高中物理 2.1 实验 探究小车速度随时间的变化规律导学案 新人教版必修1

高中物理 2.1 实验 探究小车速度随时间的变化规律导学案 新人教版必修1

第二章 匀变速直线运动的研究
§2.1实验：探究小车速度随时间的变化规律
学习目标
知识与技能
1．根据相关实验器材，设计实验并熟练操作．
2．会运用已学知识处理纸带，求各点瞬时速度．
3．会用表格法处理数据，并合理猜想．
4．巧用v- t图象处理数据，观察规律．
5．掌握画图象的一般方法，并能用简洁语言进行阐述．
过程与方法
1．初步学习根据实验要求设计实验，完成某种规律的探究方法．
2．对打出的纸带，会用近似的方法得出各点的瞬时速度．
3．初步学会根据实验数据进行猜测、探究、发现规律的探究方法．
4．认识数学化繁为简的工具作用，直观地运用物理图象展现规律，验证规律．
5．通过实验探究过程，进一步熟悉打点计时器的应用，体验瞬时速度的求解方法．
情感态度与价值观
1．通过对小车运动的设计，培养学生积极主动思考问题的习惯，并锻炼其思考的全面性、准确性与逻辑性．
2．通过对纸带的处理、实验数据的图象展现，培养学生实事求是的科学态度，能使学生灵活地运用科学方法来研究问题、解决问题、提高创新意识．
3．在对实验数据的猜测过程中，提高学生合作探究能力．
4．在对现象规律的语言阐述中，提高了学生的语言表达能力，还体现了各学科之间的联系，可引申到各事物间的关联性，使自己融入社会．
5．通过经历实验探索过程，体验运动规律探索的方法．
课前预习
1.实验目的：探究小车的 随 变化的规律，学习运用实验研究物理运动规律的方法。
2.实验原理：是利用 打出的纸带上记录的数据来探究小车的运动规律。
3.实验器材：打点计时器、一端附有 的长木板、小车、低压_______电源、纸带、细绳、 、 、钩码
4.实验步骤：
①把一端附有定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无定滑轮的一端，连接好电路；
②把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器的限位孔，放在复写纸的下方，将另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，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，打完一条纸带后立即关闭电源。换上新纸带，重复实验三次．
5.数据处理：从三条纸带中选择一条最 的，舍掉开头一些过于 的点迹，找一个适当的点作为__________，选择相隔____s的若干计数点，测量出各计数点间的距离，用第一章中的方法算出各计数点的瞬时速度，填入自己设计的表格。
6.作v- t图：以速度v为_____轴、时间t为______轴建立直角坐标系，根据实验中的v、t数据在坐标系中描点，找出点的分布规律．
7.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，计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源；
③要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时用手按住它；
④牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小而使各段位移无多大差别，从而使误差增大。加速度的大小以能在60cm长的纸带上清楚地取得六七个计数点为宜；
⑤要区别计时器打出的点和人为选取的计数点，一般在纸带上每5个点取一个计数点，间隔为0.1 s ．
预习评价
1.使用电磁打点计时器时，纸带应穿过________，复写纸应套在________上，并要放在纸带的_______面．
2.当纸带与运动物体连接时,打点计时器在纸带上打出点迹,下列说法正确的是（ ）
A. 点迹记录了物体运动的时间
B. 点迹记录了物体在不同时刻的位置或某段时间内的位移
C. 点迹在纸带上的分布情况反映了物体的形状
D. 点迹在纸带上的分布情况反映了物体的运动情况
3.在探究小车速度随时间变化的规律的实验中，按照实验进行的先后顺序，将下述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后面
B．把打点计时器固定在木板的没有滑轮的一端，并连好电路
C．换上新的纸带，再重做两次
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，接通电源，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，下边吊着合适的钩码
G．断开电源，取出纸带
4.在下列给出的器材中，选出“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中所需的器材并填在横线上（填序号）．
①打点计时器 ②天平 ③低压交流电源 ④低压直流电源 ⑤细线和纸带⑥钩码和小车 ⑦秒表 ⑧一端有滑轮的长木板 ⑨刻度尺
选出的器材是
5.某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，算出小车经过各计数点的瞬时速度如表格中所示：
计数点序号 1 2 3 4 5 6
计数点对应时刻（s） 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
通过计数点的速度（m/s） 44.0 62.0 81.0 100.0 110.0 138.0
请作出小车的v- t图象，并分析运动特点．

评价等级:【 】
课程导学
1.要想探究一个物体随时间变化的规律，必须知道物体在一系列不同时刻的速度，如何知道物体在不同时刻的速度？用什么仪器测？ 该仪器的使用方法？

2.用打点计时器测小车的速度所需哪些实验器材、实验步骤？实验中应注意哪些问题？

3.如何选取和分析纸带上的点？

4.如何计算所取计数点小车所对应的速度？
5.如何处理计算出来的数据？如何根据v、 t的数据作出物体运动的速度-时间图象（v- t图象）？

6.如何根据速度—时间图象（v- t图象）求小车的加速度和初速度？

难点突破
例1：在探究小车速度随时间变化规律的实验中，得到一条记录小车运动情况的纸带，如图2-1-1所示．图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点的时间间隔为T＝0.1 s．
(1)根据纸带上的数据，计算B、C、D各点的速度，填入表中．
(2)在坐标纸上作出小车的v- t图象．

图2-1-1

例2：在研究匀变速直线运动的实验中，算出小车经过各计数点瞬时速度如下表所示：

为了计算加速度，最合理的方法是 ( )
A. 根据任意两计数点的速度用公式a=Δv/Δt算出加速度

www.ff70.com B．根据实验数据画出v- t图，量出其倾角，由公式a＝tana求出加速度
C．根据实验数据画出v- t图，由图线上相距较远的两点所对应的速度、时间，用公式a=Δv/Δt算出加速度
D．依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度
例3：某实验小组用打点计时器探究小车运动情况，用打点计时器记录小车运动的时间，计时器所用电源的频率为50 Hz，图2-1-2所示是与小车相连的纸带上记录的一些点，在每相邻的两点之间都有四个点未画出.用米尺量出A点距离B、C、D、E各点的长度如图上标度.该小组同学在教师的帮助下，设法算出了A、B、C、D、E各点的瞬时速度分别为（单位：m/s）：0.53、0.88、1.23、1.58、1.93.（学完下一章自己就能算出）

图2-1-2
（1）建立恰当的坐标系，在直角坐标系中描点，观察各数据点并思考怎样用一条线段将各点联系起来，并作出这个图象.
（2）图线延长线与纵轴相交，交点的物理意义是什么?从图象可知，这是匀变速直线运动吗?说出原因.若是，请求出加速度.

方法与技巧展示

自我小结

自主评价
1.下图2-1-3是作直线运动物体的速度-时间图象，其中表示物体作匀变速直线运动的是图( ).

图2-1-3

2．一物体作匀变速直线运动，速度图象如图2-1-4所示，则在前4s内(设向右为正方向)( )
A．物体始终向右运动
B．物体先向左运动，2s后开始向右运动
C．前2s物体位于出发点的左方，后2s位于出发点的右方
D．在t=2s时，物体距出发点最远

3．关于打点计时器的使用，下列说法中正确的是( )
A．打点计时器应用低压交流电源，交流电频率为50Hz
B．纸带必须穿过限位孔，并注意把纸带压在复写纸的上面
C．要先通电，后释放纸带，纸带通过后立即切断电源
D．为减小摩擦，每次测量应先将纸带理顺

4．两做直线运动的质点A、B的 v- t图象如图2-1-5所示，试分析它们的运动情况。

5．一个人沿平直的街道匀速步行到邮局去发信，又以原速率步行返回原处，设出发时的方向为正，在图2-1-6中近似描述他的运动的是（ ）

6．甲、乙两物体在同一直线上运动，它们的 v- t图象如图2-1-7，可知（ ）
A．在t1时刻，甲和乙的速度相同
B．在t1时刻，甲和乙的速度大小相等，方向相反
C．在t2时刻，甲和乙的速度方向相同，加速度方向也相同
D．在t2时刻，甲和乙的速度相同，加速度也相同

7．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图2-1-8给出了从0点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6都为计数点。测得：x1=1.40 cm，x2=1.90 cm，x3=2.38 cm， x4= 2.88 cm，x5=3.39 cm，x6=3.87 cm。那么：

（1）在计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为：v 1=_______ __cm/s ，v 2=_________cm/s ，v 3=_________cm/s ，v 4=_________cm/s ，v 5=_________cm/s 。
（2）在平面直角坐标系中作出v- t图象。
（3）分析小车运动速度随时间变化的规律。

8．利用打点计时器研究一个约1.4m高的商店卷帘窗的运动.将纸带粘在卷帘底部，纸带通过打点计时器随帘在竖直面内向上运动.打印后的纸带如图2-1-9所示，数据如表格所示.纸带中AB、BC、CD……每两点之间的时间间隔为0.10s，根据各间距的长度，可计算出卷帘窗在各间距内的平均速度v平均.可以将v平均近似地作为该间距中间时刻的即时速度v.
(1)请根据所提供的纸带和数据，绘出卷帘窗运动的v- t图象.
(2)AD段的加速度为______m/s2，AK段的平均速度为______m/s.(2001年上海高考试题)
卷帘运动数据
间隔
间距
(cm)
AB 5.0
BC 10.0
CD 15.0
DE 20.0
EF 20.0
FG 20.0
GH 20.0
IH 17.0
IJ 8.0
JK 4.0

 

图2-1-9

自主探究
探究主题：
1.计算机绘制v- t图象：按照课本P32的“做一做”中介绍的方法利用计算机绘制v-t图象，了解计算机作图的优越性．
2．粘贴纸带看能否反映物体的运动规律：选择一条打点清晰的纸带，标上计数点，然后将纸带每隔相同时间间隔从计数点处剪下，连续剪下4～5段，分别排列在预先贴有双面胶带的小黑板上，排列时要求底边对齐.如图2-1-10所示，纸带的排列成“阶梯”状.那么，请你讨论这样处理能不能反映物体的运动规律？亲自动手实践一下.

图2-1-10
提示：因为每段纸带长度都对应物体在相等时间内的位移，所以纸带长度正比于运动速度，从纸带长度均匀增大也可以判定物体的运动速度均匀增大.

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