第二章 勻變速直線運動的研究,1 實驗:探究小車速度隨時間變化的規(guī)律,一、實驗?zāi)康?1.進一步練習(xí)使用打點計時器及利用紙帶求速度。 2.學(xué)會利用實驗數(shù)據(jù)計算各點瞬時速度的方法。 3.學(xué)會用圖象法處理實驗數(shù)據(jù),并能根據(jù)v-t圖象描述小車運動速度隨時間的變化規(guī)律。 二、實驗原理 1.瞬時速度的求法:計算打各計數(shù)點時小車的速度,應(yīng)在計數(shù)點附近取一段很短的時間t,用t內(nèi)的平均速度當(dāng)作打該計數(shù)點時小車的瞬時速度。(學(xué)完本章第3節(jié)后可根據(jù)勻變速直線運動某段時間中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度,即 。求出打第n個計數(shù)點時紙帶的瞬時速度) 2.用描點法畫出小車的v-t圖象,圖線的傾斜程度表示加速度的大小,如果v-t圖象是一條傾斜的直線,說明物體的速度是均勻變化的。,三、實驗器材 打點計時器、學(xué)生電源、復(fù)寫紙、紙帶、導(dǎo)線、一端帶有滑輪的長木板、小車、細繩、鉤碼、刻度尺、坐標(biāo)紙。,四、實驗步驟 1.按圖所示,把附有滑輪的長木板平放在實驗桌上,并使滑輪伸出桌面。把打點計時器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,使細繩跨過定滑輪,下邊掛上合適的鉤碼。把紙帶穿過打點計時器,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,先接通電源,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系列小點,隨后立即關(guān)閉電源。 4.換上新的紙帶,重復(fù)實驗兩次。 5.增減所掛鉤碼,按以上步驟再做兩次實驗。,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,一、數(shù)據(jù)處理 1.紙帶的選取和處理 (1)多條紙帶中選取一條點跡清晰且點跡排成直線的紙帶進行處理。 (2)舍掉開頭一段過于密集的點,找一個適當(dāng)?shù)狞c作計時起點,為了減少測量誤差和便于計算,每隔4個“計時點”選取一個“計數(shù)點”進行測時,相鄰計數(shù)點的時間間隔為0.1秒。 (3)測量距離時從選取的計時起點到各個計數(shù)點的距離。,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,2.數(shù)據(jù)處理 (1)表格法: 從幾條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶,舍掉開始一些比較密集的點,在后面便于測量的地方找一個開始點,作為計數(shù)始點,以后依次每五個點取一個計數(shù)點,并標(biāo)明0、1、2、3、4、,測量各計數(shù)點1、2、3、到計數(shù)點0的距離x,并記錄在表中。,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,分別計算出與所求點相鄰的兩計數(shù)點之間的距離x1、x2、x3、。 利用一段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求得各計數(shù)點1、2、3、4、5的瞬時速度,填入上面的表格中。 根據(jù)表格的數(shù)據(jù),分析速度隨時間怎么變化。,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,(2)圖象法: 在坐標(biāo)紙上建立直角坐標(biāo)系,橫軸表示時間,縱軸表示速度,并根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點。,畫一條直線,讓這條直線通過盡可能多的點,不在線上的點均勻分布在直線的兩側(cè),偏差比較大的點忽略不計,如圖所示。 觀察所得到的直線,分析物體的速度隨時間的變化規(guī)律。,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,二、實驗注意事項 1.開始釋放小車時,應(yīng)使小車靠近打點計時器。 2.應(yīng)該是先接通電源,再釋放小車。 3.斷開電源,取下紙帶。 4.如打出的點較輕或是短線時,應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫紙的高度。 5.選擇一條理想的紙帶,“理想”是指紙帶上的點跡清晰,舍棄點密集的部分,適當(dāng)選取計數(shù)點(注意計數(shù)點與計時點的區(qū)別),弄清楚所選時間間隔T等于多少秒。 6.每打好一條紙帶,將定位軸上的復(fù)寫紙換個位置,以保證打點清晰。 7.不要分段測量各段位移,應(yīng)盡可能地一次測量完畢(可先統(tǒng)一量出各計數(shù)點到計數(shù)起點0之間的距離)。讀數(shù)時應(yīng)估讀到毫米的下一位。,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,三、誤差分析 1.木板的粗糙程度不同,摩擦不均勻。 2.根據(jù)紙帶測量的位移有誤差,從而計算出的瞬時速度有誤差。 3.作v-t圖象時單位選擇不合適或人為作圖不準(zhǔn)。,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,【例題1】 在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中,某同學(xué)有如下操作步驟,其中錯誤或遺漏的步驟有(遺漏步驟可編上序號G、H) A.拉住紙帶,將小車移至靠近打點計時器處放開紙帶,再接通電源 B.將打點計時器固定在平板上沒有滑輪的一端,并接好電路 C.把一條細繩拴在小車上,細繩跨過定滑輪,下面吊著適當(dāng)重的鉤碼 D.取下紙帶 E.將平板一端抬高,輕推小車,使小車能在平板上做勻速運動 F.將紙帶固定在小車尾部,并穿過打點計時器的限位孔 (1)所列步驟中有錯誤的是 。 (2)遺漏的步驟: 。 (3)將以上步驟完善后寫出合理的步驟順序: 。,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,解析:(1)步驟A中應(yīng)先通電,再放紙帶,順序不能顛倒;D中取下紙帶前應(yīng)先斷開電源。 (2)遺漏的步驟G:換上新紙帶,重復(fù)實驗三次。 (3)步驟完善后,合理的實驗步驟順序為BFECADG。 答案:見解析,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,【例題2】 導(dǎo)學(xué)號19970035電磁打點計時器和電火花計時器都是一種計時儀器,電源的頻率為50 Hz,在探究“小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中,當(dāng)物體做勻加速直線運動時,某同學(xué)得到了幾條較為理想的紙帶,他已在每條紙帶上按每5個點取好一個計數(shù)點,即兩計數(shù)點之間的時間間隔為0.1 s,依打點的先后順序編為0、1、2、3、4、5、6,測得 x1=1.40 cm,x2=1.90 cm,x3=2.38 cm,x4=2.88 cm, x5=3.39 cm,x6=3.87 cm。那么:,(1)在計時器打點1時,小車的速度為v1= cm/s;,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,(2)根據(jù)下表在平面直角坐標(biāo)系中作出v-t圖象(以第0點為t=0時刻)。,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,(3)將圖線延長與縱軸相交,交點的速度大小是 cm/s,表示的物理意義是 。 (4)根據(jù)圖象求得小車運動的加速度為 m/s2。 點撥:物體做勻變速運動時,中間時刻的瞬時速度等于這一過程的平均速度。在v-t圖象中,圖線的斜率表示物體的加速度。,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,解析:(1)相鄰計數(shù)點間的時間間隔T=0.1 s。計時器打點1時,小車的速度為,(2)圖象如圖所示,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,(3)從圖象上可以讀出交點的速度大小是12 cm/s,表示打第0點時小車的瞬時速度。 (4)圖線的斜率表示小車運動的加速度,即,答案:(1)16.50 (2)見解析圖 (3)12 打第0點時小車的瞬時速度 (4)0.50,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,1,2,3,4,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,1.在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中,下列說法錯誤的是( ) A.木板不能側(cè)向傾斜,也不能一端高一端低 B.在釋放小車前,小車應(yīng)停在靠近打點計時器的位置 C.應(yīng)先接通電源,待打點計時器打點穩(wěn)定后再釋放小車 D.要在小車到達滑輪前使小車停止運動 解析:木板不能側(cè)向傾斜是對的,否則小車在運動中不能沿直線運動,很有可能側(cè)向滑離木板;但如果一端高一端低,小車仍然做勻變速直線運動,這樣對實驗并沒有影響。 答案:A,1,2,3,4,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,2.(多選)關(guān)于紙帶上打點間隔的分析,下列說法正確的是 ( ) A.沿著點跡運動的方向看去,點間距離越來越小,說明紙帶在做加速運動 B.沿著點跡運動的方向看去,點間距離越來越小,說明紙帶在做減速運動 C.紙帶上點間間隔相等,表示紙帶是勻速運動的 D.紙帶上點間間隔相等,表示紙帶是變速運動的 解析:紙帶上點間間隔相等,由 知紙帶運動是勻速的,若沿點跡運動的方向看去,點間距離越來越小,即x變小而時間t不變,說明紙帶在做減速運動。 答案:BC,1,2,3,4,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,3.在用打點計時器“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中,關(guān)于計數(shù)點間時間間隔的下列說法中正確的是( ) A.每隔四個點取一個計數(shù)點,則計數(shù)點間的時間間隔為0.10 s B.每隔四個點取一個計數(shù)點,則計數(shù)點間的時間間隔為0.08 s C.每隔五個點取一個計數(shù)點,則計數(shù)點間的時間間隔為0.10 s D.每隔五個點取一個計數(shù)點,則計數(shù)點間的時間間隔為0.08 s 解析:本實驗用的電源為50 Hz的交變電流,則相鄰兩點間的時間間隔為T= s=0.02 s,所以每隔4個點取一個計數(shù)點時計數(shù)點間的時間間隔為0.10 s,選項A正確,B錯誤;每隔5個點取一個計數(shù)點則有6個時間間隔,總間隔為0.02×6 s=0.12 s,選項C、D錯誤。 答案:A,1,2,3,4,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,4. 某同學(xué)在探究勻變速直線運動實驗中獲得一條紙帶,如圖所示。,(1)已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz,則紙帶上打相鄰兩點的時間間隔為 。 (2)A、B、C、D是紙帶上的四個計數(shù)點,每兩個相鄰計數(shù)點間有四個點沒有畫出,從圖中讀出A、B兩點間距 s= ;C點對應(yīng)的速度是 (計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。,1,2,3,4,實驗指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測,答案:(1)0.02 s (2)0.70 cm 0.100 m/s,