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实验：探究小车速度随时间变化的规律
【主题目标】
1．通过阅读课本并观看演示实验，进一步练习使用打点计时器。
2．通过导学案，学会利用平均速度求瞬时速度。
3．通过小组合作学会利用v t图像处理实验数据，并据此判断物体的运动性质。
4．通过阅读课本并观看演示实验，能根据实验数据求加速度。
【重难点】
重点内容：通过小组合作学会利用v t图像处理实验数据，并据此判断物体的运动性质。难点内容：通过阅读课本并观看演示实验，能根据实验数据求加速度。
原点整合
回顾关于打点计时器内容，完成下列填空：
1.计时原理：打点计时器是一种_______仪器，工作时需要50HZ______电流，因此，利用打点计时器打点的时间间隔为________。
2.测量原理：把一条纸带穿过打点计时器的_______，固定在研究的物体上，在运动物体带动纸带运动时，利用打点计时器在纸带上打出一系列的点，这些点的_________记录了运动物体的运动规律，则可以通过处理纸带，利用________（公式）求得平均速度，然后利用______法分析求得瞬时速度。
主题
一、实验原理与方法
1．利用打点计时器所打纸带的信息，代入计算式vn＝________________，即用以n点为中心的一小段时间间隔的________________代替n点的瞬时速度。
2．用描点法作出小车的v t图像，根据图像的形状判断小车的运动性质。若所得图像为一条倾斜直线，则表明小车做________________直线运动。
3．利用v t图像求出小车的加速度。
二、实验器材
打点计时器、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、________________、导线、交流电源。
三、实验步骤
1．如图所示，把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。
2．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上槽码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面。
3．把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一列小点。
4．换上新的纸带，重复实验两次。
5．增减所挂槽码，按以上步骤再做两次实验。
四、数据处理
1．表格法
(1)从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个点，作为计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标明0、1、2、3、4…，如图所示。
(2)依次测出01、02、03、04…的距离x1、x2、x3、x4…，填入表中。
位置 1 2 3 4 5 6
长度 x1 x2 x3 x4 x5 x6
各段长度 0～2 1～3 2～4 3～5 4～6 5～7
时间间隔
v/(m·s－1)
(3)1、2、3、4…各点的瞬时速度分别为：v1＝、v2＝、v3＝、v4＝…，将计算得出的各点的速度填入表中。
(4)根据表格中的数据，分析速度随时间变化的规律。
2．图像法
(1)在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点。
(2)画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如图所示。
(3)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律。
(4)根据所画v t图像求出小车运动的加速度a＝________________。
五、误差分析
1．木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀。
2．根据纸带测量的位移有误差，从而计算出的瞬时速度有误差。
3．作v t图像时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差。
六、注意事项
1．开始释放小车时，应使小车________________打点计时器。
2．先________________，等打点稳定后，再________________。
3．打点完毕，立即________________。
4．选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点________________部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少。
5．要防止槽码落地，避免小车跟滑轮相碰，当小车到达滑轮前及时用手按住。
6．要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点，一般在纸带上每隔4个点取一个计数点，即时间间隔为t＝________________ s。
7．在坐标纸上画v t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像尽量分布在较大的坐标平面内。
【课后反思总结】
本节课未解决的问题和疑难
2、构建本节课思维框架
课题：探究小车速度随时间变化的规律 限时训练题
(时间：40分钟 )
班级：_____ _____组_____号 姓名：____________ 分数：__________
1．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法正确的是(　　)
A．长木板一定要水平摆放
B．使用刻度尺测量长度时，不必估读
C．使用刻度尺测量长度时，要估读到分度值的下一位
D．作v t图像时，所描线必须经过每一个点
2．(多选)一小球在水平桌面上做直线运动，用照相机对着小球每隔0.1 s拍照一次，得到一幅频闪照片，用刻度尺量得照片上小球各位置如图所示，已知照片与实物的比例为1∶10，则(　　)
A．图中对应的小球在通过8 cm距离内的平均速度是2 m/s
B．图中对应的小球在通过8 cm距离内的平均速度是1.6 m/s
C．图中对应的小球通过6 cm处的瞬时速度是2.5 m/s
D．图中对应的小球通过6 cm处的瞬时速度是2 m/s
3．打点计时器使用的交流电源频率为50 Hz，在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，若交流电源的频率变小了而未被发现，则测得小车的速度值与真实值比较将(　　)
A．偏大　　　　　　　　 B．偏小
C．无影响 D．无法判断
4．某同学在测定匀变速直线运动的加速度时，得到了几条较为理想的纸带。他已在每条纸带上按每5个点取一个计数点，即两计数点之间的时间间隔为0.1 s，依据打点先后标记为0、1、2、3、4、5。由于不小心，几条纸带都被撕断了，如图所示。根据给出的A、B、C、D四段纸带回答：
A　　　　　　　B
C　　　　　　　D
(1)B、C、D三段纸带中与纸带A原属于同一条纸带的应该是纸带 。
(2)打纸带A时，物体的加速度大小是 m/s2。
5．用图甲所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。实验中，选取了一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O(t＝0)，然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图乙中A、B、C、D、E、F所示。通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5。
(1)本实验中，打点计时器的工作电压为 (选填“220 V”或“6 V以下”)交流电。
(2)在图丙中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出v t图像。
(3)观察v t图像，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是 。
(4)描绘v t图像前，还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对Δt的要求是
(选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，速度测量的误差与选取的Δx大小 (选填“有关”或“无关”)。
[答案]　(1)6 V以下　(2)见解析　(3)小车速度随时间均匀变化　(4)越小越好　有关
6．光电计时器是一种常用的计时仪器，其结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有滑块从a、b间通过时，光电计时器就可以显示出滑块的挡光时间。现有某滑块在斜面上滑行，先后通过光电门1和光电门2，计时器显示的挡光时间分别是t1＝5×10－2 s、t2＝3×10 s，滑块从光电门1到光电门2所经历的时间t＝0.15 s，用分度值为1 mm的刻度尺测量滑块的长度d，示数如图乙所示。
甲　　　　　　　　　乙
(1)读出滑块的长度d为 cm。
(2)滑块通过光电门1、2的速度v1、v2分别为 m/s、 m/s。
(3)滑块的加速度大小为 m/s2。(计算结果均保留两位小数)
1．C　实验过程中，一般长木板应平放，不能侧向倾斜，但适当一端高一端低，也是可以的，A错误；使用刻度尺测长度时，需要估读到分度值的下一位，B错误，C正确；作v t图像时，若各点与直线拟合，则作直线并使直线经过尽量多的点，不在直线上的点，分布在直线两侧，D错误。
2．AD　小球在通过8 cm距离内的平均速度＝＝ cm/s＝200 cm/s＝2 m/s，A正确，B错误；可以认为小球通过6 cm处的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度v＝＝＝200 cm/s＝2 m/s，C错误，D正确。
3．A　打点计时器打点的频率是由电源的频率决定的，且打点的频率等于电源的频率。当交流电源的频率为50 Hz时，打点计时器每隔0.02 s打一个点；当交流电源的频率低于50 Hz时，打点计时器打点的时间间隔将大于0.02 s，计算速度时如果仍按0.02 s计算，由v＝可知，因测量值t小于真实值，故导致测量出的速度值大于真实值，故A正确。
4．[解析]　(1)根据匀变速直线运动中相邻相等时间的位移差相等，可得Δx＝x12－x01＝6.0 mm，所以x45＝x12＋3Δx＝54.0 mm，即与纸带A原属于同一条纸带的是纸带C。
(2)v01＝＝ m/s＝0.3 m/s，
v12＝＝ m/s＝0.36 m/s，
a＝＝ m/s2＝0.6 m/s2。
[答案]　(1)C　(2)0.6
5．[解析]　(1)电磁打点计时器的工作电压为6 V以下的交流电。
(2)根据标出计数点A、B、D、E对应的坐标点位置，及C点对应的时间，从而确定C点的位置，再将各点平滑连接，如图所示。
(3)由于v t图像是一条倾斜直线，可知，速度随着时间是均匀变化的，说明小车做匀变速直线运动。
(4)当不知道小车是否做匀变速直线运动时，若用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对Δt的要求是越小越好，即v＝，Δt越小，所得平均速度越接近瞬时速度；从实验的角度看，速度测量的误差与选取的Δx大小有关。
[答案]　(1)6 V以下　(2)见解析　(3)小车速度随时间均匀变化　(4)越小越好　有关
6．[解析]　(1)由图可知d＝8.40 cm－4.00 cm＝4.40 cm。
(2)滑块通过光电门1、2的速度
v1＝＝0.88 m/s，v2＝≈1.47 m/s。
(3)滑块的加速度
a＝＝ m/s2≈3.93 m/s2。
[答案]　(1)4.40　(2)0.88　1.47　(3)3.93

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