資源簡介

2.1實驗：探究小車速度隨時間變化的規律 導學案
【實驗目的】(1)進一步練習使用打點計時器； (2)會利用平均速度求瞬時速度；
(3)會利用v－t圖象處理實驗數據，并據此判斷物體的運動性質；
(4)能根據實驗數據求加速度．
【實驗器材】打點計時器、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、復寫紙片（墨粉紙盤）、細繩、鉤碼、 、導線、 。
【實驗步驟】
(1)如圖所示，把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把 固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路；
(2)把一條細繩拴在小車上，使細繩跨過滑輪，下邊掛上鉤碼，把 穿過打點計時器，并把紙帶的一端固定在小車的后面。
(3)把小車停在靠近打點計時器處，接通電源后，釋放小車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一列小點。
(4)換上新的紙帶，重復實驗兩次。 (5)增減所掛鉤碼，按以上步驟再做兩次實驗。
【注意事項】
1.開始釋放小車時，應使小車 （填“靠近”或“遠離”）打點計時器。
2.先 ，計時器工作后，再 ，當小車停止運動時及時 。
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，從而使誤差增大，加速度的大小以能在50cm長的紙帶上清楚地取得六、七個計數點為宜。
5.要區別計時器打出的點與人為選取的計數點，一般在紙帶上 取一個計數點，即時間間隔 為T＝0.02s×5＝0.1s。
6.不要分段測量各段位移，應盡可能地一次測量完畢(可先統一量出各計數點到計數起點O之間的距離)。讀數時應估讀到毫米的下一位。
7.描點時最好用坐標紙，在縱、橫軸上選取合適的單位，用細鉛筆認真描點。（擬合法）
【數據分析與處理】
分析小車的運動情況
1.紙帶的選取：從三條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開頭一些過于密集的點，選點跡清晰的點，在后面便于測量的地方找一個開始點來確定計數點．（思考：這個開始點是否具有初速度？）
2.采集數據的方法：如圖所示，一般不是直接測量相鄰兩個計數點間的距離，而是先測量出各個計數點到計數零點的距離x1、x2、x3、x4、x5，再計算出相鄰的兩個計數點的距離．Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4.
3.速度的計算方法：各計數點對應的瞬時速度用平均速度來代替，即v1＝，v2＝，…(T為相鄰兩個計數點間的時間間隔)
4.加速度的計算方法
①平均值法：各相鄰計數點間加速度，，…，，算出的5個加速度的平均值為所求的加速度，即.從結果上看，真正參與運算的只有和，中間各點的瞬時速度在運算中都未起作用。
②逐差法：，，，則加速度的平均值。這樣使各點的瞬時速度都參與運算，可減小誤差，計算更為準確。
③v-t圖像法：由多組數據描繪出v-t圖像，利用v-t圖像的斜率等于加速度可得出小車的加速度。
④等效替代法：鑒于紙帶的寬度相同，可以采用選擇一條清晰的紙帶，標上計數點，然后將紙帶從相鄰的計數點剪下，連續剪4~5段，然后底邊對齊并列貼在有格子的紙上，如右圖所示，紙帶的排列呈階梯狀，反映了物體運動的規律，因為每段的長度對應物體相等時間的位移，所以紙帶長度正比于運動速度，而紙帶的寬度等效為時間，紙帶長度均勻增加，由此這個圖像可以等效為v-t圖像。從圖中可以看出物體運動速度均勻增加。
【誤差分析】
1.木板的粗糙程度不同，摩擦不均勻．
2.電源頻率不穩定導致的計時誤差。
3.根據紙帶測量的位移有誤差，從而計算出的瞬時速度有誤差．
4.作v－t圖象時單位選擇不合適或人為作圖不準確帶來誤差．
【數據分析】
應用：（1）通過下圖紙帶可得，兩個計數點的時間間隔為T。則：物體加速度a1=______________，3位置的瞬時速度為_____________.(字母表示)
(2)通過第二條紙帶可得，兩個計數點的時間間隔為T。則：物體加速度a2=_____________，D位置的瞬時速度為_____________.(字母表示)
【創新實驗】
1.為測定氣墊導軌上滑塊的加速度,滑塊上安裝了寬度為的遮光板.滑塊先后通過兩個光電門,先后通過兩個光電門的時間分別是和,遮光板從開始遮住第一個光電門到開始遮住第二個光電門的時間為,求滑塊的加速度 .(保留一位有效數字)
思考：為減小實驗誤差，可采取的方法是（______）
A．增大兩擋光片寬度 B．減小兩擋光片寬度
C．增大兩擋光片間距 D．減小兩擋光片間距
2.右圖是小球向下做勻加速直線運動的頻閃照片示意圖，頻閃儀每隔0.04s閃光一次，思考：如何測量該物體運動的加速度？有幾種方法？（照片中的數字是小球落下的距離，單位是厘米）
練習1:在“探究小車速度隨時間變化的規律”的實驗中，打點計時器接在50 Hz的低壓交變電源上，某同學在打出的紙帶上每5點取一個計數點，共取了A、B、C、D、E、F六個計數點（每相鄰兩個計數點間的四個點未畫出），如圖所示，從每一個計數點處將紙帶剪開分成五段（分別為a、b、c、d、e段），將這五段紙帶由短到長緊靠但不重疊地粘在xOy坐標系中，如下圖所示。
(1)請你在xOy坐標系中用最簡潔的方法作出能表示v-t關系的圖線，并指出哪個軸相當于v軸？
(2)從第一個計數點開始計時，為了求出t=0.15 s時刻的瞬時速度，需要測出哪一段
紙帶的長度？ （填“a”“b”“c”“d”或“e”）
(3)若測得a段紙帶的長度為2.0 cm，e段紙帶的長度為10.0 cm，則可求出加速度的大小為 .
練習2:一小車拖著穿過打點計時器的紙帶從斜面上沿直線均加速滑下。由于粗心，不小心把紙帶弄成了三段，并把中間一段丟失了，圖乙是打出的完整紙帶中剩下的兩端。這兩段紙帶是小車運動的最初和最后兩段時間分別打出的紙帶，已知打點計時器使用的交流電頻率為50Hz，即圖乙與兩個計時點間的時間間隔為0.02s。請根據圖乙給出的數據回答下列問題：（1）紙帶的_____（填“右端”或“左端”）與小車相連。（2）打紙帶上A點時小車的瞬時速度大小vA= ________m/s（結果保留三位有效數字）。（3）紙帶上DE之間的距離xDE=_____cm（結果保留三位有效數字）。（4）丟失的中間一段紙帶上應該有_____個計時點。

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