高中物理第二章 匀变速直线运动的研究 1.docx
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高中物理第二章匀变速直线运动的研究1
1 实验:
探究小车速度随时间变化的规律
[学习目标]1.进一步练习使用打点计时器.2.会利用平均速度求瞬时速度.3.会利用v-t图象处理实验数据,并据此判断物体的运动性质.4.能根据实验数据求加速度.
一、实验原理
1.利用纸带计算瞬时速度:
以纸带上某点为中间时刻取一小段位移,用这段位移的平均速度表示这点的瞬时速度.
2.用v-t图象表示小车的运动情况:
以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系,用描点法画出小车的v-t图象,图线的倾斜程度表示加速度的大小,如果v-t图象是一条倾斜的直线,说明小车的速度是均匀变化的.
二、实验器材
打点计时器(带导线)、交流电源、纸带、一端附有定滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、复写纸、坐标纸.
三、实验步骤
1.如图1所示,把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面,打点计时器固定在长木板没有滑轮的一端,连接好电路.
图1
2.把一条细绳拴在小车上,使细绳跨过滑轮,下面挂上适当的钩码,把纸带穿过打点计时器,并把纸带的一端连在小车的后面.
3.把小车停在靠近打点计时器的位置,先接通电源,后释放小车(填“接通电源”或“释放小车”),让小车拖着纸带运动,打点计时器就在纸带上打下一行小点,随后立即关闭电源.
4.换上新纸带,重复操作两次.
四、数据处理
1.采集数据
如图2所示,一般不是直接测量相邻两个计数点间的距离,而是先测量出各个计数点到计时零点的距离x1、x2、x3、x4、x5,再计算出相邻的两个计数点间的距离.Δx1=x1,Δx2=x2-x1,Δx3=x3-x2,Δx4=x4-x3,Δx5=x5-x4.
图2
2.求各计数点的瞬时速度
(1)各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替,即v1=
,v2=
,…
T为相邻两个计数点间的时间间隔,若交流电源频率为50Hz,每5个点取一个计数点(中间隔4个点),则T=0.1s.
(2)设计表格并记录相关数据
位置编号
1
2
3
4
5
6
7
时刻t/s
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
v/(m·s-1)
3.作出小车运动的v-t图象
(1)定标度:
坐标轴的标度选取要合理,应使图象大致布满坐标纸.
(2)描点:
在坐标纸上描出各个坐标点的位置.
(3)连线:
用一条平滑的曲线或直线“拟合”这些点.
4.分析数据并求出加速度
(1)如果画出的v-t图象是一条倾斜的直线,说明小车做速度均匀变化的直线运动.图象和纵轴的交点表示开始计时时小车的速度.
(2)求出小车的加速度
在v-t图象上任意取两个间隔较远的点(这两个点不一定是我们表格中已测得的点),找出它们的坐标值,然后把它们的坐标值代入公式a=
中求出加速度,即用图线的斜率求加速度.
五、注意事项
1.开始释放小车时,应使小车靠近(填“靠近”或“远离”)打点计时器.
2.先接通电源,等打点稳定后,再释放小车(填“接通电源”或“释放小车”).
3.打点完毕,立即关闭电源.
4.选取一条点迹清晰的纸带,舍掉开头点迹密集部分,选取适当的计数点(注意计数点与计时点的区别),弄清楚所选的时间间隔T等于多少.
5.不要分段测量各段距离,应尽可能地一次测量完毕(可统一量出各计数点到计数起点0之间的距离).
6.在坐标纸上画v-t图象时,注意坐标轴单位长度的选取,应使图象大致布满坐标纸.
一、实验器材和操作
例1 某同学按图3所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验.
图3
(1)图中仪器A叫做________计时器,使用220V________电源(选填“交流”或“直流”),释放小车前,小车应停在________(填“靠近”或“远离”)仪器A的位置.
(2)使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中,有以下基本步骤:
A.松开纸带让物体带着纸带运动B.穿好纸带
C.把计时器固定好D.接通电源,进行打点
以上步骤的正确顺序是________.
★答案★
(1)电火花 交流 靠近
(2)CBDA
解析
(1)题图中仪器A叫做电火花计时器,使用220V交流电源,实验过程中,放开小车前,小车要靠近打点计时器;
(2)使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中,基本步骤为:
先把计时器固定好,穿好纸带,再接通电源,进行打点,之后松开纸带让物体带着纸带运动,故正确的顺序是CBDA.
【考点】实验器材和操作
【题点】实验操作过程
二、实验数据处理
例2 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,如图4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(A点为第一个点),相邻计数点间的时间间隔T=0.1s.
图4
(1)根据______计算各点的瞬时速度,则vD=______m/s,vC=______m/s,vB=______m/s.
(2)在如图5所示坐标系中画出小车的v-t图线,并根据图线求出a=________.
图5
(3)将图线延长与纵轴相交,交点的速度的物理意义:
_____________________________.
★答案★
(1)利用某段时间内的平均速度表示中间时刻的瞬时速度 3.90 2.64 1.38
(2)见解析图 12.6m/s2
(3)表示零时刻小车经过A点的速度大小
解析
(1)若时间较短,平均速度可以代替中间时刻的瞬时速度.
D点的瞬时速度vD=
=
=390cm/s=3.90m/s
C点的瞬时速度vC=
=
=264cm/s=2.64m/s
B点的瞬时速度vB=
=
=138cm/s=1.38m/s
(2)由
(1)中数据画出小车的v-t图象如图所示,由图线的斜率可求得小车的加速度
a=
=12.6m/s2
(3)将图线延长后,与纵轴的交点的速度表示零时刻小车经过A点的速度大小.
【考点】实验数据的处理
【题点】v-t图象描绘及加速度的求解
1.处理纸带时,一定要分清计时点和计数点,搞清计数点之间的时间间隔T.
2.利用极限思想将平均值过渡到瞬时值是物理学中常用的方法.纸带上某点的瞬时速度等于以此点为中间时刻的前、后相邻两点间的平均速度.
3.标度的选择要结合数据及其分布特点制定,以使图象在坐标系中合理分布,大小适中.
1.(实验器材和操作)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,所需器材有:
打点计时器(带导线)、长木板、纸带、复写纸、小车、钩码、细线,此外还需要的器材有( )
A.直流电源、天平及砝码
B.直流电源、毫米刻度尺
C.交流电源、天平及砝码
D.交流电源、毫米刻度尺
★答案★ D
解析 在实验中无需测小车质量,故不用天平和砝码;测量纸带数据需要使用毫米刻度尺;打点计时器使用的是交流电源,故D正确.
【考点】实验器材和操作
【题点】实验器材
2.(实验器材和操作)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,下列说法正确的是( )
A.小车在钩码的牵引下运动时只需打一条纸带,然后进行数据处理
B.为使测量更为严谨,应把打下的第一个点作为第一个测量点
C.为了便于测量,应舍掉开头一些过于密集的点,找一个适当的点当作计时起点
D.两相邻计数点间的时间间隔必须是0.1s
★答案★ C
解析 小车在钩码的牵引下运动时,需要采用多次测量,打出多条纸带,进行数据处理,有利于减小误差,故A错误;纸带上开始时打的点比较密集,点距过小,测量误差较大,故应舍去,找一个适当的点当作计时起点,故B错误,C正确;选取计数点,可增加测量距离,减小测量过程所产生的误差,两相邻计数点间的时间间隔不一定取0.1s,故D错误.
【考点】实验器材和操作
【题点】实验操作过程
3.(实验器材和操作)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,某同学进行了以下实验操作步骤,试找出其中错误和遗漏的步骤(遗漏步骤已编上序号G).
A.拉住小车,将小车移到靠近打点计时器的一端后,放开小车,再接通电源
B.将打点计时器固定在长木板无滑轮的一端,并接好电路
C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面挂上适当的钩码
D.取下纸带,再断开电源
E.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔
F.从所打的纸带中选取理想的纸带进行测量分析
错误和遗漏:
(1)________________________________________________________________________;
(2)________________________________________________________________________;
(3)G.______________________________________________________________________;
正确的步骤顺序为________________________.
★答案★
(1)A中应先接通电源,再放开小车
(2)D中应先断开电源,再取下纸带 (3)换上新纸带,重复操作两次 BECADGF
【考点】实验器材和操作
【题点】实验操作过程
4.(实验数据的处理)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,下列说法不正确的是( )
A.纸带上可以每隔任意相同数量的点选取一个计数点
B.使用刻度尺测量长度时,要进行估读
C.作v-t图象时,所描曲线必须经过每一个点
D.在数据处理时,常用公式法和图象法
★答案★ C
解析 实验中可以每隔任意相同数量的点选取一个计数点,A对;使用刻度尺测量长度时,要进行估读,B对;作v-t图象时,应使尽量多的点落在线上,离线较远的点舍弃,C错;处理数据时,常选择公式法和图象法,D对.
【考点】实验数据的处理
【题点】实验数据的处理
5.(实验数据的处理)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图6甲所示,并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点,每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出,电火花计时器接220V、50Hz交流电源.他经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时小车的瞬时速度如下表:
对应点
B
C
D
E
F
速度(m/s)
0.141
0.185
0.220
0.254
0.301
图6
(1)设电火花计时器的打点周期为T,计算vF的公式为vF=________;
(2)根据
(1)中得到的数据,以A点对应的时刻为t=0,试在图乙所示坐标系中合理地选择标度,作出v-t图象.
(3)利用该图象求小车的加速度a=________m/s2;(结果保留2位有效数字)
(4)如果当时电网中交变电流的电压变成210V,而做实验的同学并不知道,那么加速度的测量值与实际值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”).
★答案★
(1)
(2)见解析图 (3)0.40 (4)不变
解析
(1)若时间较短,平均速度可代替中间时刻的瞬时速度,电火花计时器的打点周期为T,
所以从E点到G点时间为10T,有:
vF=
.
(2)根据图中数据,利用描点法作出图象如图:
(3)图象斜率大小等于加速度大小,故a=
=0.40m/s2.
(4)电网电压变化,并不改变打点的周期,故测量值与实际值相比不变.
【考点】实验数据的处理
【题点】v-t图象的描绘及加速度的求解
6.(实验数据的处理)如图7所示为一次记录小车运动情况的纸带,图中A、B、C、D、E、F、G为相邻的计数点,相邻计数点的时间间隔T=0.1s.
图7
(1)在图8所示的坐标系中作出小车的v-t图线.
图8
(2)将图线延长与纵轴相交,交点的速度大小是______cm/s,此速度的物理意义是______.
(3)小车的加速度为________.(保留3位有效数字)
★答案★
(1)见解析图
(2)11.50 表示A点的瞬时速度 (3)0.495m/s2
解析 根据图中数据计算出各点的速度,然后描点连线作出图象,如图所示.
从图象上可以看出,将图线延长与纵轴相交,交点的速度大小是11.50cm/s,此速度的物理意义是表示A点的瞬时速度,在v-t图象中的斜率大小表示加速度的大小,求得加速度a=0.495m/s2.
【考点】实验数据的处理
【题点】v-t图象的描绘及加速度的求解
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- 高中物理第二章 匀变速直线运动的研究 高中物理 第二 变速 直线运动 研究