实验一 探究速度随时间的变化规律.docx

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1、清河中学高三物理实验审核：高三物理组 时间:探究速度随时间的变化规律【教学目标】1. 练习正确使用打点计时器.2. 会计算纸带上各点的瞬时速度.3. 会利用纸带计算加速度.4. 会用图象法探究小车速度与时间的关系，并能根据图象求加速度.【基础梳理】1. 实验目的:(1)练习正确使用打点计时器;(2)会利用纸带求匀变速直线运动的瞬时速度、加速度;(3)会利用纸带探究小车速度随时间变化的规律,并能画出小车运动的v-t图象,会根据图象求加速度.限位孔复写纸测量插输关 出冲升 输脉出2,实验原理:打点计时曰 器是的仪器，通过纸带记录了物体的运动过程.打点计时器有电磁打点计时器和电火花打点计时器，如图所

2、示,打点计时器使用的是50Hz的交变电 流，每隔002 s打一次点;电磁打点计时器使用的电压是交流电源、电火花计时器使用的是 电源.3. 实验器材:计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、 电源(注:使用电磁打点计时器时还需要复写纸片)4. 实验步骤:(1)按图示实验装置图组装实验器材(注:计时器固定在长木板无滑轮的一端, 接好电源，但开关要)；(2)把一细线系在小车上，细线绕过 定滑轮,下端挂合适的钩码,纸带穿过打点计时器，固定在小车 后面;(3)把小车停靠在 打点计时器附近，接通电源,放开小 车;(4)小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带;(5)换纸带 重复做

3、几次实验,选择一条比较理想的纸带进行测量分析.5. 数据处理:(1)选择适当的点为计时起点，用笔在纸带上标出计数点;(2)用刻度尺测量出 各计数点到起点的距离；(3)计算各计数点的瞬时速度，填入表格；(4)作速度-时间(v-t)图 象(5)由速度-时间(v-t)图象探究小车速度随时间变化的规律,并求出.6. 实验注意事项:(1)平行:纸带和细绳要和木板 ;(2)两先两后:实验中应先接通电源,后让小车运动;实验完毕应先电源,后选取纸带;(3)防止碰撞:在到达长木板末端前应让小车停止运动,要防止钩码落地和小车与滑轮相撞;(4)减小误差:小车的加速度要适当大 些，可以减小 的测量误差,加速度大小以能

4、在约50 cm的纸带上清楚地取出67个计数点为宜;(5)用刻度尺从清晰的点测量起并同时记录测量结果，不要分段测量.7. 误差分析(1) 根据纸带测量的位移有误差.(2) 电源频率不稳定，造成相邻两点的时间间隔不完全相等.(3) 纸带运动时打点不稳定引起测量误差.用作图法,作出的v-t图象并不是一条直线.(5)木板的粗糙程度并非完全相同,这样测量得到的加速度只能是所测量段的平均加速度.【要点导学】要点1实验原理与实验操作1. 由纸带求物体加速度的基本方法和原理x -xx -xx -x(1) 用逐差法求加速度:一般取六段(偶数段)位移，根据a1= 3T2 ,a2= 3T2 ,a3= 3T2 ,然后

5、a + a + a (x + x + x )-(x + x + x )1 2 3 4 5 6 1 2 3求平均值，即a= 3=9T2,这样使所测数据全部得到利用，减小实验误差.这个表达式也可以根据下列思路得到:把(X+x2+x3)和(x4+x5+x6)分别看做x、x ,利用x -x1 HH 1=at2，其中 t=3T.同理可得(x3+x4)-(xi+x2)=4aT2.(2) 用v-1图象求加速度:根据匀变速直线运动在某段时间中点的瞬时速度等于这段时间内nn 11的平均速度vn=2T，求出打各点时纸带的瞬时速度，然后作出v-1图象，如图所示,则物体Av运动的加速度等于图线的斜率3= A .2.

6、实验操作注意事项(1) 应先接通电源，待打点稳定后，再用钩码拉动纸带运动.当小车停止运动时要及时断开电源.(2) 释放小车前，小车应停在木板上靠近打点计时器的位置.【典题演示1】某同学按图甲所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验.甲乙(1) 图甲中仪器A叫做，释放小车前，小车应停在(填“靠近”或“远离”)仪器 A的位置.(2) 实验中得到一条纸带，如图乙所示.图中相邻两个计数点的时间间隔为0.10 s，相邻两个连续计数点的间距依次为 x=1.00 cmx =2.78 cmx =4.55 cm、x)=6.35 cmx =8.10 cm、xo T 2T3TT5T6T t如图所示，从打下的

7、纸带中选取点迹清晰的纸带，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量的位 置取一个起始点0,然后每五个点(或者说每隔四个点)取一个计数点，分别记为1、2、3、4、5、. 这样每两个计数点之间的时间间隔为T=0.1 s，计算比较方便.V? a* X3-/ 012356)-3-(2) 从纸带上读取长度的方法利用毫米刻度尺测出各点到起始点的距离，算出相邻计数点间的距离x1、x2、x3、x4、x5、x6、.由于毫米刻度尺的最小刻度是1 mm,读数时必须估读到0.1 mm位.(3) 某点瞬时速度的计算根据在匀变速直线运动中，某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度x+x 口vn=2T，即n点的瞬时速度

8、等于(n-1)点和(n+1)点间的平均速度.(4) 加速度的计算由于物体做匀变速运动，所以满足在连续相等的时间间隔内位移差相等，即Ax=aT2,可得Axa= T2 .但利用一个Ax求得的加速度偶然误差太大，为了减小实验中的偶然误差,分析纸带时,纸带上的各段位移最好都用上，方法如下： 利用“逐差法”求加速度x -x x -xx -xa + a + a(a) 若为偶数段，设为6段，则a1= 3T2 ,a2= 3T2 ,a3= 3T2 ,然后取平均值，即a =3.(x + x + x )-(x + x + x )4 5 6 1 2 3也可以由2=9T 2直接求得.x -xx -x41 52(b) 若

9、为奇数段，则中间段往往不用，如5段,则不用第三段，则a1= 3T2 ,a2= 3T2 ,然后取平均a + a(x + x )-(x + x )值，即a =2.也可以去掉一段变为偶数段,由3=2 x3T 2直接求得. 利用斜率求加速度% + x+1先求出打第n点时纸带的瞬时速度vn=2T(一般要5点以上)，然后作出v-t图象，用v-t图象的斜率求物体运动的加速度.2. 实验误差分析本实验参与计算的量有计数点间距和打点周期，因此误差主要来源于相邻两计数点之间的 距离测量和电源频率的不稳定性.(1) 交流电源的频率变化交流电源的频率出现波动时，打点周期会随之变化.频率升高时，打点周期减小，由于计算时

10、x+x A仍按照原打点周期值计算，各点的瞬时速度的测量值vn=2T将偏小，加速度的测量值Axa= T2也会偏小.(2) 位移的测量引起误差如果各计数点间的位移较小或相邻计数点之间的位移之差较小，位移测量的相对误差就会 较大,从而导致速度和加速度的测量误差较大.(3) 计算方法的选用求加速度的几种方法中,用 x=aT2直接求加速度的方法简单，但误差较大，适用于测量数据准 确或计数间隔较少的情况;逐差法求加速度结果准确，误差较小,但测得的计数间隔最好为偶 数;图象法求加速度科学性强、误差小，适用于所测数据的计数点间隔较多的情况.(4) 牵引小车的钩码数要适当小车的加速度过大或过小将导致纸带上的点过

11、少或各段位移差别过小，从而产生较大的测 量误差.加速度的大小以能在约50 cm的纸带上清晰地选取七八个计数点为宜.【典题演示2】在做“研究匀变速直线运动”的实验中：(1) 实验室提供了以下器材:打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸、弹簧测力计.其中在本实验中不需要的器材是.(2) 如图甲所示是某同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上 两相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的时间间隔T=0.02 s，其中X=7.05 cm、x2=7.68 cm、x3=8.33 cm、x4=8.95 cm、x5=9.61 cm、x

12、6=10.26 cm.甲下表列出了打点计时器打下B、C、F时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下。、E两点时小车的瞬时速度.位置BCDEF速度(m*1)0.7370.8010.994以A点为计时起点，在坐标图乙中画出小车的速度时间关系图线.0.950.900.850.800.750.70乙0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50根据所画出的小车的速度时间关系图线计算出小车的加速度定 m/s2.如果当时电网中交变电流的频率是f=49 Hz,而做实验的同学并不知道，由此引起的系统 误差将使加速度的测量值比实际值彳 填大或小”).v(4)在v-图象中，图线的斜率表示加速度的大小，则

13、a二七二 (0.62旺01) msx(5)加速度a=T2二Ax,因为实际频率低于50 Hz,而计算时代入的仍是50 Hz,所以会造成测量值比真实值偏大.要点3实验的拓展与创新 研究匀变速直线运动，除了用打点计时器打出的纸带进行数据分析，还可以通过频闪照相 法、滴水法、光电门等方法进行数据分析.【典题演示3】 某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度,实验装置如图所示.倾斜 的球槽中放有若干个小铁球，闭合开关K,电磁铁吸住第1个小球.手动敲击弹性金属片M,M 与触头瞬间分开，第1个小球开始下落,M迅速恢复，电磁铁又吸住第2个小球.当第1个小球 撞击M时,M与触头分开，第2个小球开始下落.这样,就

14、可测出多个小球下落的总时间.接电源(1)在实验中，下列做法中正确的有.JA. 电路中的电源只能选用交流电源7B. 实验前应将M调整到电磁铁的正下方C. 用直尺测量电磁铁下端到M的竖直距离作为小球下落的高度D. 手动敲击M的同时按下秒表开始计时上(2) 实验测得小球下落的高度H=1.980m,10个小球下落的总时间T=6.5s.可求出重力加速度 g=m/s2.(结果保留两位有效数字)？(3) 在不增加实验器材的情况下，请提出减小实验误差的两个办法.(4) 某同学考虑到电磁铁在每次断电后需要时间At磁性才消失,因此,每个小球的实际下落 时间与它的测量时间相差M这导致实验误差.为此，他分别取高度H和H2,测量n个小球下落 的总时间L和T2.他是否可以利用这两组数据消除色对实验结果的影响？请推导说明.【随堂验收】(2016-徐州一中)如图所示是某同学用打点计时器研究小车做匀变速直线运动时打出的一 条纸带,A、B、C、D、E为该同学在纸带上所选的计数点,相邻计数点间的时间间隔为0.1s. 由图可知，打点计时器打下D点时小车的瞬时速度为m/s,小车的加速度为 m/s2 (结果均保留两位有效数字). A B CDE-* 52.2 mm84.0 mm119.8 mm【小结与反思】