《實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律》教案【教材分析】本節(jié)課是必修一第二章第一節(jié)的內(nèi)容，在這之前學(xué)生已經(jīng)學(xué)過了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的原理和操作方法，知道怎么通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來測(cè)量瞬時(shí)速度，通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)進(jìn)一步練習(xí)熟悉打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，通過實(shí)驗(yàn)來探究在恒力作用下的小車運(yùn)動(dòng)時(shí)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，為之后學(xué)習(xí)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)提供素材，打下基礎(chǔ)，因此本節(jié)課具有承上啟下的作用。【學(xué)情分析】本節(jié)課的授課對(duì)象是高一學(xué)生，這個(gè)階段的學(xué)生已經(jīng)具備了一定高度實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ瑪?shù)據(jù)分析能力，歸納總結(jié)能力，而且在這節(jié)課之前學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)習(xí)了測(cè)量瞬時(shí)速度的方法，因此本節(jié)課對(duì)于學(xué)生來講理解上并不難，較有難度的是實(shí)驗(yàn)的操作過程，要注意的事項(xiàng)以及數(shù)據(jù)分析方法?！窘虒W(xué)重難點(diǎn)】重點(diǎn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律；難點(diǎn)：數(shù)據(jù)處理及分析?！窘虒W(xué)目標(biāo)】通過對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的研究，進(jìn)一步熟悉打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用和利用紙帶求速度的方法，這實(shí)驗(yàn)的過程中培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的實(shí)驗(yàn)態(tài)度，學(xué)會(huì)尋求物理規(guī)律的方法。對(duì)數(shù)據(jù)的分析運(yùn)用科學(xué)方法來研究問題?！窘虒W(xué)儀器】打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、長(zhǎng)木板、小車、沙桶、紙帶、交流電源、細(xì)繩、刻度尺、多媒體課件【教學(xué)過程】一、問題導(dǎo)入如何探究一個(gè)物體速度隨時(shí)間變化的規(guī)律？如何知道物體在不同時(shí)刻的速度？用什么儀器測(cè)？二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖所示，把一端帶有滑輪的長(zhǎng)鋁板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，鋁板上放一個(gè)可以左右移動(dòng)的小車，小車一端連接穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，另一端連接繞過滑輪系有槽碼的細(xì)繩。小車在槽碼的牽引下運(yùn)動(dòng)，通過研究紙帶上的信息，就可以知道小車運(yùn)動(dòng)的速度是怎樣隨時(shí)間變化的。三、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程參考提示：1．把一端附有滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上遠(yuǎn)離滑輪的一端，連接好電路。2．把一條細(xì)繩拴在小車上，使細(xì)繩跨過滑輪，下邊掛上合適的沙桶，啟動(dòng)電源，然后放開小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打完一條后立即關(guān)閉電源。3．換上新紙帶，重復(fù)操作三次。四、處理數(shù)據(jù)提問：我們通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到了若干條紙帶，采集了第一手資料，面對(duì)打出的紙帶如何研究小車的運(yùn)動(dòng)呢?接下來我們采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)．學(xué)生討論怎樣選擇紙帶，如何測(cè)量數(shù)據(jù)，如何設(shè)計(jì)表格，填寫數(shù)據(jù)．【問題一】怎樣分析和選取紙帶上的點(diǎn)？舍掉開頭過于密集的點(diǎn)，若紙帶上點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離較小，可取多個(gè)打印點(diǎn)（可5）為一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔不再是0.02s（但要看具體情況靈活選定）；一般每五個(gè)點(diǎn)（或者每隔四個(gè)）選取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.10s?！締栴}二】如何計(jì)算出所取點(diǎn)的速度？用求平均速度的方法來代替（用計(jì)算較準(zhǔn)確的平均速度來代替），如何代替？選擇包括該點(diǎn)在內(nèi)的一段位移（該點(diǎn)最好處在中間時(shí)刻位置），找出對(duì)應(yīng)的時(shí)間，用位移除以時(shí)間作為該點(diǎn)的瞬時(shí)速度；對(duì)于選取的兩個(gè)端點(diǎn)的速度暫時(shí)不計(jì)算（誤差較大）；測(cè)量各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離應(yīng)考慮估讀、單位。確定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的最好辦法是作速度一時(shí)間圖象，這樣具體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律才能更直觀地顯現(xiàn)出來。用計(jì)算機(jī)繪制速度一時(shí)間圖象，演示給學(xué)生看，學(xué)生自己可以用坐標(biāo)紙描點(diǎn)，繪圖。教師用Excel軟件演示作v—t圖.【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】小車的速度隨時(shí)間的增加而均勻增加。課后篇鞏固提升合格考達(dá)標(biāo)練1.在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,下述測(cè)量每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的方法正確的是()A.當(dāng)某兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離較大時(shí),可以用短尺把它分段來測(cè)量B.當(dāng)某兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離較小時(shí),可以用短尺一次把它測(cè)完C.測(cè)量每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,應(yīng)該用帶著毫米刻度的長(zhǎng)尺的零刻度對(duì)準(zhǔn)起點(diǎn),讀出各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的刻度值,然后逐一相減,得到每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的數(shù)值D.分別逐個(gè)測(cè)出每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,這樣便于記錄解析不論兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離大還是小,采用C項(xiàng)所述方法可減小誤差,選項(xiàng)C正確。答案C2.某人用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn),利用打出的一條紙帶畫出了小車速度隨時(shí)間變化的圖像,如圖所示。下列說法正確的是()A.當(dāng)電源頻率為50Hz時(shí),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.05s打一個(gè)點(diǎn)B.小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)C.小車在t=0.02s時(shí)的速度大小是0.04m/sD.小車的加速度大小為0.04m/s2解析電源頻率為50Hz時(shí),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn),故A錯(cuò)誤。據(jù)圖像知,小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng),在t=0.02s時(shí)的速度大小是0.04m/s,直線的斜率即為加速度,則a=2m/s2,故B、D錯(cuò)誤,C正確。答案C3.(寧夏海原縣高一期中)某學(xué)生在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度和探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,都使用了電火花計(jì)時(shí)器,并打出紙帶進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理,已知所用交變電流的頻率是50Hz。(1)關(guān)于電火花計(jì)時(shí)器的使用,下列說法正確的是(可能有一個(gè)或多個(gè)正確選項(xiàng))。

A.實(shí)驗(yàn)中需用停表記下運(yùn)動(dòng)的時(shí)間B.開始釋放小車時(shí),應(yīng)使小車靠近電火花計(jì)時(shí)器C.先接通電火花計(jì)時(shí)器電源,然后放開小車(2)在一次實(shí)驗(yàn)中某小組得到如圖所示的紙帶,并按照打點(diǎn)時(shí)間先后,依次選定了O、A、B、C、D、E、F七個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)(每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出),并經(jīng)過測(cè)量得到相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),判斷這個(gè)紙帶做的是(選填“加速”“勻速”或“減速”)運(yùn)動(dòng)。相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔是s。

(3)在研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中,算出了小車經(jīng)過各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度,為了計(jì)算加速度,最合理的方法是。

A.根據(jù)任意兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度用公式a=ΔvB.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出v-t圖,量出其傾角,由公式a=tanα求出加速度C.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出v-t圖,由圖線上相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的速度、時(shí)間用公式a=ΔvD.依次算出通過連續(xù)兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的加速度,算出平均值作為小車的加速度解析(1)電火花計(jì)時(shí)器本身是打點(diǎn)計(jì)時(shí)的儀器,不需要再使用停表,A錯(cuò)誤;開始釋放小車時(shí),應(yīng)使小車靠近電火花計(jì)時(shí)器,這樣可以充分利用紙帶,B正確;在使用時(shí)應(yīng)先接通電火花計(jì)時(shí)器的電源,然后放開小車,使打點(diǎn)穩(wěn)定,C正確。(2)由圖可知,相同的時(shí)間間隔內(nèi)相鄰位移越來越大,故物體做加速運(yùn)動(dòng)。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交變電流,當(dāng)電源頻率為50Hz時(shí),每隔0.02s打一次點(diǎn),相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出,故時(shí)間間隔為T=5×0.02s=0.1s。(3)在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí),如果只使用其中兩個(gè)數(shù)據(jù),由于偶然誤差的存在可能會(huì)造成最后誤差較大;所以我們可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出v-t圖像,考慮到誤差,不可能是所有點(diǎn)都整齊地排成一條直線,連線時(shí),應(yīng)該盡量使那些不能畫在線上的點(diǎn)均勻地分布在線的兩側(cè),這樣圖線上會(huì)舍棄誤差較大的點(diǎn),由圖像上相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的速度、時(shí)間用公式a=ΔvΔt算出加速度,這樣誤差最小,A、D錯(cuò)誤,C正確;根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出v-t圖像,當(dāng)縱坐標(biāo)取不同的標(biāo)度時(shí),圖像的傾角就會(huì)不同,所以量出其傾角,用公式a=tanα答案(1)BC(2)加速0.1(3)C4.在用電火花計(jì)時(shí)器探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,圖甲是一次記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的紙帶,圖中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出。(電源頻率為50Hz)(1)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)有關(guān)公式可求得vB=1.38m/s,vC=m/s,vD=3.90m/s。(保留三位有效數(shù)字)

(2)利用求得的數(shù)值在圖乙所示坐標(biāo)紙上作出小車的v-t圖像(從打A點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí))。利用紙帶上的數(shù)據(jù)求出小車運(yùn)動(dòng)的加速度a=m/s2。(保留三位有效數(shù)字)

(3)將圖線延長(zhǎng)與縱軸相交,交點(diǎn)的縱坐標(biāo)是0.28m/s,此交點(diǎn)的物理意義是

。

解析(1)打C點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的速度為vC=xBD2T=60.30-7.500.(2)用描點(diǎn)法作出小車的v-t圖像如圖所示。由圖知小車運(yùn)動(dòng)的加速度a=vD-vBtD-t(3)此交點(diǎn)表示A點(diǎn)開始計(jì)時(shí)時(shí),小車的速度為0.28m/s。答案(1)2.64(2)12.6(3)從A點(diǎn)開始計(jì)時(shí)時(shí),小車的速度為0.28m/s等級(jí)考提升練5.某同學(xué)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做研究變速運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)。他按下圖所示安裝好了實(shí)驗(yàn)器材,接好了線,準(zhǔn)備打開電源開關(guān)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在他所組裝的器材中,有三處錯(cuò)誤,請(qǐng)你指出:(1);

(2);

(3)。

解析由圖可知,電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所選電源種類錯(cuò)誤,應(yīng)選約為8V的交流電源;電壓選擇2V偏低,不能正常工作,所以要選約為8V電壓;應(yīng)接交流輸出,不能接直流輸出。同時(shí)為了使紙帶充分利用,應(yīng)該使小車靠近電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,而不是靠近滑輪。答案(1)電壓不應(yīng)選2V,應(yīng)選約為8V(2)不應(yīng)接直流輸出,應(yīng)接交流輸出(3)小車不應(yīng)靠在滑輪處,應(yīng)靠近電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處6.(甘肅天水西川中學(xué)高一期末)一小球在桌面上從靜止開始做加速運(yùn)動(dòng),現(xiàn)用高速攝影機(jī)在同一底片上多次曝光,記錄下小球每次曝光的位置,并將小球的位置編號(hào)。如圖所示,1位置恰為小球剛開始運(yùn)動(dòng)的瞬間,作為零時(shí)刻。攝影機(jī)連續(xù)兩次曝光的時(shí)間間隔均為0.5s,小球從1位置到6位置的運(yùn)動(dòng)過程中經(jīng)過各位置的速度分別為v1=0,v2=0.06m/s,v3=m/s,v4=0.18m/s,v5=m/s。在圖中作出小球的速度—時(shí)間圖像(保留描點(diǎn)痕跡)。

解析由圖可知x2+x3=0.12m則v3=x2+x32T=0同理可得x4+x5=0.24m則有v5=x4+