高中物理人教版必修1學(xué)案 實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律1

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111 2.1 實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律 學(xué)案 重點難點： 重點：1．打點計時器的使用。 2．畫物體的速度—時間圖象。 難點：1．對紙帶數(shù)據(jù)的處理。 2．用計算機繪制v-t圖象。 用具 ①附有滑輪的長木板；②小車；③帶小鉤的細(xì)線；④25 g的鉤碼3個，也可以用50 g的鉤碼?；蛴蒙匙雍托⊥按驺^碼，用彈簧秤或天平稱量⑤打點計時器；⑥紙帶；⑦刻度尺；⑧學(xué)生電源、導(dǎo)線。 過程： 一、 進(jìn)行實驗 1、 步驟（略） 2、 實驗注意問題 ① 開始釋放小車時，應(yīng)使小車靠近打點計時器 ② 先接通電源，再釋放小車，當(dāng)小車停止運動時應(yīng)及時關(guān)閉電源 ③ 需防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞，當(dāng)小車到達(dá)滑輪前及時用手按住它 ④ 鉤碼個數(shù)適當(dāng)，以免a過大點太少。應(yīng)以50cm的紙帶取得20~40個連續(xù)點為佳 二、 數(shù)據(jù)分析 1、 紙帶的選取和處理 ① 多條紙帶中選取一條點跡清晰且點跡排成直線的紙帶進(jìn)行處理。 ② 舍掉開頭一段過于密集的，找一個適當(dāng)?shù)狞c做計時起點，為了減少測量誤差和便于計算，每隔4個“計時點”選取一個“計數(shù)點”進(jìn)行測時，相鄰計數(shù)點的時間間隔為0.1秒 ③ 測量距離時從選取的計時起點到各個計數(shù)點的距離 提問：瞬時速度的計算方法 2、 數(shù)據(jù)處理：用描點法做速度—時間圖象 ① 把各點的瞬時速度填入下表 位置編號 0 1 2 3 4 5 時間t/s 速度 ② 做v—t圖象 ⑴建立坐標(biāo)系，縱坐標(biāo)軸為速度v，橫坐標(biāo)軸為時間t ⑵對坐標(biāo)軸進(jìn)行適當(dāng)分度，使測量結(jié)果差不多布滿坐標(biāo)系 ⑶描出測量點，應(yīng)盡可能清晰 ⑷用一條光滑的曲線（直線）連接坐標(biāo)系中的點 明顯偏離的點視為無效點，連線時應(yīng)使連線兩側(cè)的點分布大致相同 出示一組數(shù)據(jù)讓學(xué)生在黑板上描出圖象 ⑸從最終結(jié)果看出小車的v—t圖象是一條傾斜的直線 三、 對v—t圖象的認(rèn)知 1、 圖象的物理意義：反映了速度隨時間變化的規(guī)律不是物體運動的軌跡 2、 可以從圖象上得到任一時刻的速度 3、 可以求物體的加速度： 4、 可以求出物體一段時間內(nèi)的 四、 例題分析 例1、為了計算加速度，最合理的方法是…………………………（ ） A、根據(jù)任意兩計數(shù)點的速度公式算出加速度 B、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出v—t圖，量出其傾角，由公式求出加速度 C、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出v—t圖，由圖線上相距較遠(yuǎn)的兩點對應(yīng)的速度、時間，由公式求出加速度 D、依次算出通過連續(xù)兩計數(shù)點間的加速度，算出平均值作為小車的加速度 例2、一輛汽車關(guān)閉發(fā)動機后，以一定的初速度86km/h沖上一段傾斜的長直公路，每隔5s讀取一次汽車速度表的示數(shù)，記錄如下切做了響應(yīng)的單位換算： 時間t/s 0 5 10 15 20 25 30 速度v/（km/h） 86 81 76 70 65 59 54 速度v/（m/s） 23.4 22.5 21.1 19.4 18.1 16.4 15.0 由以上數(shù)據(jù)用描點法作出汽車速度與時間關(guān)系的圖線。 作業(yè)：書后習(xí)題1、2、3、4 5、如圖所示，是某質(zhì)點做直線運動的v—t圖象，請回答下列問題： （1）盡可能詳細(xì)地描述質(zhì)點分別 在AB、BC、CD段的運動； （2）質(zhì)點在2s末的速度多大？ ① 打點計時器紙帶限位器要與長木板縱 軸位置對齊再固定在長木板上，使紙帶、小車、拉線和定滑輪在一條直線上。小車要選擇在木板上運動不跑偏或跑偏較小的車。 ② 牽引小車的鉤碼以100 g以內(nèi)為宜。若用到150 g以上，則紙帶上打出的點數(shù)不能滿足以0．1 s為計數(shù)點取6組數(shù)值的要求。解決辦法： 用小沙桶替代鉤碼。沙桶及沙的質(zhì)量在40～100 g之間取三種不同質(zhì)量，可用托盤天平稱量沙桶和沙子。 若用50 g鉤碼，取至150 g時打出的紙帶計數(shù)點之間的時間間隔可減小至0．08 s或0．06 s，可以滿足6組以上數(shù)據(jù)的要求。 為防鉤碼落地?fù)p傷鉤碼，可在地面鋪泡沫塑料墊。小沙桶可選擇能裝100 g以上砂子的帶蓋塑料瓶。 ③ 在小車后面安裝紙帶的方法如圖2-1所示。使小車運動時保持紙帶與打點計時器平面、木板平行，減少摩擦力影響。注意調(diào)整滑輪高度，使拉車的線與木板平行，減少拉力的變化。 ④ 開啟電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后釋放小車，同時用一只手在定滑輪一端準(zhǔn)備接住小車，防止小車撞擊定滑輪，防止小車落地。即使安裝了防撞擋板，也要防止小車落地。關(guān)斷電源后再取紙帶，取下紙帶后，將所用鉤碼質(zhì)量標(biāo)注在紙帶上，并給紙帶編號。 ⑤ 紙帶上的點先取零點和計數(shù)點進(jìn)行編號再測距離。測量長度時不要用短刻度尺分別測量相鄰兩個計數(shù)點間的長度，最好用長刻度尺對齊各計數(shù)點（不移動尺子）讀出各計數(shù)點間長度值，避免測量誤差的積累。 ⑥ 在坐標(biāo)紙上畫v-t圖象時，注意坐標(biāo)軸單位長度的選取，使圖象分布在坐標(biāo)平面的大部分面積。 小車在重物牽引下的運動 50 g鉤碼 100 g鉤碼 說明：長木板平放在桌面上，同一小車 時間t/s 速度v1/(ms-1) 速度v2/(ms-1) 掛不同鉤碼的兩條速度—時間圖象 0．0 0．30 0．26 0．1 0．45 0．53 0．2 0．60 0．80 0．3 0．74 1．06 0．4 0．89 1．34 0．5 1．03 1．47 ① 引導(dǎo)學(xué)生思考與討論 ② 有條件的學(xué)?；?qū)W生可以交一張計算機打印的數(shù)據(jù)和v-t圖象 。 用計算機繪制v-t圖象的教學(xué) 用Excel繪制圖象時，注意課文中輸入數(shù)據(jù)時用了“依次”二字，在Excel工作簿中先輸入自變量時間，在相鄰—列中輸入對應(yīng)的速度值，輸入順序不對，所畫的圖象也不對（課本圖2．2-3在Excel工作簿中輸入數(shù)據(jù)的屏幕圖）。具體做法如下： 打開Excel工作簿可以看到行和列，行號用1、2、3……表示；列號用A、B、C……表示。將自變量時間的數(shù)值從某一單元格開始輸入，在同一列中將其他時間值一一輸入。在相鄰的右側(cè)一列中將速度值一一輸入，注意速度值要與時間值相對應(yīng)。也可以在同一行中依次輸入時間和速度，下一行中再次輸入第二組時間和速度，直至全部輸入完畢。用鼠標(biāo)選中這些數(shù)據(jù)。再用鼠標(biāo)左鍵單擊“圖表向?qū)А卑粹o，出現(xiàn)“圖表類型”窗口，選“散點圖”，選“確定”按鈕，彈出“圖表標(biāo)題輸入框”，輸入相應(yīng)的字符后選“下一步”按鈕，直到“完成”。出現(xiàn)由點組成的圖表，用鼠標(biāo)右鍵單擊繪圖區(qū)中任何一個數(shù)據(jù)點，出現(xiàn)下拉式菜單，選“添加趨勢線”，彈出添加趨勢線窗口，選擇“線性”趨勢；打開該窗口的“選項”卡，對其中“顯示公式”左側(cè)的小方格用鼠標(biāo)左鍵單擊出現(xiàn)“√”號后，按“確定”。則圖表框中出現(xiàn)一條直線，這就是經(jīng)過計算機做最佳“擬合”后的v-t圖象，并顯示出一個表明該圖象的函數(shù)式。 111