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第1节　实验:探究小车速度随时间变化的规律
学习目标
1.进一步加深对瞬时速度的理解,学习借助计算机数表软件绘制v-t图像,并通过抽象、概括思维得出相应的结论。
2.通过实验探究,提升实验设计、处理信息、作出解释等科学探究方面的能力。为建构“匀变速直线运动”的模型奠定基础。
3.通过积极参与研究,实事求是地测量、记录数据,来领悟科学探究思想方法和科学精神,从而激发探索动力。
自主预习
复习第一章第3节中的测量纸带的平均速度和瞬时速度,再研读本节教材。
1.瞬时速度的计算:各计数点的瞬时速度可用以该点为中间时刻的一段时间内的平均速度来代替,公式为　　　　　　。?
2.加速度a的定义式:　　　　　　　。?
3.打点计时器的使用步骤:
(1)把附有滑轮的导轨放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面,把打点计时器固定在导轨上没有　　　　　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,下边挂上小桶,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,先接通　　　,再　　　　,让小车拖着纸带运动,打点计时器就在纸带上打下一系列小点,随后关闭电源。?
(4)更换纸带,重复实验两次。
课堂探究
利用前面打点计时器测量计算物体的速度的知识,来设计实验探究小车的速度随时间变化的规律。实验室中如何获得较简单的运动?如何设计实验?需要哪些器材?
甲
(一)设计实验
实验器材:交流电源、打点计时器、小桶、重物、一端带有滑轮的导轨、细线、纸带、刻度尺。请利用打点计时器设计实验,并思考实验注意事项。
(二)进行实验
小组合作完成实验,并做好数据的测量与记录。
(三)纸带处理与数据测量
乙
打完纸带后,整理实验器材。
选一条点迹清晰的纸带,舍掉纸带开头一些过于密集的点,找一个适当的点作为计时起点,之后,相隔0.1 s选一个计数点,并尽量多的选取计数点。一次性测量各计数点的刻度,计算各点瞬时速度。
设计表格记录数据(可参考下表)。
位置
1
2
3
4
5
6
7
长度
x1
x2
x3
x4
x5
x6
x7
各段长度
0~2
1~3
2~4
3~5
4~6
5~7
时间间隔
v/(m·s-1)
　　在坐标纸上画v-t图像时,合理选标度,描点,连线:
1.定标度、描点:坐标轴的标度选取要合理,应使图像大致分布在坐标平面中央。描点时可以用平行于两坐标轴的虚线标明该点的位置坐标。(所描的点一般用“?”标明)
2.连线: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。
观察所得到的直线,分析物体的速度随时间的变化规律。
【例题】 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,如图所示为记录小车运动情况的一条纸带,图中A、B、C、D、E为相邻的计数点,相邻计数点间的时间间隔T=0.1 s。
(1)计算B、C、D各点的瞬时速度,vB=　　　　 m/s,vC=　　　　 m/s,vD=　　　　 m/s。?
(2)在如图所示的坐标系中作出小车的v-t图像,并根据图像求出a=　　　　。?
核心素养专练
某同学利用如图甲所示装置研究匀变速直线运动的特点,某次实验通过电磁打点计时器打出纸带的一部分如图乙所示,并在其上取了A、B、C、D、E、F、G等7个计数点,每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出。打点计时器接频率为f=50 Hz的交流电源。
甲
乙
(1)(多选)实验过程中,下列做法正确的是　　　　。?
A.先接通电源,再释放小车
B.先释放小车,再接通电源
C.将接好纸带的小车停在靠近滑轮处
D.将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处
(2)打下E点时纸带的速度计算公式为vE=　　　　　。(用给定字母表示)?
(3)经过测量并计算得到计时器在打B、C、D、E、F各点时物体的瞬时速度如下表,请根据表中得到的数据,以A点对应的时刻为t=0,在图丙所示坐标系中合理地选择标度,作出v-t图像。
对应点
B
C
D
E
F
速度(m/s)
0.14
0.18
0.22
0.26
0.30
丙
　　(4)利用该图像求得物体t=0时刻的速度v0=　　　　 m/s,求得物体的加速度a=　　　　。(结果保留2位有效数字)?
参考答案
自主预习
1.vn=xn+xn+12T　2.a=ΔvΔt　3.(1)滑轮　(3)电源　释放小车
课堂探究
【例题】 例题分析:本题是利用一段时间内的平均速度求某点的瞬时速度,并通过描点法作出v-t图像,利用图像的斜率求出匀加速直线运动的加速度a。
例题解答:(1)vB=1.38 m/s,vC=2.64 m/s,vD=3.90 m/s。
(2)如图所示为小车的v-t图像,根据图像求出a=12.6 m/s2。
核心素养专练
(1)AD
(2)(d5-d3)f10
(3)
(4)0.10　0.40

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