第二章匀变速直线运动的研究1实验:探究小车速度随时间变化的规律
【实验目的】1.进一步练习使用打点计时器及利用纸带求瞬时速度。2.探究小车速度随时间的变化规律。3.会用图象法处理实验数据。
【实验原理】1.瞬时速度的计算:各计数点的瞬时速度可用以该点为中间时刻的一段时间内的平均速度来代替:vn=
2.根据v-t图象判断运动性质:用描点法可作出小车的v-t图象,根据图象的形状可判断小车的运动性质。3.加速度的计算:利用v-t图象的斜率求出小车的加速度。
【实验器材】电磁打点计时器(或电火花计时器)、复写纸、导线、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、交流电源。
【实验过程】一、实验步骤1.如图所示,把附有滑轮的长木板放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面,把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端,连接好电路。
2.把一条细绳拴在小车上,使细绳跨过滑轮,下边挂上适当的钩码,把纸带穿过打点计时器,并把纸带的一端固定在小车的后面。
3.把小车停在靠近打点计时器处,接通电源后,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系列小点,关闭电源。4.换上新的纸带,重复实验两次。5.增减所挂钩码的个数,按以上步骤再做两次实验。
二、数据处理1.瞬时速度的计算:(1)从几条纸带中选择一条比较理想的纸带,舍掉开始一些比较密集的点,在后面便于测量的地方找一个点,作为计数始点,以后依次每五个点取一个计数点,并标明0、1、2、3、4…,如图所示。
(2)依次测出01、02、03、04…的距离x1、x2、x3、x4…,填入表中。
(3)1、2、3、4…各点的瞬时速度分别为:将计算得出的各点的速度填入表中。(4)根据表格中的数据,分析速度随时间变化的规律。
2.作出小车运动的v-t图象:(1)定标度、描点:坐标轴的标度选取要合理,应使图象大致分布在坐标平面中央。描点时要用平行于两坐标轴的虚线标明该点的位置坐标。(所描的点一般用“·”标明)
(2)连线:画一条直线,让这条直线通过尽可能多的点,不在线上的点均匀分布在直线的两侧,偏差比较大的点忽略不计,如图所示。
(3)观察所得到的直线,分析物体的速度随时间的变化规律。
3.求解加速度:根据所画v-t图象的斜率求出小车运动的加速度
【误差分析】
【注意事项】(1)开始释放小车时,应使小车靠近打点计时器。(2)先接通电源,等打点稳定后,再释放小车。(3)打点完毕,应立即断开电源。
(4)要防止钩码落地,避免小车跟滑轮相碰,在小车到达滑轮前及时用手按住。(5)牵引小车的钩码个数要适当,以免加速度过大而使纸带上的点太少,或者加速度太小,而使各段位移差别不大,误差增大。
(6)要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点,一般在纸带上每隔四个计时点取一个计数点,即时间间隔t=0.1s。(7)在坐标纸上画v-t图象时,注意坐标轴单位长度的选取,应使图象尽量分布在较大的坐标平面内。
【实验探究】1.参看实验步骤2中“……使细绳跨过滑轮,下边挂上适当的钩码……”其中,你对“适当的钩码”如何理解?
提示:钩码的个数决定小车所受的牵引力,小车在不同牵引力作用下的运动不同,若钩码个数过多,小车运动太快,则在纸带上打的点过少,若钩码个数过少,小车运动太慢,则在纸带上打的点过密,这两种情况都不利于进行实验数据的测量分析。所以挂适当的钩码的目的是使纸带受到的拉力适中,从而使纸带运动的速度适中,纸带上的点疏密适中,便于测量和分析。
2.在实验中,测量每相邻两计数点间距离的正确方法是什么?提示:测量每两个相邻计数点间的距离,应该用带着毫米刻度的长尺的零刻度对准起点,读出各计数点对应的刻度值,然后逐一相减,得到每两个计数点间距离的数值。
3.若纸带上相邻的点间距过小,如何确定计数点从而减小测量误差?提示:可每隔四个点取一个计数点(或每五个点取一个计数点),则计数点间的时间间隔为0.10s。
4.v-t图象中直线的斜率表示运动物体的加速度,我们能否采用测出直线倾斜角,然后求出其正切值的方法来计算运动物体的加速度?若不能,则应如何计算?
提示:不能采用求正切值的方法来计算运动物体的加速度,因为还涉及标度的问题,应利用直线上相距较远的两个点的坐标来计算加速度。
类型1实验原理及操作【典例1】在研究匀变速直线运动的实验中,某同学操作以下实验步骤,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.将平板一端垫高,轻推小车,使小车能在平板上做匀速运动F.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔
(1)所列步骤中有错误的是:_____________________________________。(2)遗漏的步骤(遗漏步骤可编上序号G、H……):______________________________________________________________________________________。
(3)将以上步骤完善后写出合理的步骤顺序:____________________________________。
【解析】(1)步骤A中应先通电,再放纸带,顺序不能颠倒;D中取下纸带前应先断开电源。(2)遗漏的步骤G:换上新纸带,重复实验三次。(3)步骤完善后,合理的实验步骤顺序为:BFECADG。
答案:(1)A中应先通电,再放纸带;D中取下纸带前应先断开电源(2)G:换上新纸带,重复实验三次(3)BFECADG
类型2实验数据处理【典例2】(2019·福州高一检测)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,如图甲所示为记录小车运动情况的一条纸带,图中A、B、C、D、E为相邻的计数点,相邻计数点间的时间间隔T=0.1s。
(1)计算D、C、B各点的瞬时速度,vD=_______m/s,vC=________m/s,vB=________m/s。
(2)在如图乙所示坐标系中作出小车的v-t图象,并根据图象求出a=________。
【解析】(1)若时间较短,平均速度可以代替某点的瞬时速度。D点的瞬时速度vD==390cm/s=3.90m/sC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)中数据作出小车的v-t图象如图所示,
由图线的斜率可求得它的加速度=12.6m/s2答案:(1)3.902.641.38(2)图见解析12.6m/s2
【补偿训练】1.某同学用如图甲所示的实验装置探究物体的速度与时间的关系。
(1)电磁打点计时器接________电源(选填“低压直流”“低压交流”或“220V交流”)。(2)实验时,使小车靠近打点计时器,先________再________。(选填“接通电源”或“放开小车”)
(3)若所接电源的频率是50Hz,则每隔______秒打一个点。(4)图乙是绘出的小车速度—时间关系图线,根据图线求出小车的加速度为a=________m/s2。(保留三位有效数字)
【解析】(1)电磁打点计时器接低压交流电源。(2)实验时,使小车靠近打点计时器,先接通电源再放开小车。(3)若所接电源的频率是50Hz,则每隔0.02s打一个点。(4)在v-t图象中图线的斜率表示加速度,即a==0.682m/s2。
答案:(1)低压交流(2)接通电源 放开小车(3)0.02(4)0.682
2.在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中,打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz,记录小车运动的纸带如图所示,在纸带上选择6个计数点A、B、C、D、E、F,相邻两计数点之间还有四个点未画出,各点到A点的距离依次是2.0cm、5.0cm、9.0cm、14.0cm、20.0cm。
(1)根据学过的知识可以求出小车在B点的速度为vB=______m/s。CE间的平均速度为____m/s。
(2)以打A点时为计时起点,建立v-t坐标系如图所示。请在图中作出小车运动的速度与时间的关系图线。
(3)根据图线可得小车运动的加速度为____m/s2。
【解析】(1)相邻两个计数点间的时间间隔为0.1s所以vB==0.25m/s
(2)v-t图象如图所示:
您好，谢谢观看！
(3)在v-t图象中,图线的斜率表示加速度,即a==1m/s2。答案:(1)0.250.45(2)图见解析(3)1
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