3.實驗步驟:(略)
4.實驗操作的注意問題:(1)固定打點計時器時應(yīng)使兩限位孔的中心連線與長木板中心線重合;開始釋放小車時,應(yīng)使小車靠近打點計時器。(2)實驗時,應(yīng)先接通電源再釋放小車,當(dāng)小車停止運動時及時斷開電源。(3)要防止鉤碼下落時與地板相碰,要防止小車與定滑輪相碰,在小車到達(dá)滑輪前及時用手接住它。(4)牽引小車的鉤碼個數(shù)要適當(dāng),以使長度為50cm的紙帶上清晰地取得六七個計數(shù)點為宜。(5)細(xì)線要與長木板平行。
二、數(shù)據(jù)處理:1、
(2)依次測出之間的距離,填入表中。
(3)1、2、3、4、各點的瞬時速度分別為:、、、、、將計算得出的各點的速度填入表中。
2、圖象法:(1)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。(2)畫一條直線,讓這條直線通過盡可能多的點,不在線上的點均勻分布在直線的兩側(cè),偏差比較大的點忽略不計,如圖所示。
【題型1】對實驗過程的掌握
【例1】在探究小車速度隨時間變化的規(guī)律實驗中,某同學(xué)操作中有以下實驗步驟,其中有錯誤或遺漏的步驟。(遺漏步驟可編上序號G、H…)
A、拉住紙帶,將小車移至靠近打點計時器處先放開紙帶,再接通電源;
B、將打點計時器固定在平板上,并接好電路
C、把一條細(xì)繩拴在小車上,細(xì)繩跨過定滑輪,下面吊著適當(dāng)重的鉤碼;
D、取下紙帶;E、將平板一端抬高,輕推小車,使小車能在平板上平穩(wěn)地滑行;
F、將紙帶固定在小車尾部,并穿過打點計時器的限位孔。
將以上步驟完善并按合理順序填寫在橫線上: 。
【解析】(1)A中應(yīng)先接通電源,再放開紙帶;
(2)D中取下紙帶之前應(yīng)先斷開電源,使計時器停止工作。
(3)實驗中應(yīng)補(bǔ)充G步驟:換上新紙帶,再重復(fù)做三次。
(4)實驗步驟順序:BFECADG
【針對練習(xí)1】在“探究小車速度隨時間變化規(guī)律”的實驗中:
(1)電火花計時器正常工作時,其打點的周期取決于( B )
A、交流電壓的高低B、交流電的頻率C、墨粉紙盤的大小D、紙帶的長度
(2)下列操作中正確的有 AC 。(填選項代號)
A、在釋放小車前,小車要靠近打點計時器B、打點計時器應(yīng)放在長木板的有滑輪一端
C、應(yīng)先接通電源,后釋放小車D、電火花計時器應(yīng)使用低壓交流電源
(3)如圖所示為同一打點計時器在四條水平運動的紙帶上打出的點,四條紙帶的a、b間的間距相等,則a、b間的平均速度最小的是哪一條?( D )
【題型2】根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)判斷物體的速度隨時間變化的規(guī)律
【例2】在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中,如圖所示,給出了從O點開始,每5個點取一個計數(shù)點的
紙帶,其中0、1、2、4、5、6都為計數(shù)點,測得:
x1=1.40cm,x2=1.90cm,x3=2.38cm,x4=2.88cm,x5=3.39cm,x6=3.87cm。那么:(1)在打點計時器打出點1、2、3、4、5時,小車的速度分別為:v1= cm/s;v2= cm/s;v3= m/s,
v4= cm/s;v5= cm/s。
(2)在平面直角坐標(biāo)系中作出v-t圖象。
(3)分析小車運動速度隨時間變化的規(guī)律。
【解析】(1)顯然,兩相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔為:,對應(yīng)各點的速度分別為:,,
,;
(2)利用描點法做出v-t圖象,如圖所示。
【針對練習(xí)2】一小球在桌面上從靜止開始做加速直線運動,現(xiàn)用高速攝影機(jī)在同一底片上多次曝光,記錄下小球每次曝光的位置,并將小球的位置編號。如圖甲所示,1位置恰為小球剛開始運動的瞬間,作為零時刻。攝影機(jī)連續(xù)兩次曝光的時間間隔均相同,小球從1 位置到6位置的運動中經(jīng)過各位置的速度分別為:v1=0,v2=0.06m/s,v3= m/s; v4=0.18m/s,v5= m/s。在圖乙所示的坐標(biāo)紙上作出小球的速度---時間圖象(保留描點痕跡)。
【解析】如圖所示,,而:;故:;
則:;又,則:;
其v-t圖象如圖所示。
【題型3】拓展延伸
【例3】為研究實驗小車沿斜面向下運動的規(guī)律,把打點計時器紙帶的一端固定在小車上,小車拖動紙帶運動時,紙帶上打出的點如圖所示:
(1)某同學(xué)用以下方法繪制小車的v-t圖象,先把紙帶每隔0.1s剪斷,得到若干短紙條,再把這些紙條并排貼在一張紙上,使這些紙條下端對齊,作為時間坐標(biāo)軸,標(biāo)出時間。最后將紙條上端中心連接起來,于是得到v-t圖象。請你按以上辦法(用一張薄紙壓在圖上,復(fù)制得到紙帶)繪制這個圖象。
(2)這樣做有道理嗎?說說你的看法。
【解析】(1)繪制的圖象如圖所示;
(2)剪下的紙帶長度表示0.1s時間內(nèi)位移大小,,因此紙條長度可表示某點速度大小
【針對練習(xí)3】如圖所示,用滴水計時器研究小車的速度隨時間的變化,步驟如下:
(1)在斜面上鋪上白紙,用圖釘釘住,把滴水計時器固定在小車的一端(也可固定在側(cè)面),在小車的另一端(或另一側(cè))固定一個平衡物,如圖。調(diào)節(jié)滴水計時器滴水速度,使之每秒滴n滴(以滴水計時器內(nèi)盛滿水時為準(zhǔn)),在斜面頂端放置一淺盤。
(2)把小車放在斜面頂端,把好的滴水計時器盛滿水,使水滴能滴入淺盤。隨即在撤去淺盤的同時 ,于是水滴在白紙上描述小車運動規(guī)律的點跡。小車到達(dá)斜面末端時立即將它握住并移開。
(3)取下白紙,用直尺測量連續(xù)相鄰各點跡的中心之間的距離x1、x2、x3、…xn、xn+1、…。則第n點對應(yīng)的速度vn= 。
【解析】(2)放開小車; (3);
【自我檢測題】
1、一學(xué)生在練習(xí)使用電磁打點計時器時,紙帶上打出的不是圓點,而是一些短線,這可能是因為( D )
A、打點計時器錯接在直流電源上B、電源電壓不穩(wěn)定
C、打點計時器使用的電壓過高D、振針到復(fù)寫紙片的距離太小
2 、關(guān)于紙帶上打點間隔的分析,下列說法正確的是( BC )
A、沿著點跡運動的方向看去,點間距離越來越小,說明紙帶在做加速運動
B、沿著點跡運動的方向看去,點間距離越來越小,說明紙帶在做減速運動
C、紙帶上點間間隔相等,表示紙帶是勻速運動的
D、紙帶上點間間隔相等,表示紙帶是變速運動的
3、如下圖所示,是同一打點計時器打出的4條紙帶,哪條紙帶的加速度最大( A )
4、在探究小車的速度隨時間變化的規(guī)律的實驗中,為了減小測量小車運動加速度時的誤差,下列措施中哪些是有益的( BCD )
A、使小車運動的加速度盡量小一些B、適當(dāng)增加掛在細(xì)繩下的鉤碼的個數(shù)
C、在同樣條件下打出多條紙帶,選其中一條最理想的進(jìn)行測量和計算
D、舍去紙帶上比較密集的點,然后選取計數(shù)點,進(jìn)行計算。
【解析】實驗中如果加速度太小,會導(dǎo)致各段位移差太小,計算中會使誤差增大,所以要適當(dāng)增加鉤碼來增大小車的加速度;為便于測量和減小誤差,應(yīng)該選擇點跡清晰的理想紙帶,舍去紙帶上比較密集的點。
5、在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中,打點計時器使用的交流電的頻率為50Hz,記錄小車運動的紙帶如圖所示,在紙帶上選擇0、1、2、3、4、5共6個計數(shù)點,相鄰兩計數(shù)點之間還有四個點未畫出,紙帶旁并排放著帶有最小分度為毫米的刻度尺,零刻度線跟“0”計數(shù)點對齊,由圖可以讀出三個計數(shù)點1、3、5跟0點的距離,則計算小車通過計數(shù)點“2”的瞬時速度公式為v2= (以d1、d2及相鄰計數(shù)點間時間T來表示)代入得v2= m/s。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)
【解析】用毫米刻度尺測量紙帶上各計數(shù)點的距離時,盡量一次性測量完畢,注意到最小精確度為毫米,讀數(shù)時要估讀到毫米后一位,即。計數(shù)點“2”的瞬時速度可用計數(shù)點“1”和“3”間的平均速度來代替。即:,代入數(shù)據(jù)得:。
6、在探究小車速度隨時間變化規(guī)律的實驗中,得到一條記錄小車運動情況的紙帶,如圖所示。圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數(shù)點,相鄰計數(shù)點的時間間隔為T=0.1s。
(1)根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù),已計算出B點速度(見表格)請將C、D兩點的數(shù)據(jù),填入表中。
(2)在坐標(biāo)紙上作出小車的v-t圖象。并根據(jù)圖象求出:a= 。
(3)分析小車的速度隨時間的變化規(guī)律
(4)將圖線延長與縱軸相交,交點的速度是 ,此速度的物理意義 。
【解析】由紙帶表明的數(shù)據(jù)可以計算任意相鄰位置之間的位移,然后求紙帶上各點的速度和加速度。
(1)由紙帶的標(biāo)注可以求出:;;
;
勻變速直線運動物體在一段時間內(nèi)的平均速度等于該時刻的瞬時速度,所以:
;

;
(2)在圖像上取合適的單位嚴(yán)格描點,得到小車的v-t圖像,可求得圖像斜率為12.6,則加速度為12.6。
(3)從圖線上不難看出,小車的速度隨時間均勻增加,小車做勻變速直線運動.
(4)圖線延長后與縱軸的交點速度為0.12m/s,此速度表示打A點時小車的速度。
7、如右圖所示是某一做直線運動的小車(后連紙帶)通過打點計時器時打出的一段紙帶,圖中的0、1、2、3、4、5、6為按時間順序選取的7個計數(shù)點,每相鄰兩個點中間都有4個點未畫出,用米尺量出1、2、3、4、5、6點到0點的距離分別是8.78cm、16.08cm、21.87cm、26.16cm、28.84cm、30.07cm,請做出其v-t圖象,并分析小車的運動特點。
【解析】利用平均速度等于中間時刻的瞬時速度,求出圖中計數(shù)點1、2、3、4、5五個時刻的速度:,,,,。
做出v-t圖像如圖所示,由圖像可以看出小車的速度隨時間均勻減小。

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