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实验1探究小车速度随时间变化的规律,一 实验目的,二 实验器材,三 实验步骤,四 数据处理,教材研读,五 误差分析,六 注意事项,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,考点三 实验拓展与实验创新,考点突破,一、实验目的,教材研读,1.练习正确使用打点计时器。 2.会根据纸带上的点迹求匀变速直线运动的瞬时速度、加速度。 3.会根据纸带上的点迹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图象,根据图象求加速度。,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连接好电路;,2.把细绳一端系在小车上并使细绳绕过滑轮,另一端挂合适的钩码,将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.换纸带重复三次实验,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T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,说明由实验数据得出v-t图象要注意两点 (1)根据表格中的v、t数据,在平面直角坐标系中仔细描点,对于每次实验,描出的几个点都大致落在一条直线上,如图所示。 (2)作一条直线,使同一次实验得到的各点尽量落到这 条直线上,落不到直线上的点,应均匀分布在直线的两 侧,这条直线就是本次实验的v-t图线,它是一条倾斜的 直线。,五、误差分析,1.根据纸带测量的位移有误差。 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图象并不是一条直线。 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。,六、注意事项,1.平行:纸带和细绳要和木板平行。 2.两先两后:实验中应先接通电源,后让小车运动;实验完毕应先断开电源,后取下纸带。 3.防止碰撞:应让小车在到达长木板末端前停止运动,要防止钩码落地和小车与滑轮相撞。,4.减小误差:小车的加速度要适当大些,可以减小测量长度时的误差,加速度大小以能在约50 cm的纸带上清楚地取出67个计数点时为宜。 5.纸带选取:选择一条点迹清晰的纸带,舍弃点迹密集部分,适当选取计数点。 6.准确作图:在坐标纸上,纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏而导致误差过大),仔细描点连线,不能连成折线,应作一条直线,让各点尽量落到这条直线上,落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧。,考点一实验原理与实验操作 根据纸带上两点间的位移x和时间t,算出纸带在这两点间的平均速度v=。在要求不是很高的情况下,可以用这个平均速度粗略地表 示物体在经过位移x内某一位置时的瞬时速度。,考点突破,例1在本节的实验中,打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz,记录小车运动的纸带如图所示,在纸带上选择6个计数点A、B、C、D、E、 F,相邻两计数点之间还有四个点未画出,各点到A点的距离依次是2.0 cm、5.0 cm、9.0 cm、14.0 cm、20.0 cm。 根据学过的知识可以求出打B点时小车的速度vB= m/s,C、E两点间的平均速度为 m/s。,答案0.250.45,解析相邻两个计数点间的时间间隔为0.1 s,所以vB= m/s= 0.25 m/s,= m/s=0.45 m/s,例2打点计时器是高中物理中重要的实验仪器,如图甲、乙所示是高中物理实验中常用的两种,请回答下面的问题。,(1)甲图是 打点计时器,电源采用的是 。 (2)乙图是 打点计时器,电源采用的是 。 (3)已知打点计时器所用交流电源的频率是f,用它记录一个运动小车的位移情况,打出的一条纸带和已选好的计数点0、1、2、3、4如图丙所示。某同学测量出1、2两点间的距离为x12,3、4两点间的距离为x34,由此可计算出1、2两点间的平均速度为;3、4两点间的平均速度为。,变式1某同学用如图甲所示的实验装置研究匀变速直线运动。,实验步骤如下: 安装好实验器材; 让小车拖着纸带运动,打点计时器在纸带上打下一系列小点,重复几次,选出一条点迹比较清晰的纸带,从便于测量的点开始,每五个点取一个计数点,如图乙所示; 测出x1、x2、x3。 结合上述实验步骤,请你继续完成下列问题: (1)实验中,除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长,木板、细绳、钩码、导线及开关外,在下列的仪器和器材中,必须使用的有 。 A.电压合适的50 Hz交流电源B.电压可调的直流电源 C.秒表D.刻度尺E.天平F.重锤G.弹簧测力计 H.滑动变阻器 (2)如果小车做匀加速直线运动,所得纸带如图乙所示,则x1、x2、x3的关系是,已知打点计时器打点的时间间隔是t,则打c点时小车的速度大小是。,名师点拨,1.如何选取纸带和计数点 要选取点迹清楚的纸带,舍掉开始比较密集的点迹,从便于测量的地方取一个开始点,然后每5个点取一个计数点,测量出相邻计数点间的距离。 2.判定物体运动的性质 通过研究纸带上各点之间的间距,可以判断物体的运动情况。若连续相等的时间间隔内的位移x1、x2、x3基本相等,则物体在实验误差允许,范围内做匀速运动。若x=xm-xn(xm、xn为纸带上相邻的两段位移)是一个定值,则物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动。 3.由纸带求物体的运动速度 “平均速度法”求速度:做匀变速直线运动的物体,物体在某段时间内中间时刻的瞬时速度等于这段时间内物体的平均速度,即vn=。,考点二实验数据处理与误差分析 1.用图象表示速度 物体运动的速度与时间的关系也可以用图象描述。以速度v为纵轴、时间t为横轴在方格纸上建立直角坐标系。根据实验中的v、t数据,在坐标系中描点。再用一条平滑曲线来“拟合”坐标系中描出的点,这条曲线反映了速度v与时间t的关系,如图所示。,2.实验中计算加速度的三种方法 (1)v-t图象法:先根据匀变速直线运动中,物体在某段时间的中间时刻的瞬时速度等于物体在这段时间内的平均速度,即vn=,求出打第n 个点时纸带的瞬时速度,然后作出v-t图象,图象的斜率即为小车运动的加速度。 (2)公式法:利用已测得的两组数据(tn,vn)和(tm,vm)代入公式a= 求解,这种方法计算得出的结果误差较大。,(3)根据x=aT2求a:如图所示的纸带,相邻两点的时间间隔为T,且满足x6-x5=x5-x4=x4-x3=x3-x2=x2-x1,即a1=,a2=,a3=,然后取平均值, 即=,这样可使所给数据全部得到利用,以提高准确性。,例3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点时小车的瞬时速度,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)如果当时电源中交变电流的频率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(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,某段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度可知: 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图象中,图线的斜率表示加速度,则a=(0.620.01) m/s2。 (5)加速度a=x,因为实际频率低于50 Hz,而计算时代入的仍是5 0 Hz,所以会造成测量值比实际值偏大。,变式2某同学用如图甲所示的实验装置分析匀变速直线运动,电火花计时器所接电源频率为50 Hz,图乙是他在实验中得到的一条纸带,他将选出的纸带舍去开始密集的点迹,然后从便于测量的点开始,每5个点取一个计数点,如图乙中A、B、C、D、E、F、G点所示,他把一个毫米刻度尺放在纸带上,其零刻线和计数点A(A为所选计数点中最早打下的点)对齐,试分析下列问题:,甲 乙 (1)读出相邻两点间的长度,进行下列计算并将结果填入表内(单位:cm),由此可得出:在误差允许的范围内,所以小车做运动,小车的加速度a=m/s2(保留两位有效数字)。 (2)该同学在图丙中已标出B、C、D、F计数点对应的坐标点,请你在该图中标出与E计数点对应的坐标点,并画出v-t图。根据图像求出小车通过A点时的瞬时速度vA=m/s(保留两位有效数字)。,丙,答案见解析,解析(1)连续相邻相等的时间间隔内的位移差如下表(单位: cm):,在误差允许的范围内,小车在任意两个连续相等的时间内的位移之差相等,可见小车做匀加速直线运动。 根据逐差法得: a= =m/s2,0.40 m/s2 (2)小车通过E点的瞬时速度为 vE=m/s0.24 m/s 所作的图像如图所示。图线在纵轴上的 截距表示小车通过A点时的瞬时速度,由 图可看出,小车通过A点时的瞬时速度vA= 0.08 m/s。,考点三实验拓展与实验创新,例4在暗室中用如图甲所示装置做“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流照亮,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值。 采集数据进行处理。 (1)实验中看到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”时频闪仪的闪光频率为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乙所示,根据数据测,得当地的重力加速度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):。,名师点拨 本实验还可以从以下方向进行创新 (1)原理演化,变式3(2017课标,22,5分)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动,用自制“滴水计时器”计量时间。实验前,将该计时器固定在小车旁,如图(a)所示。实验时,保持桌面水平,用手轻推一下小车。在小车运动过程中,滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴,图(b)记录了桌面上连续的6个水滴的位置。(已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴),(1)由图(b)可知,小车在桌面上是(填“从右向左”或“从左向右”)运动的。 (2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到 图(b)中A点位置时的速度大小为m/s,加速度大小为m/s2。 (结果均保留2位有效数字),
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