 尽可能多地族取数据，应先接通电源，再放开小车。正确的实 动员的发球技术时，要考虑乒乓球的大小和形状，则乒乓球不 验步骤是：固定器材连接+接通电源，打纸带→衡开电源， 能看成质点，故B正确：研究丙图中羽毛球运动员回击羽毛球 取纸带一重复实验，选取纸带。所以步骤合理的颗序是 动作时，羽毛球大小不可以忽略，故C错误：研究丁图中体操 beeda 运动员的平衡木动作时，运动员身体各部分有转动和平动，各 部分的速度不可以视为相同，故D错误。故选B。 0:(1)4-4 10T (2)见解析(3)0.40(4)不变偏小 2.C“神舟十五号”飞船和空间站“天和”核心舱成功对接后， 解析：(1)电火花计时器接220V,50Hz交流电源。则有打点 在轨绕地球做圆周运动，选地球为参考系，二者都是运动的 周期T=0.02“,每相邻两个计数点何还有4个点没有画出， AB错误：“神舟十五号”飞船和空间站“天和”核心舱成功对 则相邻两计数点的时问阿隔为5T,由中同时刻的瞬时速度等 接后，二者相对静止，C正确.D错误。故选C。 3.C根据位移概念可知，该次作业中小车相对地面的位移为 于平均速度，可得打F点时的速度公式为，=二 2×57 x=√x,+x2=√8+6m=10m,故选C do -da 4.D由题意可知从0到N处的路程为w=saw+sww=585m =10T +304m=889m,故A错误：位移的大小为两点之间的直线距 (2)由题表中的数据在图乙所示坐标系中描点画图。如图 离.O、M,N三点大致在一条直线上，则从0到N处的位移大 所示。 小为xav=xm+xux=463m+234m=697m,故B错误：平均 速率为路程与时间的比值，故从0行驶到M处的平均速率为 m-密-米/天-90米/天，故C错讽：平均连度大小 为位移与时间的比值，则从M行驶到N处的平均速度为 、="=米/天10米/天，故D正确。故选D。 5.A因电梯上升，由速度图像可知，电梯加速上升的时间段为 20.0s到30.0$。故选A。 6.BDA图是速度图像，由图可知，甲的速度一直大于乙的速 0.10.2030.40506m 度，所以中途不可能出现甲乙船头并齐，故A错误：B图是速 (3)由"-1图像的斜率表示加速度，可得小车的加速度为a= 度图像，由图可知，开始丙的速度大，后来甲的速度大，速度图 像中图像与横轴围成的面积表示位移，由图可以判断在中途 △p-0.301-0.1m/g=0.40m/2 4 0.5 甲丙位移会相同，所以在中途甲丙船头会并齐，故B正确：C (4)当电网中交变电流的电压变成210V,而交流电的频率没 图是位移图像，由图可知，丁一直运动在甲的前面，所以中途 变，打点周期不变，则不会影响加速度的测量值，因此加速度 不可能出现甲丁船头并齐，故C错误：D图是位移图像，交点 的测量值与实际值相比不变。 表示相遇，所以甲戊在中途船头会并齐，故D正确。故选BD 电网中交变电流的频率是f=51k时，由T=子=分< 第二章匀变速直线运动的研究 0.028 可知打点周期变小，测量时仍按T=0.02s计算，则测量值与 1.实验：探究小车速度随时间变化的规律 实际值相比偏小。 实验要点梳理 创新实验提升 实验器材 例3：见解析 打点计时器小车刻度尺 解析：(1)由题图中所标纸带每段位移关系可知，在相邻相等 262 时问内的位移差近似相等，考也误差原因后，可近做认为△x=:4.(1)B(2)CDBA(3)0.55(4)C 8 cm 解析：(1)电火花计时器是使用220V交流电源的计时仪器， (2)以题图中的x轴作为时间轴，以纸带的宽度表示相等的时 电磁打点计时器的工作电压为交流8V,当电源的频率为 问问隔T=0.1,每段纸带最上端中点对应轴上的速度用 50Hz时，它每隔0.02s打一个点，故A、C错误，B正确：使用 来素示每段时问的中问时刻的骑时速度，即。=宁，西此可 它们时必须先接通电派，再放开小车拖动纸带，故D错误。 (2)实验步聚要遵循先岁装器材后进行实验的原则进行。先 以用纸带的长度表示每小段时间的中间时刘的瞬时速度，将 将电火花计时器插头插入相应的电源插室，再将纸带从墨粉 纸带上端中点连接起来，可得到小车的「一【图像，如图所示。 (注意横轴和纵轴物理量的单位) 纸盘下面穿过打点计时器，然后接通开关，听到放电声，放开 小车施动纸带运动，小车御将通过长木板时，及时关闭电火花 410m,3) 61.5 计时器，即正确步骤的顺序是CDBA。 535 (3)小车缴加速直线运动，A点的瞬时速度可用A点前后两计 45.5 37.5 数点间的平均速度表示，故，=1.0+12)×10m 2×0.02s 30.5 22.5 =0.55m/s (4)在处理实验数据时，如乘只使用其中两个数据，可能会造 0 2345610) 成较大误差：也可以根据实验数据福出即-1图像，由图像上相 (3)利用图像的斜率可以求得小车的加速度a=8m/s2。 更较远的任意两点所对应的建度及时间，用公式口一出算出 练案[7] 加速度，误差较小，故A,D铝误，C正确：同一运动中，若图像 1.C实验前应使拉小车的细线与长木板的板面平行，故A说 纵坐标和横坐标的单位长度不同，图像与横轴的共角不同，所 法正确：在释放小车前，小车应靠近打点计时器，故B说法正 以不能用a=tan0求加速度，故B错误 确：实验时应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小 5.(1)B(2)3.001.35(3)A 车，故C说法错误：要在小车到达定滑轮前使小车停止运动， 解析：(1)纸带应穿过打点计时器的限位孔，压在复写纸下面， 故D说法正确 B穿法正确 2.(1)电压不应选2V,应选8V (2)由题图乙可知，B点的读数为：3.00cm,A,C之间的距离 (2)导线不应接直流输出，应接交流输出 为：xc=5.90cm-0.50cm=5.40m.根据速度均匀变化的 (3)小车不应放在靠近滑轮处，应放在靠近电磁打点计时器处 直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以 解析：电燕打点计时器使用的是交流电源，工作电压约为8V。 求出B点醉时建度的大小为：m=禁：5,4X0产 2T 2×0.02 m/s 同时为了使纸带充分利用，应该使小车嘉近电磁打点计时器， 而不是靠近滑轮。 =1.35m/5 3.(1)乙(2)乙(3)2.64见解析12.6m/82打A点时 (3)描绘图像时取坐标单位的时候不能随意，要使得大部分点 小车的速度 落在整个坐标区域中，描完点后，先大致地判断这些点是不是 解析：(1)电大花计时器利用电火花和墨粉打点，题图2中乙 在一条直线上，然后蹈一条直线，让这些点均匀地散落在这条 是电火花计时器，甲是电磁打点计时器。 直线的两侧，故A正确，B、C,D错误 (2)电磁打点计时器是使用交流电源的计时仪器，所以接线正 确的是题图3中的乙。 2.匀变速直线运动的速度与时间的关系 (3)打C点时小车的乘时速度等于BD段的平均速度，打C点 探究点1匀变速直线运动及”-t图像 时小车的瞬时速度e=(60.30-7.50)×102 m/s= 基础梳理 0.2 1.不变2.倾斜3.均匀增大均匀减小 2,64m/s。作出小车的：-1图像如图所示。由图线斜率可求 判断正误 得小车的加速度a==390-38m?=12.6m,将图 △ 0.2 (1)×(2)V(3)×(4)× 线延长与纵轴相交，交点纵坐标的物理意义是打A点时小车例：B。一‘图像的斜率表示加速度，根据图像可知，质点在 的速度。 0~2内做匀加速直线运动，在2~4s内做匀速直线运动，在 4m-8j 4一5s内做匀减速直线运动，在前5。内，加速度发生了改变， 因此在前58内质点做的不是匀变速直线运动，在0~28内 加速度桓定，质点做匀变速直线运动，A错误，B正确：3s末 质点的速度大小为4m/s,速度为正值，方向与规定的正方向 相同.C错误：-：图像的斜率表示加速度，根据图像可知，2 -4s内质点的加速度为0，质点做匀速直线运动，D带误。 0.1 0.20.3 跟踪训练1：B匀变速直线运动的-1图像是倾斜直线，A项 -263