1、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.
2、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
3、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
4、。,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
5、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
6、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 0.25 0.45,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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、-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.
12、 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)0.864 0.928 (3)见解析 (4)(0.620.01) (5)大,解析 (1)本实验中不
13、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
14、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,
15、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
16、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
17、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),
