高中物理人教版必修1學案 實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律4

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111 2.1實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律 班級________姓名________學號_____ 學習目標: 1. 了解打點計時器的構造、原理和使用方法。 2. 學會使用打了點的紙帶研究物體的運動情況。 3. 掌握△S=aT2的物理含義，知道怎樣判斷一個直線運動是否為勻變速直線運動。 4. 知道怎樣利用勻變速運動的規(guī)律求某點的瞬時速度。 5. 理解和掌握通過打點紙帶用逐差法、v-t圖象求勻變速直線運動的加速度。 學習重點: 1.打點計時器的的使用。 2.紙帶上數據的處理。 學習難點：對紙帶的處理。 主要內容： 一、練習使用打點計時器 1．實驗原理 電磁打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器，它的工作電壓是4～6V，電源 頻率是50Hz，它每隔0．02s打一次點。電火花計時器是利用火花放電在紙帶上打出 小孔而顯示出點跡的計時儀器，使用220V交流電壓，當電源頻率為50Hz時，它每 隔0．02s打一次點。 如果運動物體帶動的紙帶通過打點計時器，在紙帶上打下的點就記錄了物體運動 的時間，紙帶上的點子也相應地表示出了運動物體在不同時刻的位置，研究紙帶上 點子之間的間隔，就可以了解在不同時間里，物體發(fā)生的位移和速度的大小及其變 化，從而了解物體運動的情況。 2．注意事項 ①打點計時器在紙帶上應打出輕重合適的小圓點，如遇到打出的是短橫線，應 調整一下振針距復寫紙片的高度使之增大一點。 ②使用計時器打點時，應先接通電源，待打點計時器穩(wěn)定后，再釋放紙帶。 ③釋放物體前，應使物體停在靠近打點計時器的位置。 ④使用電火花計時器時，應注意把兩條白紙帶正確穿好，墨粉紙盤夾在兩紙帶之 間，使用電磁打點計時器時，應讓紙帶通過限位孔，壓在復寫紙下面。 二、研究勻變速直線運動 1．實驗目的 ①進一步熟悉怎樣使用打點計時器。 ②測定勻變速直線運動的加速度。 2．實驗原理 ①理解和推得△S=aT2 ②用逐差法求加速度：設物體做勻變速直線運動，加速度是a，在各個連續(xù)相等時間T內的位移分別是S1、S2、S3……，則有 S2- S1= S3-S2=…=Sn-Sn-1=△S=aT2，由上式可以得到：S4- S1= S5-S2= S6- S3 =3aT2，所以，測出各段位移sl、s2、s3……用逐差法求出a1 =（S4- S1）/3T2，a2=（S5-S2）/3aT2，a3=（S6- S3）/3aT2。再由al、a2、a3算出平均值a，就是所要測的加速度。 ③v-t圖象法求加速度 3．注意事項 (1)鉤碼的質量適當大一些，使繩對小車的拉力始終遠大于小車所受的摩擦力，保證外力基本恒定。 (2)調整滑輪架的角度，使小車的拉繩與長木板板面平行。 (3)開始時，應將小車位置擺正，使紙帶與拉繩的方向一致，且不與打點計時器的限位孔邊相摩擦。 (4)先啟動打點計時器，再釋放小車，小車行至終點時切斷電源或脈沖輸出開關。 (5)要防止鉤碼落地和小車跟定滑輪相撞。 (6)選擇一條理想的紙帶，是指紙帶上的點跡清晰，適當舍棄點子密集部分，適當選取計數點，弄清楚所選的時間間隔T等于多少秒。 4．實驗步驟 (1)把附有滑輪的長木板平放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固 定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路。 (2)把一條細繩拴在小車上，細繩跨過滑輪，下邊掛上臺適的鉤碼，把紙帶穿過 打點計時器并把它的一端固定在小車的后面。實驗裝置見圖。 (3)把小車停在靠近打點計時器處，接通電源后，放開小車，讓小車運動，打點 計時器就在紙帶上打下一系列的點。換上新紙帶，重復實驗三次。 （4）從三條紙帶中選擇一條比較理想的使用， 舍掉開頭的比較密集的點子，在后邊便于測量的地 方找一個開始點，我們把每打五次點的時間作為時 間的單位，也就是T=0．025=0．1s，在選好的開始 點下面標明0，在第六點下面標明1，在第十一點 下面標明2，在第十六點下面標明3……標明的點 O，1，2，3……叫做記數點，兩個相鄰記數點間的距離分別是S1，S2，S3 (5)測出六段位移S1，S2，S3，……S6的長度，把測量結果填入表中。 (6)根據測量結果，利用前面的公式，計算出a1、a2、a3的值，注意T=0．025=ls。 (7)求出a1、a2、a3的平均值，它就是小車做勻變速直線運動的加速度。 【例一】用打點計時器研究勻變速直線運動的實驗中，造成各連續(xù)相等的時間間 隔內位移之差不是一個恒量的主要原因是 ( ) A．長度測量不精確 B．打點間隔不均勻 C．運動中受摩擦力作用 D． 木板未調成水平 【例二】在測定勻變速直線運動的加速度的實驗中，為了減小測量小車運動加速 度的相對誤差，下列列舉的措施中，哪些是有益的？ A． 使小車運動的加速度盡量小一些 B． 適當增加掛在細繩下的鉤碼個數 C．在同樣條件，打出多條紙帶，選其中一條最理想的進行測量和計算； D．舍去紙帶上密集的點，然后選取計數點，進行計算。 【例三】如圖是小車在斜面上滑動時，通過計時器所得的一條紙帶，測得各段長度為OA=6．05厘米，0B=13．18厘米，0C=21．40厘米，OD=30．7厘米，0E=41．10厘米，OF=52．58厘米，根據這些數據，可判斷小車做_________運動，判斷依據是：_________。 【例四】測定勻變速直線運動的加速度的實驗中，打點計時器記錄紙帶運動的時間，計時器所用電源的頻率為50赫茲。如圖為做勻變速直線運動的小車帶動的紙帶上記錄的一些點，在每相鄰的兩點中間都有四個點未畫出。按時間順序0、1、2、3、4、5六個點用尺量出1、2、3、4、5點到O點的距離分別是：(單位：厘米)8．78 16．08 21．87 26．16 28．94由此得出小車加速度的大小為_________米／秒2，方向__________。 課堂訓練: 1．電磁打點計時器是一種使用__________(交流?直流?)電源的________儀器，它的工作電壓是__________伏特。當電源頻率是50赫茲時，它每隔________s打一次點。 2．根據打點計時器打出的紙帶，我們可以從紙帶上直接得到的物理量是( ) A．時間間隔 B．位移 c．加速度 D．平均速度。 3．下列有關小車運動情況的說法中，哪些是正確的? ( ) A．小車在任意兩個連續(xù)相等的對間里的位移相等，小車的運動一定是勻加速運動； B．若小車做勻加速直線運動，則它在任意兩個連續(xù)相等時間里的位移之差，一定相等： C．若小車做勻加速直線運動，則它在任意兩個連續(xù)相等時間里的位移之差不斷增大： D．若小車通過任意兩個連續(xù)相等的位移的時間之差相等，則小車做的是勻變速直線運動。 4．某同學在用打點計時器測定勻變速直線運動的加速度時，得到了如圖所示的紙帶，他舍棄密集點后，從o點開始每隔兩個點取一個計數點?則每兩個計數點的時間間隔_________s，測得OA=3．20厘米，DE=9．27厘米，則物體運動的加速度為________米／秒2。 課后作業(yè)： 1．關于計數點的下列說法中，哪些是正確的? ( ) A．用計數點進行測量計算，既方便，又可減小誤差： B．相鄰計數點間的時間間隔戍是相等的； C．相鄰計數點間的距離麻當是相等的； D.計數點是從計時器打出的實際點中選出來，相鄰計數點間點痕的個數相等。 2．本實驗中，關于計數點間時間間隔的下列說法中正確的有 ( ) A．每隔四個點取一個計數點，則計數點問的時間間隔為0．10秒； B．每隔四個點取一個計數點，則計數點間的時間間隔是O．08秒： C．每隔五個點取一個計數點，則計數點問的時間間隔為0．08秒； D．每隔五個點取一個計數點，則計數點間的時間間隔為0．10秒： E．每五個點取一個計數點，則計數點間的時間間隔為0．08秒。 3．接通電源與讓紙帶(隨物體)開始運動，這兩個操作的時間關系應當是： ( ) A．先接通電源，后釋放紙帶： B．先釋放紙帶，后接通電源； C．釋放紙帶的同時接通電源； D．先接通電源或先釋放紙帶都可以。 4．當紙帶與運動物體連接時，打點計時器在紙帶上打出點痕，下列關于紙帶上的點痕說法中，哪些是正確的? A．點痕記錄了物體運動的時間： B，點痕記錄了物體在不同時刻的位置和某段時間內的位移； C．點在紙帶上的分布情況，反映了物體的質量和形狀； D．紙帶上點痕的分布情況，反映物體的運動情況。 5．打點計時器振針打點的周期，決定于： ( ) A．交流電壓的高低； B．交流電的頻率； C．永久磁鐵的磁性強弱； D．振針與復寫紙的距離。 6．采取下列哪些措施，有利于減少紙帶受到摩擦而產生的誤差? ( ) A．改用直流6伏電源； B．電源電壓越低越好； C．用平整的紙帶，不用皺折的紙帶；D．紙帶理順攤平，不讓它卷曲、歪斜。 7．如圖所示的四條紙帶，是某同學練習使用打點計時器得劍的紙帶的右端后通過打點計時器。從點痕的分布情況可以斷定：紙帶________是勻速通過打點計時器的，紙帶______是越走越快的，紙帶——是先越走越快，后來又越走越慢。 8．若所用電源頻率是50赫，圖中D紙帶，從A點通過計時器到B點通過計時器，歷時____s，位移為_______米，這段時間內紙帶運動的平均速度是_____m／s。BC段的平均速度是_________m／s，而AD段的平均速度是_______m／s。 9．在研究勻變速直線運動的實驗中，打點計時器在紙帶上打出了一系列的點，其中a、b、c、d，e、f、g、h是連續(xù)的8個點。若選a點為第1計數點，將刻度尺的零刻度對準點a時，可測得ab=O．9cm，ac=2cm，ad=3．3cm，ae=4．8cm，水6．5cm，ag=8．4cm，ah=10．5cm，因為________，所以物體的運動是勻加速直線運動．若打點計時器每打相鄰兩點的時間間隔為O．02s，則b點的瞬時速度為________，g點的瞬時速度為_______，物體運動的加速度為_________。 111