高中物理第二章 匀变速直线运动的研究1 实验：探究小车速度随时间变化的规律导学案及答案

2021-2022学年人教版（2019）必修第一册

2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律 学案

学习目标

1、巩固打点计时器的使用、纸带数据处理和测量瞬时速度的方法。

2、通过实验探究，体验如何从实验研究中获取数据，学会利用图像处理实验数据的科学方法。

3、知道小车在重物牵引下运动速度随时间变化的规律。

重点难点

1、进行实验，正确操作，记录数据。（重点）

2、分析数据，作出v-t图像，直观反应规律。（重点）

3、正确进行实验操作。（难点）

4、分析数据，作出v-t图像。（难点）

自主探究

一、实验目的

（1）进一步练习使用打点计时器；

（2）处理实验数据，并据此判断小车的速度随时间的变化规律。

二、实验原理

1. 利用打点计时器打出的纸带上记录的信息，可以计算出各时刻的瞬时速度。
2. 利用描点法作出小车的v-t图像，根据图像判断小车速度随时间的变化规律。

三、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，打点稳定后再释放小车；
3. 实验时要注意保护小车及滑轮，要避免它们被碰坏；
4. 小车另一端所挂的槽码个数要适当，避免加速度过大而使纸带上打的点太少，或加速度太小使各段位移无法区别，从而增大误差。

探究思考

一、控制实验条件

1、注意事项

每个实验都要在一定条件下实施，如果没有按照实验条件进行实验，则难以获取准确的实验数据，达不到实验目的。

如图所示，本实验应注意以下几点：

（1）安装：①细线、纸带要保持水平；②小车要靠近打点计时器；③槽码个数适当；④打点计时器要接相应的交流电源。

（2）实验过程：①先打点后释放小车；②小车接近定滑轮时要及时制动，以免损坏仪器；③多打几条纸带。

2、判断图中安装实验器材时出现的错误

主要错误有：

（1）连接小车的细线应与木板保持水平。

（2）电池应改为交流电源。

（3）释放小车时，小车应靠近打点计时器。

【典例一】1、在“研究匀变速直线运动”的实验中，包含下列四个步骤:①把长木板放在实验台上，用木块垫高;②把纸带穿过打点计时器，并固定在小车后面;③把打点计时器固定在长木板垫高的一端，连接好电路;④把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车。正确的操作顺序是(   )

A.①②③④ B.①②④③ C.②①③④ D.①③②④

解题思路：先组装器材，然后进行实验操作，所以首先把长木板放在实验台上，用木块垫高，然后将打点计时器固定在长木板垫高的一端，并接好电路;再将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔，最后把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，故顺序为①③②④，故选D。

答案：D

二、实验数据处理

1、瞬时速度的计算

正确使用毫米刻度尺测量每个计数点与第一个计数点间的距离，再得出每相邻两个计数点间的距离，如图所示。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。

2、作v-t图像

以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，根据表中的数据，选定合适的坐标标度，在直角坐标系中描点，用平滑的曲线连接描绘出的各点，要使尽可能多的点分布在线上，不在线上的点应大致分布在线的两侧，个别偏离较远的点往往是因为错误造成的，应舍去不用。得出v-t图像如图所示。

3、实验结论

通过直接分析图像的特点得到小车运动的v-t图像是一条倾斜的直线，那么当时间变化相同的值时，速度也会增加相同的值。可以得出结论：小车的速度随时间均匀增加（或变化）。

【典例二】2、气垫导轨上的滑块经过光电门时，其遮光条将光遮住，电子计时器可自动记录遮光时间。测得遮光条的宽度为，用近似代表滑块通过光电门时的瞬时速度。为使更接近瞬时速度，下列做法正确的是(   )

A.换用宽度更宽的遮光条 B.换用宽度更窄的遮光条

C.增大滑块的质量  D.减小滑块的质量

解题思路：本题中利用平均速度等效替代瞬时速度，故只能尽量减小遮光时间，可换用宽度更窄的遮光条，故A错误，B正确;滑块的质量对滑块的速度大小的测定没有影响，故C、D错误。

答案： B

随堂训练

1、某同学在测定匀变速直线运动加速度时，得到了几条较为理想的纸带，已在每条纸带上每5个点取一个计数点，依打点先后编号为0、1、2、3、4、5.由于不小心，纸带被撕断了，如图，请根据给出的四段纸带回答：在三段纸带中选出从纸带A上撕下的那段应该是(   )

A. B.

C. D.

答案：C

2、为测定气垫导轨上滑块的加速度，滑块上安装了宽度为的遮光板(如图所示)．滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为，通过第二个光电门的时间为，遮光板从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为，则下列说法正确的是(   )

A.滑块通过第二个光电门时的速度为0.82 m/s

B.滑块的加速度是

C.滑块在两光电门间的平均速度是0.57 m/s 

D.两光电门间的距离为0.25 m

答案： ABC

3、在“测定匀变速直线运动的加速度”实验中，下列方法有利于减小实验误差的是（   ）

A.选取记数点，把每打五个点的时间间隔作为一个时间单位

B.使小车运动的加速度尽量小些

C.舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰，点间间隔适当的那一部分进行测量、计算

D.选用各处平整程度，光滑程度相同的长木板做实验

答案：ACD

4、小车牵引纸带沿斜面下滑，用打点计时器打出的纸带如图所示。已知打点周期为0.02s。根据纸带提供的数据填写表格并求出加速度为___________，作出图像。(保留3位有效数字)

答案：0.145 0.245 0.355 0.455 0.560 0.665

1.04 如图所示