實(shí)驗(yàn)探究·新知導(dǎo)學(xué)
一、實(shí)驗(yàn)原理1.利用紙帶計(jì)算瞬時(shí)速度:以紙帶上某點(diǎn)為中間時(shí)刻取一小段位移,用這段位移的平均速度表示該點(diǎn)的瞬時(shí)速度。2.用v-t圖像表示小車的運(yùn)動(dòng)情況:以速度v為縱軸、時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系,用描點(diǎn)法畫出小車的v-t圖像,圖線的斜率表示加速度的大小,如果v-t圖像是一條傾斜的直線,說(shuō)明小車的速度是均勻變化的。
二、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、交變電源、紙帶、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、小車、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、坐標(biāo)紙。
三、實(shí)驗(yàn)步驟1.如圖所示,把一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上,并使滑輪伸出桌面,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板沒(méi)有滑輪的一端,連接好電路。
2.把一條細(xì)繩拴在小車上,使細(xì)繩跨過(guò)滑輪,下面掛上適當(dāng)?shù)你^碼,把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,并把紙帶的一端連在小車的后面。3.把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置,先接通電源,后釋放小車(填“接通電源”或“釋放小車”),讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一行小點(diǎn),隨后立即關(guān)閉電源。4.換上新紙帶,重復(fù)操作兩次。
四、數(shù)據(jù)處理1.挑選紙帶并測(cè)量在打出的紙帶中選擇一條點(diǎn)跡最清晰的。為了便于測(cè)量,舍掉開(kāi)頭一些過(guò)于密集的點(diǎn)跡,找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)(0點(diǎn)),每5個(gè)點(diǎn)(相隔0.1 s)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,如圖所示。(相鄰兩點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出,電源頻率為50 Hz)
3.作出小車運(yùn)動(dòng)的v-t圖像(1)定標(biāo)度:坐標(biāo)軸的標(biāo)度選取要合理,應(yīng)使圖像大致布滿坐標(biāo)紙。(2)描點(diǎn):在坐標(biāo)紙上描出各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的位置。(3)連線:用一條平滑的曲線或直線“擬合”這些點(diǎn)。4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論如果畫出的v-t圖像是一條傾斜的直線,說(shuō)明小車做速度均勻變化的直線運(yùn)動(dòng)。圖像和縱軸的交點(diǎn)表示開(kāi)始計(jì)時(shí)時(shí)小車的速度——初速度。
五、注意事項(xiàng)1.開(kāi)始釋放小車時(shí),應(yīng)使小車靠近(填“靠近”或“遠(yuǎn)離”)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。2.先接通電源,等打點(diǎn)穩(wěn)定后,再釋放小車(填“接通電源”或“釋放小車”)。3.打點(diǎn)完畢,立即關(guān)閉電源。4.選取一條點(diǎn)跡清晰的紙帶,舍掉開(kāi)頭點(diǎn)跡密集部分,選取適當(dāng)?shù)挠?jì)數(shù)點(diǎn)(注意計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)時(shí)點(diǎn)的區(qū)別),弄清楚所選的時(shí)間間隔T等于多少。
5.要逐次測(cè)量各段距離,應(yīng)盡可能地一次測(cè)量完畢。6.在坐標(biāo)紙上畫v-t圖像時(shí),注意坐標(biāo)軸單位長(zhǎng)度的選取,應(yīng)使圖像大致布滿坐標(biāo)紙。
典例精講·釋疑解惑
【例題1】 在探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)操作中有以下實(shí)驗(yàn)步驟,其中有錯(cuò)誤或遺漏的步驟。(遺漏步驟可編上序號(hào)F、G……)A.拉住紙帶,將小車移至靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處放開(kāi)紙帶,再接通電源B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(guò)定滑輪,下面吊著適當(dāng)重的鉤碼
D.取下紙帶,斷開(kāi)電源E.將紙帶固定在小車尾部,并穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔(1)所列步驟中有錯(cuò)誤的是　 。?(2)遺漏的步驟:　 。?(3)將以上步驟完善后寫出合理的步驟順序:? 　 。?
答案:(1)A中應(yīng)先通電,再放開(kāi)紙帶;D中取下紙帶前應(yīng)先斷開(kāi)電源(2)F:換上新紙帶,重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次(3)BECADF解析:(1)步驟A中應(yīng)先通電,再放開(kāi)紙帶,順序不能顛倒;D中取下紙帶前應(yīng)先斷開(kāi)電源。(2)遺漏的步驟F:換上新紙帶,重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次。(3)步驟完善后,合理的實(shí)驗(yàn)步驟順序?yàn)锽ECADF。
4.選取一條點(diǎn)跡清晰的紙帶,舍棄開(kāi)頭點(diǎn)跡密集部分,適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)(注意計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)時(shí)點(diǎn)的區(qū)別),弄清楚所選的時(shí)間間隔T等于多少。一般在紙帶上每隔4個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),即時(shí)間間隔為T=0.02×5 s=0.1 s。
(1)根據(jù)紙帶上各個(gè)測(cè)量點(diǎn)間的距離,某同學(xué)已將1、2、3、5點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度進(jìn)行計(jì)算并填入表中,請(qǐng)你將4點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度填入表中。(要求保留三位有效數(shù)字)
(2)在圖乙所示直角坐標(biāo)系中畫出小車的瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線。
(3)由圖像求小車的加速度a。(保留三位有效數(shù)字)
答案:(1)0.314　(2)見(jiàn)解析圖　(3)0.495 m/s2解析:本題考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理能力和科學(xué)探究能力。(1)4點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度
1.(多選)關(guān)于用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度的實(shí)驗(yàn),下列說(shuō)法正確的是(　　)A.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)固定在長(zhǎng)木板上,且靠近滑輪一端B.開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一端C.應(yīng)先接通電源,待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放小車D.牽引小車的鉤碼個(gè)數(shù)越多越好
答案:BC解析:打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)固定在長(zhǎng)木板上沒(méi)有滑輪的一端,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;小車開(kāi)始時(shí)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是為了使小車的運(yùn)動(dòng)距離較大,選項(xiàng)B正確;若先釋放小車后接通電源,則只能在紙帶的后面部分打點(diǎn),選項(xiàng)C正確;鉤碼個(gè)數(shù)太少,打點(diǎn)太密集,鉤碼個(gè)數(shù)太多,打點(diǎn)太少,都會(huì)帶來(lái)實(shí)驗(yàn)誤差,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
2.下圖是同一打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的4條紙帶,哪條紙帶的加速度最大(　　)
答案:A解析:4條紙帶上相鄰兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔相等,其中C、D兩條紙帶上的點(diǎn)間隔基本均勻,表明它們對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng),可看作加速度為0。A、B兩條紙帶上的點(diǎn)間隔在不斷增大,且A紙帶上的點(diǎn)相鄰兩間距之差較大,故A紙帶的加速度最大。
3.(多選)采用下列哪些措施,有利于減小紙帶受到的摩擦而產(chǎn)生的誤差(　　)A.改用直流6 V電源B.電源電壓越低越好C.使用平整不卷曲的紙帶D.使物體的運(yùn)動(dòng)方向與紙帶在一條直線上
答案:CD解析:紙帶受到的摩擦主要指紙帶與振針、限位孔之間的摩擦,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須使用交變電流,故A項(xiàng)錯(cuò)。電源電壓低可減小摩擦,但若過(guò)低打出的點(diǎn)會(huì)很不清晰,故B項(xiàng)錯(cuò)誤。使用平整不卷曲的紙帶且使紙帶與物體的運(yùn)動(dòng)方向一致,可減小紙帶與限位孔等之間的摩擦,故C、D兩項(xiàng)都對(duì)。
4.在探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交變電流的頻率為50 Hz,記錄小車運(yùn)動(dòng)的紙帶如圖所示,在紙帶上選取0、1、2、3、4、5共六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫出。紙帶旁并排放著帶有最小刻度為毫米的刻度尺,零點(diǎn)跟計(jì)數(shù)點(diǎn)“0”對(duì)齊。由圖可以讀出1、3、5三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)跟“0”點(diǎn)的距離x1、x3、x5,請(qǐng)將測(cè)量值填入下表中。
則小車通過(guò)計(jì)數(shù)點(diǎn)2的瞬時(shí)速度為　　　　 m/s;小車通過(guò)計(jì)數(shù)點(diǎn)4的瞬時(shí)速度為　　　 m/s;小車的加速度是　 m/s2。

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1 實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律

版本： 人教版 (2019)

年級(jí)： 必修 第一冊(cè)

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