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文檔簡介
1、1 實驗:探究小車速度隨時間變化的規(guī)律,一、實驗?zāi)康?1.鞏固打點(diǎn)計時器的使用、紙帶數(shù)據(jù)處理和測量瞬時速度的方法。 2.通過實驗探究,體驗如何從實驗中獲取數(shù)據(jù),學(xué)會利用圖象處理實驗數(shù)據(jù)的科學(xué)方法。 3.分析小車在鉤碼牽引下速度隨時間變化的規(guī)律。,二、實驗原理 在時間間隔很短的情況下,某點(diǎn)的瞬時速度可用一段時間內(nèi)的平均速度表示,計算出某些時刻的瞬時速度,作出小車運(yùn)動的速度-時間圖象,判斷小車速度是否均勻變化。 三、實驗器材 電火花計時器(或電磁打點(diǎn)計時器)、電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、一端帶有滑輪的長木板、小車、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、坐標(biāo)紙。,四、實驗過程 1.實驗步驟 (1)如圖所示,把一端附有滑
2、輪的長木板放在實驗桌上,并使滑輪伸出桌面,把打點(diǎn)計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端,連接好電路。,(2)將一條細(xì)繩拴在小車上,將細(xì)繩跨過滑輪,下邊掛上適當(dāng)?shù)你^碼,使紙帶穿過打點(diǎn)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(diǎn)計時器處,先接通電源,后釋放小車,讓小車拖著紙帶運(yùn)動,打點(diǎn)計時器就在紙帶上打下一列小點(diǎn)。 (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。,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(diǎn),在后面便于測量的地方找一個開始點(diǎn),作為計數(shù)始點(diǎn),以后依次每五個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn),并標(biāo)明0、1、2
3、、3、4測量各計數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)的距離x,并填入表中。,分別計算出與所求點(diǎn)相鄰的兩計數(shù)點(diǎn)之間的距離x1、x2、x3 利用某點(diǎn)的瞬時速度等于以它為中間時刻的一小段時間內(nèi)的平均速度,求得各計數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5的瞬時速度,填入表格中。 根據(jù)表格中的數(shù)據(jù),分析小車速度隨時間變化的規(guī)律。,(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(diǎn)。 畫一條直線,讓這條直線通過盡可能多的點(diǎn),不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè),偏差比較大的點(diǎn)舍棄不用,如圖所示。 觀察所得到的直線,分析小車速度隨時間變化的規(guī)律。,【知識點(diǎn)撥】 實驗注意事項 (1)打點(diǎn)計時器紙帶限位器
4、要與長木板的中心線對齊后再固定在長木板上,使紙帶、小車、細(xì)繩和定滑輪在一條直線上。 (2)牽引小車的鉤碼質(zhì)量應(yīng)在25 g100 g為宜。若無鉤碼,也可以用沙子和小桶代替鉤碼,還可以用帶蓋小塑料瓶代替小桶。 (3)開始釋放小車時,應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計時器。 (4)先接通電源,計時器工作穩(wěn)定后,再釋放小車,當(dāng)小車停止運(yùn)動時及時斷開電源。,(5)測量長度時要用長刻度尺對齊各計數(shù)點(diǎn),在不移動刻度尺的前提下,讀出各計數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的刻度值,然后求得各相鄰計數(shù)點(diǎn)間的長度值,避免測量誤差的積累。 (6)在坐標(biāo)紙上畫v-t圖象時,注意坐標(biāo)軸單位長度的選取,使圖象分布在坐標(biāo)平面的大部分面積上。 (7)畫v-t圖象時,不
5、能用折線將坐標(biāo)系中所描繪的點(diǎn)連接起來,而應(yīng)該用一條平滑曲線(或直線)來“擬合”坐標(biāo)系上所描出的點(diǎn)。當(dāng)曲線不能通過所有點(diǎn)時,應(yīng)使點(diǎn)均勻分布在曲線兩側(cè)。,【知識點(diǎn)撥】 實驗誤差的來源 (1)使用電磁打點(diǎn)計時器測小車的運(yùn)動速度,多處摩擦?xí)绊懶≤嚨倪\(yùn)動,使用電火花計時器可較好地避免這些摩擦。 (2)所使用的電源頻率不穩(wěn)定,導(dǎo)致計時誤差。 (3)紙帶上計數(shù)點(diǎn)間距離的測量帶來偶然誤差,從而使計算出的瞬時速度有誤差。 (4)長木板各處的摩擦不均勻。 (5)作出的v-t圖線不準(zhǔn)確。,【規(guī)律方法】 有關(guān)“實驗器材”“數(shù)據(jù)處理”的總結(jié) (1)打點(diǎn)計時器相鄰兩點(diǎn)的時間間隔相同,因此打點(diǎn)計時器具有計時作用,常用于探
6、究有關(guān)運(yùn)動的實驗。 (2)圖象法處理數(shù)據(jù)直觀、精確,因而在數(shù)據(jù)處理中應(yīng)優(yōu)先選用。 (3)在用圖象法處理數(shù)據(jù)時,應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)跡落在圖線上,不在圖線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對稱分布在圖線兩側(cè);圖線應(yīng)光滑,不可有折線。,1.開始釋放小車時為何要求小車靠近打點(diǎn)計時器?打點(diǎn)完畢后為何要及時斷開電源? 提示:開始釋放小車時,使小車靠近打點(diǎn)計時器,這樣才能充分利用紙帶,從紙帶的一端開始打點(diǎn),而不至于從紙帶中間開始打點(diǎn),甚至打不上點(diǎn)。打點(diǎn)完畢,立即斷開電源,可以保護(hù)打點(diǎn)計時器,若使用電磁打點(diǎn)計時器,還可以防止復(fù)寫紙因局部打點(diǎn)次數(shù)過多而損壞。,2.計時點(diǎn)和計數(shù)點(diǎn)一樣嗎?一般如何選取計數(shù)點(diǎn)?這樣選取的目的是什么? 提示
7、:人為選取的計數(shù)點(diǎn)和打點(diǎn)計時器打出的計時點(diǎn)不一樣,相鄰兩計數(shù)點(diǎn)間還有計時點(diǎn)。一般在紙帶上每隔4個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn),即時間間隔為t=0.025 s=0.1 s。這樣選取的目的是便于測量和計算。,3.參看實驗步驟(2)中:“使細(xì)繩跨過滑輪,下邊掛上適當(dāng)?shù)你^碼”其中,你對“適當(dāng)?shù)你^碼”如何理解? 提示:鉤碼的個數(shù)決定小車所受的牽引力,小車在不同牽引力作用下的運(yùn)動不同,若鉤碼個數(shù)過多,則在紙帶上打的點(diǎn)過少,若鉤碼個數(shù)過少,則在紙帶上打的點(diǎn)過密,這兩種情況都不利于進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)的分析。所以掛適當(dāng)?shù)你^碼的目的是使紙帶受適中的拉力,從而使紙帶運(yùn)動的速度適中,紙帶上的點(diǎn)疏密適中。,實驗步驟 【典例1】在“探究小車
8、速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中,按照實驗進(jìn)行的先后順序,將下列步驟的代號填在橫線上_。 A.把穿過打點(diǎn)計時器的紙帶固定在小車的后面 B.把打點(diǎn)計時器固定在長木板的沒有滑輪的一端,并連好電路 C.換上新的紙帶,再重復(fù)做兩次 D.把長木板平放在實驗桌上,并使滑輪伸出桌面,E.使小車停在靠近打點(diǎn)計時器處,接通電源,放開小車,讓小車運(yùn)動 F.把一條細(xì)繩拴在小車上,細(xì)繩跨過定滑輪,下邊掛上合適的鉤碼 G.斷開電源,取下紙帶,【思路點(diǎn)撥】熟悉“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的操作流程是解答此類問題的關(guān)鍵。,【解析】正確的實驗步驟是:把長木板平放在實驗桌上,并使滑輪伸出桌面,把打點(diǎn)計時器固定在長木板的一端,
9、并連好電路,把一條細(xì)繩拴在小車上,細(xì)繩跨過定滑輪,另一端掛上合適的鉤碼,把穿過打點(diǎn)計時器的紙帶固定在小車后面,使小車停在靠近打點(diǎn)計時器處,先接通電源,再放開小車,讓小車運(yùn)動,打完一條紙帶,斷開電源取下紙帶,換上新的紙帶,重復(fù)做兩次。故正確順序是DBFAEGC。 答案:DBFAEGC,實驗數(shù)據(jù)處理 【典例2】(2012西寧高一檢測)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中,如圖所示為記錄小車運(yùn)動情況的一條紙帶,圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數(shù)點(diǎn),相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔T0.1 s。,(1)計算D、C、B各點(diǎn)的瞬時速度,vD_ m/s,vC _ m/s,vB _ m/s。 (2)在如圖所示坐標(biāo)系
10、中作出小車的v- 圖象,并根據(jù)圖象求出a _。 (3)將圖線延長與縱軸相交,交點(diǎn)的速 度是_,此速度的物理意義是 _。,【解析】(1)若時間較小,平均速度可以代替某點(diǎn)的瞬時速度。 D點(diǎn)的瞬時速度 =390 cm/s=3.9 m/s C點(diǎn)的瞬時速度 =264 cm/s=2.64 m/s B點(diǎn)的瞬時速度 =138 cm/s=1.38 m/s (2)由(1)中數(shù)據(jù)作出小車的v-t圖象如圖所 示,由圖線的斜率可求得它的平均加速度 (3)將圖線延長后,與縱軸的交點(diǎn)的速度約 是v=0.12 m/s,它表示小車經(jīng)過A點(diǎn)時的速度。,答案:(1)3.9 2.64 1.38 (2)圖見解析 12.6 m/s2 (3)0.12 m/s 小車經(jīng)過A點(diǎn)時的速度,
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