第5課實驗探究小車速度隨時間變化的規(guī)律（教師版）-高一物理講義（人教）

第1課實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律目標導航目標導航課程標準課標解讀1．掌握探究小車速度隨時間變化規(guī)律的實驗思想，能使用打點計時器進行實驗。2．能對實驗數據進行記錄和處理，并通過數據分析得出實驗結論。3．了解其它探究小車速度隨時間變化規(guī)律的實驗方法。1、通過實驗探究物體運動的速度隨時間變化的規(guī)律，提升實驗設計、處理信息、做出解釋等科學探究方面的能力。為建構勻變速直線運動的模型奠定基礎。2、描繪物體運動的vt圖像，并通過對擬合成的圖線觀察、思考，找出物體速度變化的規(guī)律。3、經歷探究小車速度隨時間變化的規(guī)律，體會研究直線運動的一般思路。4、學習借助計算機數表軟件繪制vt圖像，并選擇適當的函數擬合數據，得到物體速度隨時間變化的規(guī)律。知識精講知識精講知識點01實驗思路研究小車在重物牽引下速度隨時間的變化規(guī)律。知識點02進行實驗利用打點計時器進行實驗?！炯磳W即練1】在“研究勻變速直線運動”實驗中，某實驗小組實施了以下實驗步驟，其中有錯誤的步驟是()A．把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面．把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路B．再把一條細繩拴在小車上，細繩跨過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，每次必須由靜止釋放小車，把紙帶穿過打點計時器，并把它的一端固定在小車的后面C．把小車停在靠近打點計時器處，接通直流電源后，放開小車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列的點，換上新紙帶，重復兩次D．從三條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開頭比較密集的點，在后邊便于測量的地方找一個起始點，并把每打五個點的時間作為時間單位.在選好的起始點下面記作0，第六個點作為計數點1，依次標出計數點2、3、4、5、6，并測算出相鄰兩計數點間的距離，根據公式求出a答案：C【解析】把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，由于小車通過細繩連接重物且跨過定滑輪，所以要使滑輪伸出桌面，為了更好的利用紙帶的長度，所以把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路，故A項與題意不相符；再把一條細繩拴在小車上，細繩跨過滑輪，為了使得小車的速度不會太快，所以下邊掛上合適的鉤碼且每次必須由靜止釋放小車，把紙帶穿過打點計時器，并把它的一端固定在小車的后面，故B項與題意不相符；把小車停在靠近打點計時器處，接通交流電源后，放開小車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列的點，換上新紙帶，重復兩次，故C項與題意相符；為了減小測量誤差，應去掉開頭比較密集的點和每5個點取一計數點，故D項與題意不相符．知識點03記錄數據選擇計數點，記錄瞬時速度?！炯磳W即練2】在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中，下列說法正確的是（）A．分別逐個測出每兩個相鄰計數點間的距離，這樣便于記錄B．為使測量更為嚴謹，應把打下的第一個點作為第一個測量點C．為了便于測量，應舍掉開頭一些過于密集的點，找一個適當的點當作計時起點D．兩相鄰計數點間的時間間隔必須是0.1s答案：C【解析】測量每兩個相鄰計數點間的距離時，應該用毫米刻度尺的零刻度對準計時起點，一次讀出各計數點對應的刻度值，然后逐一相減，得到每兩個相鄰計數點間距離的數值，故A錯誤；紙帶上開始時打的點比較密集，點距過小，測量誤差較大，故應舍去，找一個適當的點當作計時起點，故B錯誤，C正確；選取計數點，可增加測量距離，減小測量過程所產生的誤差，兩相鄰計數點間的時間間隔不一定取0.1s，故D錯誤。故選C。知識點04數據分析描繪物體運動的vt圖像，并通過對擬合成的圖線觀察、思考，找出物體速度變化的規(guī)律。【即學即練3】在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，下列做法正確的是A．作vt圖象時，必須用圓滑曲線連線且經過每一個點B．先使紙帶運動，再接通電源C．牽引小車的鉤碼越多越好D．將接好紙帶的小車停在靠近打點計時器處答案：D【解析】作vt圖象時，應用刻度尺作出直線，穿過盡可能多的點，不在直線上的點均勻分布在直線兩側，故A錯誤；先接通電源，再使紙帶運動，故B錯誤；牽引小車的鉤碼不能太多，故C錯誤；為充分利用紙帶，將接好紙帶的小車停在靠近打點計時器處，故D正確。故選D。【即學即練4】某人用打點計時器做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗，利用打出的一條紙帶畫出了小車速度隨時間變化的圖象，如圖所示，下列說法正確的是A．當電源頻率為50Hz時，打點計時器每隔秒打一個點B．小車做勻速直線運動C．小車在秒時的速度大小是D．小車的加速度大小為答案：C【解析】由于電源頻率為時，打點計時器每隔秒打一個點，故A錯誤；據圖象知，小車做勻加速直線運動，在時的速度大小是，直線的斜率為，故BD錯誤，C正確．知識點05注意事項1、開始釋放小車時，應使小車靠近打點計時器。2、先接通電源，計時器工作后，再放開小車，當小車停止運動時及時斷開電源。3、要防止鉤碼落地和小車跟滑輪相撞，當小車到達滑輪前及時用手按住它。4、牽引小車的鉤碼個數要適當，以免加速度過大而使紙帶上的點太少，或者加速度太小而使各段位移無多大差別，從而使誤差增大。加速度的大小以能在60cm長的紙帶上清楚地取得六七個計數點為宜。5、要區(qū)別計時器打出的點和人為選取的計數點。一般在紙帶上每5個點取一個計數點，間隔為0.1s。能力拓展能力拓展考法01計算瞬時速度【典例1】為了測定氣墊導軌上滑塊的加速度，滑塊上安裝了寬度為d＝3.0cm的遮光板，如圖所示，滑塊在牽引力作用下勻加速先后通過兩個光電門，配套的數字毫秒計記錄了遮光板通過光電門1的時間為Δt1＝0.30s，通過光電門2的時間為Δt2＝0.10s，遮光板從開始遮住光電門1到開始遮住光電門2的時間為Δt＝3.0s，則遮光板通過光電門1時的速度v1＝,光板通過光電門2時的速度v2＝,滑塊的加速度約為。（每個空均保留2位有效數字）解析遮光板通過光電門1時的速度v1＝eq\f(d,Δt1)＝eq\f(0.03,0.30)m/s＝0.10m/s，遮光板通過光電門2時的速度v2＝eq\f(d,Δt2)＝eq\f(0.03,0.10)m/s＝0.30m/s，故滑塊的加速度a＝eq\f(v2－v1,Δt)≈0.067m/s2．考法02誤差分析【典例2】在研究勻變速直線運動實驗中，在打點計時器打下的紙帶上，選取一段如圖所示，實驗員告知同學們交流電的頻率為50Hz，圖中每兩點中間還有四點沒有畫出；用刻度尺量得A到B、C、D、E各點的距離依次為：1.23cm、3.71cm、7.44cm和12.42cm，則打C點時物體的瞬時速度大小為________m/s；該勻變速直線運動的加速度的大小為________m/s2.(以上結果均保留三位有效數字)若實際上交流電的頻率為51Hz，則上面計算出的加速度值比實際值________．(填“大”“小”或“相等”)答案0.3111.25小解析打C點時物體的速度等于物體在BD間的平均速度：vC＝eq\f(6.21×0.01,2×0.1)m/s≈0.311m/sAB間的距離s1＝1.23cm，BC間的距離s2＝3.71cm－1.23cm＝2.48cm，CD間的距離s3＝7.44cm－3.71cm＝3.73cmDE間的距離s4＝12.42cm－7.44cm＝4.98cm.利用vt圖像求加速度可得：a＝1.25m/s2由題意知：f測<f實，所以T測>T實，a測<a實，即計算出的加速度比實際值?。謱犹岱址謱犹岱诸}組A基礎過關練1．運動小車拖動的紙帶經過打點計時器后，在紙帶上留下的點中有6個連續(xù)清晰的點，測出這6個點的第1點到第6點的距離為18cm，則（）A．小車運動的平均速度為0.03m/sB．小車運動的平均速度為1.5m/sC．小車運動的平均速度為1.8m/sD．小車運動的平均速度為180m/s答案：C【解析】從第1個點到第6個點間的時間為t=5×0.02s＝0.1s，則平均速度所以C正確；故選C。2.在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中，下列做法不能減小實驗誤差的是（）A．選取計數點，把每打五個點的時間間隔作為一個時間單位B．使小車運動的加速度盡量小些C．舍去紙帶上密集的點，只利用點跡清晰、點間間隔適當的一部分進行測量、計算D．選用各處平整程度、光滑程度相同的長木板做實驗答案：B【解析】該方法選取計數點可以使用于測量和計算的相鄰點間的間隔增大，在用直尺測量這些點間的間隔時，在一次測量絕對誤差基本相同的情況下，相對誤差較小，A正確，不符合題意；在實驗中，如果小車運動的加速度過小，打出的點很密，長度測量的相對誤差較大，測量準確度會降低，因此小車的加速度略大一些較好，B錯誤，符合題意；為了減小長度測量的相對誤差，舍去紙帶上過于密集，甚至分辨不清的點是必要的，C正確，不符合題意；如果實驗中所用長木板各部分的平整程度和光滑程度不同，小車的速度變化會不均勻，從而導致實驗誤差的增大，因此在實驗前對所用長木板進行挑選、檢查是必要的，D正確，不符合題意。故選B。3.在用打點計時器測速度的實驗中，某同學得到一張打點清晰的紙帶如圖所示，要求測出D點瞬時速度，本實驗采用包含D點在內的一段距離中的平均速度來近似地代表D點的瞬時速度，已知電源頻率50Hz，下列幾種方法中最準確的是（）A．， B．，C．， D．，答案：D【解析】計算瞬時速度時，所取位移越短，算出的平均速度越接近瞬時速度，所以選項A、B、C不合適；間含兩個打點間隔，即選項D正確。故選D。4.以下是探究小車速度隨時間變化規(guī)律的實驗的一些步驟，其正確順序是______．①把穿過打點計時器的紙帶固定在小車上；②把打點計時器固定在木板上，并接好電路；③更換紙帶，再做兩次；④把長木板放在桌面上，并使滑輪伸出桌面；⑤使小車停在打點計時器附近，先接通電源，后放開小車；⑥將細繩拴在小車上并繞過定滑輪，下面掛上適量的鉤碼；⑦斷開電源，取出紙帶．答案：④②①⑥⑤⑦③【解析】在實驗中，應先固定好木板，再固定打點計時器，將紙帶穿過打點計時器并固定在小車上，繞過定滑輪，并掛上適量鉤碼．準備就緒后應先讓小車停在打點計時器附近，然后接通電源，再釋放小車，打點結束后關閉電源，更換紙帶，再做兩次．5.在探究小車速度隨時間變化規(guī)律的實驗中，木板如果與水平方向有夾角，那么對研究小車是否做加速度不變的加速直線運動有影響嗎?答案：無影響，小車仍做加速度不變的直線運動．6（多選）.如果打點計時器用50Hz的交流電，下列說法中正確的是()A．打點計時器的打點周期是0.02sB．每隔2個點取一個計數點，則計數周期為0.04sC．每隔5個點取一個計數點，則計數周期為0.1sD．每5個點取一個計數點，則汁數周期為0.1s答案：AD題組B能力提升練1.有一沖刺時身高為的田徑運動員正在進行國際比賽，在終點處，有一站在路道終點旁邊的攝影記者使用照相機給他拍攝沖刺運動，攝影記者使用的照相機的光圈（控制進光量的多少）是16，快門（曝光時間）是，得到照片后測得其人的高度為，胸前號碼布上模糊部分的寬度是，由以上數據可以知道運動員的（）A．成績 B．沖刺速度C．內平均速度 D．最后1s內的位移答案：B【解析】根據題意無法得出100m的運動時間，則無法求出100m內的平均速度，AC錯誤；人的身高已知，則人的身高與照片的中的比例與人的位移與號碼布影象的模糊部分的比值相等，故可求出運動員的位移，因曝光時間較短，故可以用這段時間內的平均速度代替運動員的沖線速度，B正確；最后1s內的平均速度未知，D錯誤；故選B。2.一個彈性小球由靜止從一定高度落至地面被反彈回原來的位置，若取豎直向下為正方向，下面v—t圖象能描述該過程中小球速度隨時間變化的是（）A．B．C．D．答案：A3.在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，算出小車經過各點的瞬時速度，描點作圖后，關于加速度的計算，下列說法正確的是（）A．根據任意兩個計數點的速度，用公式算出加速度B．根據實驗數據畫出vt圖像，量出圖線的傾角θ，由公式算出加速度C．根據實驗數據畫出vt圖像，選取圖線上相距較遠的兩個點，用公式算出加速度D．依次選擇2個計數點速度計算出多個加速度，然后算出這些加速度的平均值答案：C【解析】實驗中有偶然誤差，通過圖像法處理數據可以減小偶然誤差，選擇圖線上較遠的兩個點進行計算可以減小誤差，選項A錯誤，C正確；依次選擇2個計數點速度計算出多個加速度再求平均值，列式后發(fā)現(xiàn)多個數據在運算中被抵消，只有初末數據被利用，選項D錯誤；圖線傾角的大小與坐標軸的標度、單位有關，速度時間圖像中圖線的傾角的正切值很多時候不具有實際意義，選項B錯誤。故選C。4.某同學利用圖（a）所示的實驗裝置探究物塊速度隨時間的變化．物塊放在桌面上，細繩的一端與物塊相連，另一端跨過滑輪掛上鉤碼．打點計時器固定在桌面左端，所用交流電源頻率為50Hz．紙帶穿過打點計時器連接在物塊上．啟動打點計時器，釋放物塊，物塊在鉤碼的作用下拖著紙帶運動．打點計時器打出的紙帶如圖（b）所示（圖中相鄰兩點間有4個點未畫出）．根據實驗數據分析，該同學認為物塊的運動為加速度不變的加速運動．回答下列問題：（1）在打點計時器打出B點時，物塊的速度大小為_______m/s．在打出D點時，物塊的速度大小為_______m/s；（保留兩位有效數字）（2）物塊的加速度大小為_______m/s2．（保留兩位有效數字）答案：（1）0.560.96（2）2.0【解析】（1）根據勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，所以（2）根據加速度的定義式可以求出加速度的大小，得a=2.0m/s25.一同學在用打點計時器做實驗時，紙帶上打出的不是圓點，而是如圖所示的一些短線，這可能是因為（）A．打點計時器錯接在直流電源上B．電源電壓不穩(wěn)定C．電源的頻率不穩(wěn)定D．打點針壓得過緊答案：D題組C培優(yōu)拔尖練1.在實驗中，利用紙帶上的數據得出各計數點的瞬時速度后，以速度v為縱軸，以時間t為橫軸建立直角坐標系。某次實驗中某同學描出的點如圖所示。在直角坐標系上一共描出了10個點。下列思考有道理的是（）①這10個點無論如何也不在一條直線上，因此小車運動的vt圖線不可能為一條直線，而應為一條光滑的曲線②這10個點中有6個點雖然不在一條直線上，但它們在一條直線附近，只有F和B兩點離這條直線太遠③在8個點當中只有4個點能畫在一條直線上（A、D、G、I），有6個點不在該直線上，這條直線肯定不能表示小車運動的規(guī)律④與直線偏差較小的點（C、E、H、J）可能是實驗誤差造成的，而與直線偏離較大的點（B、F）則可能是實驗中出現(xiàn)錯誤造成的A．①③ B．②④ C．①② D．③④答案：B【解析】由于實驗存在誤差或錯誤，所以這10個點中有8個點不可能完全在一條直線上，但緊挨在一條直線附近，只有F和B兩個點離這條直線遠，用傾斜直線進行連接，這條直線通過大部分的點，不在直線上的點兩側分布均勻，此條直線可表示小車運動的規(guī)律，①③錯誤②正確。在直線通過大多數的點，與直線偏差較小的點（C、E