实验:探究小车速度随时间变化的规律物理规律不能单靠“思维”来获得,还应致力于观察和实验。——普朗克
知识回顾打点计时器可以测量什么物理量?位移、时间(测量位移与时间的仪器)位移——用刻度尺测量时间——两点的时间间隔为0.02s通过打点计时器打出的纸带可以间接求什么物理量?可以求两点间的平均速度→一点的瞬时速度→加速度
知识回顾例1:下图为某次实验打出的一条纸带,请求出第二点、第四点的瞬时速度及物体运动的加速度。
一、提出问题物体的运动通常是比较复杂的。放眼所见,物体的运动规律各不相同。我们如何探索物体运动所蕴含的规律呢?要探究一个物体的运动随时间变化的规律,必须知道物体在不同时刻的速度,直接测量瞬时速度是比较困难的,我们可以借助打点计时器先记录物体在不同时刻的位置,再通过对纸带的分析,计算得到各个时刻的瞬时速度。
二、设计实验需要哪些仪器?打点计时器、学生电源、导线、试验小车、细绳、纸带、复写纸、带滑轮长木板
三、实验步骤⑴木板平放,并使滑轮伸出桌面,把打点计时器固定,连接好电路⑵穿纸带;挂钩码。⑶先接通电源,然后放开小车,让小车拖着纸带运动,打完一条后立即关闭电源。⑷换纸带,加钩码,再做二次.
四、注意事项1.固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置。2.滑轮不能过高,细绳应与木板平行.3.小车应由紧靠打点计时器处开始释放,在撞击长木板末端前应让小车停止运动,防止小车从板上掉下来。4.先接通电源,后让纸带运动。5.打点结束后立即关闭电源。
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五、数据处理问题一:怎样选取纸带上的点?开头过于密集的点舍掉,从清楚的点开始,每隔五个间隔取一个计数点,(每两个计数点之间的时间间隔是0.1s)。0123
五、数据处理问题二:如何计算出所取点的瞬时速度?用求平均速度的方法来代替(用计算较准确的平均速度来代替。01231.2cm1.6cm2.0cm2.4cm平均速度→瞬时速度(如何测△x)
01231.2cm1.6cm2.0cm2.4cm位置0123时刻t/s0.000.100.200.30速度v/m·s-10.300.400.500.60五、数据处理问题三:如何处理计算出来的数据?1、将实验数据填入设计好的表格中。
五、数据处理问题三:如何处理计算出来的数据?1、将实验数据填入设计好的表格中。2、根据所得数据,选择合适的标度建立坐标系(让图象尽量分布在坐标系平面的大部分面积)3、描点:观察和思考点的分布规律。4、拟合:从点的分布可以有很大把握地说这些点应该在一条直线上,用直线拟合,让尽可能多的点处在直线上,不在直线上的点应对称地分布在直线两侧。
五、数据处理如何处理计算出来的数据?v/m·s0.10-10.200.300.400.500.60t/s0.1000.200.30....位置0123时刻t/s0.000.100.200.30速度v/m·s-10.300.400.500.60
v/m·s0.10-10.200.300.400.500.60t/s0.1000.200.30①②③图像跟纵轴的交点表示什么?图像的倾斜程度表示什么?三次实验在同一坐标纸上可以作出三条直线,为什么倾斜程度不同?思考例1:
例2:在研究匀变速直线运动的实验中,算出小车经过各计数点瞬时速度如下计数点序号123456计数点对应的时刻(s)0.100.200.300.400.500.60通过计数点的速度(cm/s)44.062.081.0100.0110.0168.0为了计算加速度,合理的方法是()A.根据任意两计数点的速度用公式算出加速度B.根据实验数据画出v-t图,量出其倾角,由公式a=tgα求出加速度C.根据实验数据画出v-t图,由图线上相距较远的两点所对应的速度、时间,用公式算出加速度D.依次算出通过连续两计数点间的加速度,算出平均值作为小车的加速度
例3:在《探究小车速度随时间变化的规律》的实验中,某同学的操作有以下步骤A.拉住纸带,将小车移至靠近打点计时器处放开纸带,再接通电源B.将打点计时器固定在平板上,并接好电路C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面吊着适当重的钩码D.取下纸带E.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔其中错误或遗漏的步骤有(遗漏步骤可编上序号G、H…)将以上步骤完善后写出合理的步骤顺序。解析:(1)A中应先通电,再放纸带。(2)D中取下纸带前应先断开电源。(3)补充步骤G:换上新纸带,重复三次。步骤顺序为:BFCADG
[能力训练]1.根据打点计时器打出的纸带,我们可以从纸带上直接得到的物理量是()A.时间间隔B.位移C.加速度D.平均速度2.打点计时器振针打点的周期决定于()A.交流电压的高低B.交流电的频率C.永久磁铁的磁性强弱D.振针与复写纸间的距离3.关于计数点的下列说法中正确的是()A.用计数点进行测量计算,既方便又可减小误差B.相邻计数点间的时间间隔应是相等的C.相邻计数点间的距离应是相等的D.计数点是从计时器打出的实际点中选出来的,相邻计数点间点迹的个数相等ABABDB
4.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,下列说法正确的是()A.长木板一定要水平摆放,不能一端高一端低B.使小车速度的变化尽可能快一些C.使用刻度尺测量长度时,要读到最小刻度的下一位D.作v-t图时,所描曲线必须经过每一个点5.如图2-1-5所示为某次实验中打出的一条经过处理后的纸带,图中O为小车运动的起始点,A为所选取的第一个计数点,O点到A点之间有部分点不清晰,相邻两个记数点之间有4个点未画出,电源频率为50Hz,用毫米刻度尺测量后可直接算出()A.从O点到F点运动的时间B.从A点到F点运动的平均速度C.C点时的瞬时速度vCD.G点时的瞬时速度vGBCBC
6.在用打点计时器研究小车速度随时间变化规律的实验中,得到一条纸带如图2-1-7所示.A、B、C、D、E、F、G为计数点,相邻计数点间时间间隔为0.10s,x1=1.20cm,x2=1.60cm,x3=1.98cm,x4=2.38cm,x5=2.79cm,x6=3.18cm.(1)计算运动物体在B、C、D、E、F各点的瞬时速度.(2)在2-19图中作出v-t图象,并由图象求物体的加速度.
7.在利用打点计时器探究小车运动规律的实验中,某同学在打出的纸带上每5点取一个记数点,测出每两个相邻记数点间的距离分别为x1、x2、…、x6,然后他把纸带上x1、x2、…、x6各段准确地剪成6段,按如图2-1-9那样帖在坐标纸上,彼此不留间隙也不重叠,纸带下端都准确地与横轴重合,x1的左边准确地与纵轴重合,横轴为时间轴,纵轴为速度轴,该同学在这个图中作出了v-t图象,并由图象求出了加速度a,请说明他是如何作出速度图象并求出加速度a的。每条纸带的宽度代表相等的时间,每条纸带的长度代表这段时间内的位移,而相等时间内的位移就表示这段时间内的平均速度。由于每段时间较短,所以这段时间中点的速度就是这段时间内的平均速度。取每段纸带上边的中点,然后过这些点画出v-t图象,如图所示.此图线的斜率就等于加速度a的大小。