【物理】2018届一轮复习苏教版实验1探究速度随时间变化的规律教案 8页

实验一　探究速度随时间变化的规律 ‎● 实验目的 练习正确使用打点计时器，学会利用打上点的纸带研究物体的运动．‎ 掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法(Δx＝aT2)．‎ 测定匀变速直线运动的加速度．‎ ‎● 实验原理 ‎1．打点计时器 ‎(1)作用：计时仪器，当所用交流电源的频率f＝50 Hz时，每隔0.02 s打一次点．‎ ‎(2)工作条件 ‎(3)处理纸带数据时区分计时点和计数点：计时点是指打点计时器在纸带上打下的点．计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点，要注意“每5个点取一个计数点”与“每隔4个点取一个计数点”取点方法是一样的，时间间隔均为0.1 s.‎ ‎2．匀变速直线运动的判断 ‎(1)沿直线运动的物体在连续相等时间T内的位移分别为x1、x2、x3、x4…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…则说明物体在做匀变速直线运动，且Δx＝aT2.‎ ‎(2)利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度，作出物体运动的vt图象．若vt图线是一条倾斜的直线，则说明物体的速度随时间均匀变化，即做匀变速直线运动．‎ ‎3．由纸带求物体运动速度的方法 根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度vn＝.‎ ‎4．利用纸带求物体加速度的两种方法 ‎(1)逐差法：即根据x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T为相邻两计数点之间的时间间隔)，求出a1＝，a2＝，a3＝，再算出a1、a2、a3的平均值a＝＝×＝，即为物体的加速度．‎ ‎(2)图象法：以打某计数点时为计时起点，利用vn＝求出打各点时的瞬时速度，描点得vt图象，图象的斜率即为物体做匀变速直线运动的加速度．‎ ‎● 实验器材 电火花打点计时器或电磁打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸等. ‎ ‎● 实验过程 一、实验步骤 ‎1．仪器安装 ‎(1)把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路．‎ ‎(2)把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面．实验装置如图实11所示，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行．‎ 图实11‎ ‎2．测量与记录 ‎(1)把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次．‎ ‎(2)从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，从后边便于测量的点开始确定计数点，为了计算方便和减小误差，通常用连续打点五次的时间作为时间单位，即计数点的时间间隔为T＝0.1 s．正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离，并填入设计的表格中．‎ ‎(3)利用某一段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点的瞬时速度．‎ ‎(4)增减所挂钩码的个数，再重复实验两次．‎ 二、数据处理 ‎1．由实验数据得出vt图象 ‎(1)根据表格中的v、t数据，在直角坐标系中仔细描点．‎ ‎(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，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧，这条直线就是本次实验的vt图线，它是一条倾斜的直线，如图实12所示．‎ 图实12‎ ‎2．由实验得出的vt图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律 ‎(1)直接分析图象的特点得出．小车运动的vt图象是一条倾斜的直线，如图实13所示，当时间增加相同的值Δt时，速度也会增加相同的值Δv，由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化．‎ 图实13‎ ‎(2)通过函数关系进一步得出．既然小车的vt图象是一条倾斜的直线，那么v随t变化的函数关系式为v＝kt＋b，显然v与t 成线性关系，小车的速度随时间均匀变化．‎ ‎● 误差分析 ‎1．偶然误差 ‎(1)纸带上计数点间距测量有偶然误差，故要多测几组数据，以尽量减小误差．‎ ‎(2)用作图法作出的vt图象并不是一条直线．为此在描点时最好用坐标纸在纵、横轴上选取合适的单位，用细铅笔认真描点．‎ ‎2．系统误差 ‎(1)纸带运动时摩擦不均匀，打点不稳定引起误差，所以安装时纸带、细绳要与长木板平行，同时选择符合要求的交流电源的电压及频率．‎ ‎(2)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，为减小误差可在木板上铺一层白纸或换用气垫导轨．‎ ‎● 注意事项 ‎1．平行：纸带、细绳要和长木板平行．‎ ‎2．靠近：释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置．‎ ‎3．一先一后：实验时应先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带．‎ ‎4．防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地或小车与滑轮碰撞．‎ ‎5．减小误差：小车另一端挂的钩码个数要适当，避免速度过大而使纸带上打的点太少，或者速度太小，使纸带上打的点过于密集．‎ ‎6．准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位，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．‎ ‎● 实验改进 ‎1．用气垫导轨代替长木板或在木板上铺一层白纸以减小摩擦阻力．‎ ‎2．用频闪照相的方法或光电计时器代替打点计时器．‎ ‎●考向1　实验原理与操作 ‎　研究小车做匀变速直线运动的实验装置如图实14甲所示，其中斜面倾角θ可调．打点计时器的工作频率为50 Hz，纸带上计数点的间距如图乙所示，其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出．‎ 图实14‎ ‎(1)部分实验步骤如下：‎ A．测量完毕，关闭电源，取出纸带．‎ B．接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车．‎ C．将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连．‎ D．把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔．‎ 上述实验步骤的正确顺序是：________(用字母填写)‎ ‎(2)图乙中标出的相邻两计数点的时间间隔T＝______________s.‎ ‎(3)计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5＝________.‎ ‎(4)为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为a＝________.‎ ‎【规范解答】　(1)正确的实验步骤为D、C、B、A.‎ ‎(2)相邻两个计数点间的时间间隔T＝5× s＝0.1 s.‎ ‎(3)匀变速直线运动一段位移内的中间时刻的瞬时速度等于该段位移的平均速度，则计数点5对应的瞬时速度大小v5＝.‎ ‎(4)用逐差法求得小车的加速度 a＝.‎ ‎【答案】　(1)DCBA　(2)0.1　(3) ‎(4) ‎●考向2　实验数据处理与误差分析 ‎　实验中，如图实15所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔T＝0.1 s.‎ 图实15‎ ‎(1)根据纸带可判定小车做________运动．‎ ‎(2)根据纸带计算各点瞬时速度：vD＝________m/s，vC＝________m/s，vB＝________m/s.在如图实16所示坐标中作出小车的vt图线，并根据图线求出a＝________.‎ 图实16‎ ‎(3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度是________m/s，此速度的物理意义是_______________________________________________________________．‎ ‎【规范解答】　(1)根据纸带提供的数据可知 xBC－xAB＝xCD－xBC＝xDE－xCD＝12.60 cm，‎ 故小车做匀加速直线运动．‎ ‎(2)根据v＝可知 vD＝ m/s＝3.90 m/s vC＝ m/s＝2.64 m/s vB＝ m/s＝1.38 m/s 描点连线得如图所示vt图线，‎ 根据图线斜率知a＝12.60 m/s2.‎ ‎(3)由图知交点的速度约为0.12 m/s，表示零时刻小车经过A点的速度．‎ ‎【答案】　(1)匀加速直线 ‎(2)3.90　2.64　1.38　12.60 m/s2‎ ‎(3)0.12　表示零时刻小车经过A点的速度 ‎●考向3　创新实验设计 某同学获得一竖直上抛小球的频闪照片(如图实17所示)，已知频闪仪每隔0.05 s闪光一次，图中所标数据为实际距离．(当地重力加速度取9.8 m/s2，小球质量m＝0.2 kg，结果保留三位有效数字)‎ 图实17‎ ‎ (1)由频闪照片上的数据计算t4时刻小球的速度v4＝________m/s.‎ ‎(2)小球上升的加速度大小约为a＝________m/s2.‎ ‎(3)对(2)的数据进行分析，可得到的结论是_____________________________ _______________________________________________________________________________________________________________.‎ ‎【规范解答】　(1)做匀变速直线运动的物体，某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，故t4时刻的瞬时速度等于t3～t5时间段的平均速度，即 v4＝＝ m/s＝3.98 m/s.‎ ‎(2)由Δx＝aT2得，小球的加速度大小为a＝ ‎＝×10－2 m/s2‎ ‎＝10.0 m/s2.‎ ‎(3)小球的加速度大于重力加速度，是由于小球上升过程中受到空气阻力的作用．‎ ‎【答案】　(1)3.98　(2)10.0　(3)小球上升过程中受到空气阻力的作用