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1、實驗1探究小車速度隨時間變化的規(guī)律,一 實驗?zāi)康?二 實驗器材,三 實驗步驟,四 數(shù)據(jù)處理,教材研讀,五 誤差分析,六 注意事項,考點一 實驗原理與實驗操作,考點二 實驗數(shù)據(jù)處理與誤差分析,考點三 實驗拓展與實驗創(chuàng)新,考點突破,一、實驗?zāi)康?教材研讀,1.練習正確使用打點計時器。 2.會根據(jù)紙帶上的點跡求勻變速直線運動的瞬時速度、加速度。 3.會根據(jù)紙帶上的點跡探究小車速度隨時間變化的規(guī)律,并能畫出小車運動的v-t圖象,根據(jù)圖象求加速度。,二、實驗器材 電磁打點計時器(或電火花計時器)、一端附有定滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙片。,三、實驗步驟,1.按照如圖所

2、示實驗裝置,把打點計時器固定在長木板無滑輪的一端連接好電路;,2.把細繩一端系在小車上并使細繩繞過滑輪,另一端掛合適的鉤碼,將紙帶穿過打點計時器,固定在小車后面,調(diào)節(jié)滑輪的高度,使細繩與長木板平行; 3.把小車?？吭诖螯c計時器處,先接通電源,后放開小車; 4.小車運動一段時間后,斷開電源,取下紙帶; 5.換紙帶重復(fù)三次實驗,選擇一條比較理想的紙帶進行測量分析。,四、數(shù)據(jù)處理,1.利用紙帶判斷小車是否做勻變速直線運動的方法 (1)沿直線運動的小車在連續(xù)相等時間間隔的不同時刻的速度分別為v1、 v2、v3、v4,若v2-v1=v3-v2=v4-v3=,則說明小車在連續(xù)相等時間內(nèi)速度的增量相等,由此

3、說明小車在做勻變速直線運動,即a====。 (2)沿直線運動的小車在連續(xù)相等時間T內(nèi)的位移分別為x1、x2、x3、x4,若x=x2-x1=x3-x2=x4-x3=,則說明小車在做勻變速直線運動,且x=aT2。,2.速度、加速度的求解方法,說明由實驗數(shù)據(jù)得出v-t圖象要注意兩點 (1)根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù),在平面直角坐標系中仔細描點,對于每次實驗,描出的幾個點都大致落在一條直線上,如圖所示。 (2)作一條直線,使同一次實驗得到的各點盡量落到這 條直線上,落不到直線上的點,應(yīng)均勻分布在直線的兩 側(cè),這條直線就是本次實驗的v-t圖線,它是一條傾斜的 直線。,五、誤差分析,1.根據(jù)紙帶測量的位移有誤

4、差。 2.電源頻率不穩(wěn)定,造成相鄰兩點的時間間隔不完全相等。 3.紙帶運動時打點不穩(wěn)定引起測量誤差。 4.用作圖法作出的v-t圖象并不是一條直線。 5.木板的粗糙程度并非完全相同,這樣測量得到的加速度只能是所測量段的平均加速度。,六、注意事項,1.平行:紙帶和細繩要和木板平行。 2.兩先兩后:實驗中應(yīng)先接通電源,后讓小車運動;實驗完畢應(yīng)先斷開電源,后取下紙帶。 3.防止碰撞:應(yīng)讓小車在到達長木板末端前停止運動,要防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞。,4.減小誤差:小車的加速度要適當大些,可以減小測量長度時的誤差,加速度大小以能在約50 cm的紙帶上清楚地取出67個計數(shù)點時為宜。 5.紙帶選取:選擇一

5、條點跡清晰的紙帶,舍棄點跡密集部分,適當選取計數(shù)點。 6.準確作圖:在坐標紙上,縱、橫軸選取合適的單位(避免所描點過密或過疏而導(dǎo)致誤差過大),仔細描點連線,不能連成折線,應(yīng)作一條直線,讓各點盡量落到這條直線上,落不到直線上的各點應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè)。,考點一實驗原理與實驗操作 根據(jù)紙帶上兩點間的位移x和時間t,算出紙帶在這兩點間的平均速度v=。在要求不是很高的情況下,可以用這個平均速度粗略地表 示物體在經(jīng)過位移x內(nèi)某一位置時的瞬時速度。,考點突破,例1在本節(jié)的實驗中,打點計時器使用的交流電源的頻率為50 Hz,記錄小車運動的紙帶如圖所示,在紙帶上選擇6個計數(shù)點A、B、C、D、E、 F,相鄰兩

6、計數(shù)點之間還有四個點未畫出,各點到A點的距離依次是2.0 cm、5.0 cm、9.0 cm、14.0 cm、20.0 cm。 根據(jù)學過的知識可以求出打B點時小車的速度vB= m/s,C、E兩點間的平均速度為 m/s。,答案0.250.45,解析相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔為0.1 s,所以vB== m/s= 0.25 m/s,== m/s=0.45 m/s,例2打點計時器是高中物理中重要的實驗儀器,如圖甲、乙所示是高中物理實驗中常用的兩種,請回答下面的問題。,(1)甲圖是 打點計時器,電源采用的是 。 (2)乙圖是 打點計時器,電源采用的是 。 (3)已知打點

7、計時器所用交流電源的頻率是f,用它記錄一個運動小車的位移情況,打出的一條紙帶和已選好的計數(shù)點0、1、2、3、4如圖丙所示。某同學測量出1、2兩點間的距離為x12,3、4兩點間的距離為x34,由此可計算出1、2兩點間的平均速度為;3、4兩點間的平均速度為。,變式1某同學用如圖甲所示的實驗裝置研究勻變速直線運動。,實驗步驟如下: 安裝好實驗器材; 讓小車拖著紙帶運動,打點計時器在紙帶上打下一系列小點,重復(fù)幾次,選出一條點跡比較清晰的紙帶,從便于測量的點開始,每五個點取一個計數(shù)點,如圖乙所示; 測出x1、x2、x3。 結(jié)合上述實驗步驟,請你繼續(xù)完成下列問題: (1)實驗中,除打點計時器(含紙帶、復(fù)寫

8、紙)、小車、一端附有滑輪的長,木板、細繩、鉤碼、導(dǎo)線及開關(guān)外,在下列的儀器和器材中,必須使用的有 。 A.電壓合適的50 Hz交流電源B.電壓可調(diào)的直流電源 C.秒表D.刻度尺E.天平F.重錘G.彈簧測力計 H.滑動變阻器 (2)如果小車做勻加速直線運動,所得紙帶如圖乙所示,則x1、x2、x3的關(guān)系是,已知打點計時器打點的時間間隔是t,則打c點時小車的速度大小是。,名師點撥,1.如何選取紙帶和計數(shù)點 要選取點跡清楚的紙帶,舍掉開始比較密集的點跡,從便于測量的地方取一個開始點,然后每5個點取一個計數(shù)點,測量出相鄰計數(shù)點間的距離。 2.判定物體運動的性質(zhì) 通過研究紙帶上各點之間的間距,可以判斷物

9、體的運動情況。若連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)的位移x1、x2、x3基本相等,則物體在實驗誤差允許,范圍內(nèi)做勻速運動。若x=xm-xn(xm、xn為紙帶上相鄰的兩段位移)是一個定值,則物體在實驗誤差允許范圍內(nèi)做勻變速直線運動。 3.由紙帶求物體的運動速度 “平均速度法”求速度:做勻變速直線運動的物體,物體在某段時間內(nèi)中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)物體的平均速度,即vn=。,考點二實驗數(shù)據(jù)處理與誤差分析 1.用圖象表示速度 物體運動的速度與時間的關(guān)系也可以用圖象描述。以速度v為縱軸、時間t為橫軸在方格紙上建立直角坐標系。根據(jù)實驗中的v、t數(shù)據(jù),在坐標系中描點。再用一條平滑曲線來“擬合”坐標系中描出的點,

10、這條曲線反映了速度v與時間t的關(guān)系,如圖所示。,2.實驗中計算加速度的三種方法 (1)v-t圖象法:先根據(jù)勻變速直線運動中,物體在某段時間的中間時刻的瞬時速度等于物體在這段時間內(nèi)的平均速度,即vn=,求出打第n 個點時紙帶的瞬時速度,然后作出v-t圖象,圖象的斜率即為小車運動的加速度。 (2)公式法:利用已測得的兩組數(shù)據(jù)(tn,vn)和(tm,vm)代入公式a== 求解,這種方法計算得出的結(jié)果誤差較大。,(3)根據(jù)x=aT2求a:如圖所示的紙帶,相鄰兩點的時間間隔為T,且滿足x6-x5=x5-x4=x4-x3=x3-x2=x2-x1,即a1=,a2=,a3=,然后取平均值, 即=,這樣可使所給

11、數(shù)據(jù)全部得到利用,以提高準確性。,例3在做“研究勻變速直線運動”的實驗中: (1)實驗室提供了以下器材:打點計時器、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、交流電源、復(fù)寫紙、彈簧測力計。其中在本實驗中不需要的器材是。 (2)如圖甲所示是某同學由打點計時器得到的表示小車運動過程的一條清晰紙帶,紙帶上相鄰兩計數(shù)點間還有四個點沒有畫出,打點計時器打點的時間間隔T=0.02 s,其中x1=7.05 cm、x2=7.68 cm、x3=8.33 cm、x4=8.95 cm、x5=9.61 cm、x6=10.26 cm。,甲 下表列出了打點計時器打下B、C、F點時小車的瞬時速度,請在表中

12、填入打點計時器打下D、E兩點時小車的瞬時速度。,(3)以A點為計時起點,在圖乙中畫出小車的速度-時間關(guān)系圖線。 乙,(4)根據(jù)所畫出的小車的速度-時間關(guān)系圖線計算出小車的加速度a= m/s2。 (5)如果當時電源中交變電流的頻率f=49 Hz,而做實驗的同學并不知道,由此引起的系統(tǒng)誤差將使加速度的測量值比實際值偏(填“大”或“小”)。,答案(1)彈簧測力計(2)0.8640.928(3)見解析(4)(0.620.01)(5)大,解析(1)本實驗中不需要測量力的大小,因此不需要的器材是彈簧測力計。 (2)根據(jù)勻變速直線運動中,某段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度可知: vD===0

13、.864 m/s 同理可得vE=0.928 m/s。 (3)小車的速度-時間關(guān)系圖線如圖所示。,(4)在v-t圖象中,圖線的斜率表示加速度,則a==(0.620.01) m/s2。 (5)加速度a==x,因為實際頻率低于50 Hz,而計算時代入的仍是5 0 Hz,所以會造成測量值比實際值偏大。,變式2某同學用如圖甲所示的實驗裝置分析勻變速直線運動,電火花計時器所接電源頻率為50 Hz,圖乙是他在實驗中得到的一條紙帶,他將選出的紙帶舍去開始密集的點跡,然后從便于測量的點開始,每5個點取一個計數(shù)點,如圖乙中A、B、C、D、E、F、G點所示,他把一個毫米刻度尺放在紙帶上,其零刻線和計數(shù)點A(A為所選

14、計數(shù)點中最早打下的點)對齊,試分析下列問題:,甲 乙 (1)讀出相鄰兩點間的長度,進行下列計算并將結(jié)果填入表內(nèi)(單位:cm),由此可得出:在誤差允許的范圍內(nèi),,所以小車做運動,小車的加速度a=m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。 (2)該同學在圖丙中已標出B、C、D、F計數(shù)點對應(yīng)的坐標點,請你在該圖中標出與E計數(shù)點對應(yīng)的坐標點,并畫出v-t圖。根據(jù)圖像求出小車通過A點時的瞬時速度vA=m/s(保留兩位有效數(shù)字)。,丙,答案見解析,解析(1)連續(xù)相鄰相等的時間間隔內(nèi)的位移差如下表(單位: cm):,在誤差允許的范圍內(nèi),小車在任意兩個連續(xù)相等的時間內(nèi)的位移之差相等,可見小車做勻加速直線運動。 根據(jù)逐差法

15、得: a= =m/s2,0.40 m/s2 (2)小車通過E點的瞬時速度為 vE==m/s0.24 m/s 所作的圖像如圖所示。圖線在縱軸上的 截距表示小車通過A點時的瞬時速度,由 圖可看出,小車通過A點時的瞬時速度vA= 0.08 m/s。,考點三實驗拓展與實驗創(chuàng)新,例4在暗室中用如圖甲所示裝置做“測定重力加速度”的實驗。實驗器材有:支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、 螺絲夾子、鋁盒、一根熒光刻度的米尺、頻閃 儀。具體實驗步驟如下: 在漏斗內(nèi)盛滿清水,旋松螺絲夾子,水滴會以 一定的頻率一滴滴地落下。,用頻閃儀發(fā)出的白閃光將水滴流照亮,由大到小逐漸調(diào)節(jié)頻閃儀的頻率直到第一次看到一串仿佛固定不動的

16、水滴。 用豎直放置的米尺測得各個水滴所對應(yīng)的刻度值。 采集數(shù)據(jù)進行處理。 (1)實驗中看到有一串仿佛固定不動的水滴時,頻閃儀的閃光頻率滿足 的條件是 。 (2)實驗中觀察到水滴“固定不動”時頻閃儀的閃光頻率為30 Hz,某同學讀出其中比較遠的水滴到第一個水滴的距離如圖乙所示,根據(jù)數(shù)據(jù)測,得當?shù)氐闹亓铀俣萭=m/s2;第8個水滴此時的速度v8=m/s。(結(jié)果都保留三位有效數(shù)字),(3)該實驗存在的系統(tǒng)誤差可能有(答出一條即可):。,名師點撥 本實驗還可以從以下方向進行創(chuàng)新 (1)原理演化,變式3(2017課標,22,5分)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動,用自制“滴水計時器”計量時間。實驗前,將該計時器固定在小車旁,如圖(a)所示。實驗時,保持桌面水平,用手輕推一下小車。在小車運動過程中,滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴,圖(b)記錄了桌面上連續(xù)的6個水滴的位置。(已知滴水計時器每30 s內(nèi)共滴下46個小水滴),(1)由圖(b)可知,小車在桌面上是(填“從右向左”或“從左向右”)運動的。 (2)該小組同學根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動。小車運動到 圖(b)中A點位置時的速度大小為m/s,加速度大小為m/s2。 (結(jié)果均保留2位有效數(shù)字),