资源描述
实验一速度随时间变化的规律,基础过关,一、实验目的,1.练习正确使用打点计时器。,2.会利用纸带求匀变速直线运动的瞬时速度、加速度。,3.会利用纸带探究小车速度随时间变化的规律,并能画出小车运动的v-t图像,根据图像求加速度。,二、实验器材 电磁打点计时器(或电火花计时器),一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片。,三、实验步骤,1.按照如图所示实验装置,把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端,接好电源;,2.把一细绳系在小车上,细绳绕过滑轮,下端挂合适的钩码,纸带穿过打点计时器,固定在小车后面,调节滑轮的高度,使细绳与长木板平行;,3.把小车停靠在打点计时器处,先接通电源,后放开小车;,4.小车运动一段时间后,断开电源,取下纸带;,5.换纸带重复做三次,选择一条比较理想的纸带进行测量分析。,四、数据处理,1.利用纸带判断小车是否做匀变速直线运动的方法 (1)沿直线运动的小车在连续相等时间间隔的不同时刻的速度分别为v1、v2、v3、v4,若v2-v1=v3-v2=v4-v3=,则说明小车在连续相等时间内速度的增量相等,由此说明小车在做匀变速直线运动,即a= 。 (2)沿直线运动的小车在连续相等时间内的位移分别为x1、x2、x3、x4,若x=x2-x1=x3-x2=x4-x3=,则说明小车在做匀变速直线运动,且x=aT2。,2.速度、加速度的求解方法,1.根据纸带测量的位移有误差。,五、误差分析,2.电源频率不稳定,造成相邻两点的时间间隔不完全相等。,3.纸带运动时打点不稳定引起测量误差。,4.用作图法,作出的v-t图像并不是一条直线。,5.木板的粗糙程度并非完全相同,这样测量得到的加速度只能是所测量段的平均加速度。,考点一 实验原理与实验操作,考点二 实验数据处理与误差分析,考点突破,考点三 实验的拓展与创新,考点一实验原理与实验操作,例1(2016天津理综)某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动。 (1)(多选)实验中,必要的措施是。,A.细线必须与长木板平行 B.先接通电源再释放小车 C.小车的质量远大于钩码的质量 D.平衡小车与长木板间的摩擦力 (2)他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上,得到一条纸带,打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点,图中未画出)。s1=3.59 cm,s2=4.41 cm,s3=5.19 cm,s4=5.97 cm,s5=6.78 cm,s6=7.64 cm。则小车的加速度a=m/s2(要求充分利用测量的数据),打点计时器在打B点时小车的速度vB=m/s。(结果均保留两位有效数字),解析(1)若细线与长木板不平行,随着小车逐渐靠近滑轮,细线与水平方向的夹角增大,小车所受合力随之变化,因此小车的加速度发生变化,即小车不做匀变速直线运动,故细线必须与长木板平行,A选项必要。先接通电源,待打点计时器稳定工作后再释放小车,点迹按匀变速运动规律显现在纸带上;若先释放小车再接通电源,则开始阶段点迹不规律,误差较大,故B项必要。该实验研究小车的匀变速直线运动,与小车所受到的合力及合力大小的计算无关,故C、D项不必要。,答案(1)AB(2)0.800.40,(2)交流电的频率为f=50 Hz,相邻两计数点间的时间间隔t=0.1 s,由逐差 法可求小车的加速度 a=0.80 m/s2 打B点时小车的速度 vB= m/s=0.40 m/s,考点二实验数据处理与误差分析,例2在做“研究匀变速直线运动”的实验中: (1)实验室提供了以下器材:打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸、弹簧测力计。其中在本实验中不需要的器材是。 (2)如图甲所示是某同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带,纸带上相邻两计数点间还有四个点没有画出,打点计时器打点的时间间隔T=0.02 s,其中x1=7.05 cm、x2=7.68 cm、x3=8.33 cm、x4=8.95 cm、x5=9.61 cm、x6=10.26 cm。,甲 下表列出了打点计时器打下B、C、F时小车的瞬时速度,请在表中填入打点计时器打下D、E两点时小车的瞬时速度。,(3)以A点为计时起点,在坐标图乙中画出小车的速度-时间关系图线。 乙,(4)根据所画出的小车的速度-时间关系图线计算出小车的加速度a=m/s2。 (5)如果当时电网中交变电流的频率是f=49 Hz,而做实验的同学并不知道,由此引起的系统误差将使加速度的测量值比实际值偏(选填“大”或“小”)。,答案(1)弹簧测力计(2)0.8640.928 (3)见解析(4)(0.620.01)(5)大,解析(1)本实验中不需要测量力的大小,因此不需要的器材是弹簧测力计。 (2)根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可知 vD=0.864 m/s 同理可得vE=0.928 m/s (3)小车的速度-时间关系图线如图所示,(4)在v-t图像中,图线的斜率表示加速度,则a=(0.620.01) m/s2 (5)加速度a=xf2,因为实际频率低于50 Hz,而计算时代入的仍是50,Hz,所以会造成测量值比实际值偏大。,考点三实验的拓展与创新,本实验的创新主要表现为以下两点,1.情景拓展 A,B,2.数据处理 (1)加速度的获得:靠重物的拉力获得加速度长木板倾斜靠重力获得加速度。 (2)速度的测量方法:由打点纸带求速度测定遮光片的宽度d和遮光片通过光电门的挡光时间t,由v=求速度。 (3)加速度的测量方法:由打点纸带利用逐差法求加速度利用经过两个光电门的瞬时速度,由速度与位移关系式求加速度。,例3(2019扬州中学模拟)在暗室中用图示装置做“测定重力加速度”的实验。,实验器材有:支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺丝夹子、铝盒、一根荧光刻度的米尺、频闪仪。具体实验步骤如下: 在漏斗内盛满清水,旋松螺丝夹子,水滴会以一定的频率一滴滴地落下; 用频闪仪发出的白闪光将水滴照亮,由大到小逐渐调节频闪仪的频率直到第一次看到一串仿佛固定不动的水滴; 用竖直放置的米尺测得各个水滴所对应的刻度; 收集数据进行处理。,(1)实验中看到空间有一串仿佛固定不动的水滴时,频闪仪的闪光频率 满足的条件是: 。 (2)实验中观察到水滴“固定不动”时的闪光频率为30 Hz,某同学读出其中比较远的水滴到第一个水滴的距离如图,根据数据测得当地重力加速度g=m/s2;第8个水滴此时的速度v8=m/s。(结果都保留三位有效数字),(3)该实验存在的系统误差可能有(答出一条即可):。,答案(1)频闪仪的闪光频率等于水滴滴落的频率 (2)9.722.28 (3)存在空气阻力(或水滴滴落的频率变化等),解析(1)由于从大到小调节频闪仪的频率,实验中看到空间有一串仿佛固定不动的水滴时,频闪仪的闪光频率满足的条件是:频闪仪的闪光频率等于水滴滴落的频率;(2)由x=gT2和逐差法解得当地重力加速度g9.72 m/s2,第8个水滴此时的速度v8= m/s2.28 m/s; (3)该实验存在的系统误差可能有:存在空气阻力,水滴滴落的频率变化等。,(2018南通调研)某位同学在实验室使用打点计时器做匀变速直线运动实验:,随堂巩固,(1)电磁打点计时器和电火花计时器所使用的是电源(选填“交流”或“直流”),电火花计时器的工作电压是V。,(2)如图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。 已知打点计时器电源频率为50 Hz,则纸带上打相邻两点的时间间隔为; 选取A、B、C、D纸带上四个点,从图中读出A、B两点间距s=,cm;C点对应的速度是m/s,匀变速直线运动的加速度为m/s2。(计算结果均保留两位有效数字),答案(1)交流220(2)0.02 s0.700.505.0,解析(1)电磁打点计时器和电火花计时器使用的是交流电源,电火花计时器的工作电压是220 V。 (2)已知打点计时器电源频率为50 Hz,则纸带上打相邻两点的时间间隔为0.02 s;由图示刻度尺可知,其分度值为1 mm,A、B两点间的距离s=1.70 cm-1.00 cm=0.70 cm;由于做匀变速直线运动的物体在某段时间内平均速度就等于在该段时间内的中间时刻瞬时速度,故vC= m/s=0.50 m/s根据x=aT2可得物体的加速度a=,m/s2=5.0 m/s2。,
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