高中物理 第2章 匀变速直线运动的研究 第2节 匀变速直线运动的实验探究 鲁科版必修1

1、第2节匀变速直线运动的实验探究,填一填,练一练,一、电磁打点计时器(见课本第38页) 1.用途:计时仪器,它通过在纸带上留下的一系列小点,既记录了时间,又记录了相应的位移。 2.使用电源:46 V低压交流电源。 3.打点频率:频率为50 Hz,打点时间间隔为0.02 s。 4.工作原理:利用电流的磁效应原理打点计时。 5.构造:线圈、永久磁铁、振片、振针、限位孔等,如图所示,填一填,练一练,二、电火花打点计时器(见课本第38页) 1.用途:与电磁打点计时器相同。 2.使用电源:220 V交流电源。 3.打点频率:频率为50 Hz,打点时间间隔为0.02 s。 4.工作原理:利用电火花打点计时。

2、 5.构造:脉冲输出开关,正、负脉冲输出插座,墨粉纸盘,纸盘轴等,如图所示,填一填,练一练,三、频闪照相法及其应用(见课本第41页) 频闪照相法与打点计时器记录的信息相比,频闪灯的闪光频率相当于打点计时器交流电源的频率,而相同时间出现的影像则相当于打点计时器打出的点。因此,运动物体的频闪照片既记录了物体运动的时间信息,又记录了物体运动的位移信息。利用频闪照片研究物体运动规律的方法,与利用纸带研究物体运动规律的方法是相同的,填一填,练一练,在使用打点计时器时() A.应先接通电源,再使纸带运动 B.应先使纸带运动,再接通电源 C.在使纸带运动的同时接通电源 D.先使纸带运动或先接通电源都可以 解

3、析:在使用打点计时器时,必须先接通电源,待打点稳定后,再释放纸带,选项A正确。 答案:A,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,实验探究物体的运动性质 本实验中打点计时器为什么优先选用电火花打点计时器,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,1.实验原理 利用打点计时器打出的纸带上记录的数据,计算出各时刻的速度,再作出速度时间的关系图象。 (1)某点的瞬时速度等于以它为中间时刻的一小段时间内的平均速度。 (2)若v-t图象为一倾斜直线,则物体做匀变速直线运动,图线的斜率表示加速度。 2.实验器材 打点计时器、学生电源、复写纸、纸带、导线,一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻

4、度尺、坐标纸,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,3.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。 (4)换上新的纸带,重复实验两次。 (5)增减所挂钩码,按以上步骤再做两次实验,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,例题1】 93960024在“探究小车速度随时间变

5、化的规律”的实验中,是用打点计时器在纸带上打的点记录小车的运动情况。某同学做此实验时步骤如下: 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长木板上,并接好电路。 C.把一条绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面挂上适当的钩码。 D.小车停止运动后,直接取下纸带。 E.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔。 F.换上新纸带,重复操作三次,然后从各纸带中选取一条清晰的进行数据处理。 其中错误或遗漏的步骤有: (1)。(2)。 将以上步骤完善后按合理的顺序填写在下面横线上,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,解析:实验过程中应先接通电源再

6、放开纸带,取纸带前应先断开电源,所以错误操作是A、D步骤。根据实验的过程,合理顺序为BECADF。 答案:(1)A中应先通电,再放开纸带(2)D中取纸带前应先断开电源BECADF,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,变式训练1在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,下列所给器材中本实验不需要的器材有(填序号);还缺少的器材有。 电磁打点计时器天平低压直流电源细绳纸带小车钩码停表一端附有滑轮的长木板 解析:实验不需要测量小车的质量,是不需要的器材。电磁打点计时器需要低压交流电源,故为不需要的器材,缺少的器材为低压交流电源。打点计时器是一个计时仪器,故是不需要的器材。 答案:低压交流电

7、源,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,实验数据的处理 打点计时器所用电源的频率为50 Hz,某次实验中得到的一条纸带,用毫米刻度尺测量的情况如图所示,纸带在A、C间的平均速度是多少?在A、D间的平均速度是多少?B点的瞬时速度更接近于多少,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,1.表格法 (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,探究一,探究二,问题

8、导引,名师精讲,典例剖析,2)依次测出01、02、03、04、之间的距离s1、s2、s3、s4、,填入表中,4)根据表格中的数据,分析速度随时间怎么变化,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,2.图象法 (1)在坐标纸上建立直角坐标系,横轴表示时间,纵轴表示速度,并根据表格中的数据在坐标系中描点。 (2)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。 (4)据所画v-t图象求出小车运动的加速度,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名

9、师精讲,典例剖析,例题2】 93960025某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况,在纸带上确定出0、1、2、3、4、5、6共7个测量点。其相邻点间的距离如图所示,每两个相邻的测量点之间的时间间隔为0.10 s,试完成下面问题,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,1)根据打点计时器打出的纸带,我们可以直接得到的物理量是。 A.时间间隔B.加速度 C.瞬时速度D.平均速度 (2)根据纸带上各个测量点间的距离,某同学已将1、2、3、5点对应的时刻的瞬时速度进行计算并填入表中,请你将4点对应的时刻的瞬时速度填入表中。(要求保留三位有效

10、数字,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,3)在图中所示的直角坐标系中画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。 (4)由图象求出小车的加速度a=m/s2,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,解析:(1)瞬时速度、平均速度和加速度都是计算出来的,由纸带可以直接得到的物理量是时间间隔,选A。 (2)4点对应的时刻的瞬时速度 (3)描点作图,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,4)根据图象得 答案:(1)A(2)0.314(3)见解析图(4)0.500,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,变式训练2在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,如图所示给出了从0

11、点开始,每5个点取一个计数点的纸带,其中0,1,2,3,4,5,6都为计数点。测得s1=1.40 cm,s2=1.90 cm,s3=2.38 cm,s4=2.88 cm,s5=3.39 cm,s6 =3.87 cm。那么: (1)在计时器打出点1,2,3,4,5时,小车的速度分别为 v1=cm/s,v2=cm/s,v3=cm/s,v4=cm/s,v5=cm/s,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,2)在平面直角坐标系中作出速度时间图象。 (3)分析小车运动速度随时间变化的规律,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,解析:(1)由题意可知,两相邻的计数点之间的时间间隔为T=0.

12、025 s=0.1 s,对应各点速度分别为,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,2)利用描点法作出v-t图象如图所示。 (3)小车运动的v-t图象是一条倾斜向上的直线,说明速度随时间均匀增加,它们呈“线性关系”。 答案:(1)16.5021.4026.3031.3536.30(2)见解析图(3)速度随时间均匀增加,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,1 2 3 4 5,1.打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,根据打点计时器打出的纸带,我们可以从纸带上不需要测量和计算而直接得到的物理量是() A.时间间隔B.位移 C.瞬时速度D.平均速度 解析:因为两个点的时间间隔为0.

13、02 s,所以从打下的纸带上数一下点的个数就可知道时间间隔,所以选项A正确。任意两点间的位移,必须测量,因此选项B错误。因为从纸带上不能直接得到瞬时速度、平均速度,只可以间接计算,所以选项C、D错误。 答案:A,1 2 3 4 5,2.关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作,下列说法中错误的是() A.长木板不能侧向倾斜,但可一端高一端低 B.在释放小车前,小车应靠近滑轮处 C.应先接通电源,待打点计时器打点稳定后再释放小车 D.要在小车到达定滑轮前使小车停止运动 解析:实验过程中,一般长木板应平放,不能侧向倾斜,但适当一端高一端低,也是可以的,故选项A说法正确。在释放小车前,小车应在

14、靠近打点计时器处,故选项B说法错误。应先接通电源,再释放小车,故选项C说法正确。不要让小车碰在定滑轮上,故选项D说法正确。 答案:B,1 2 3 4 5,3.(多选)关于电火花打点计时器和电磁打点计时器的说法中,正确的是() A.电磁打点计时器和电火花打点计时器都是使用交流电源 B.两种打点计时器的打点频率与交流电源的频率一样 C.电火花打点计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸 D.电磁打点计时器打点靠的是电火花和墨粉 解析:电磁打点计时器在纸带上打点是靠振针和复写纸,使用的是46 V的交流电源,交流电源的频率为50 Hz。而电火花打点计时器是靠电火花和墨粉打点,使用的是220 V的交流电源,交

15、流电源的频率为50 Hz,所以选项C、D均错误。 答案:AB,1 2 3 4 5,4.一物体做匀变速运动,某同学通过打点计时器得到了一条较为理想的纸带。他已在纸带上按每隔4个点取一个计数点,依次编号为0、1、2、3、4、5。由于不小心纸带被撕断,请根据给出的图示分析纸带的另一部分应该是() 解析:由题图可知s1=30 mm,s2=36.0 mm。由公式s2-s1=aT2,s5-s1=4aT2,解得s5=54 mm,考虑到误差,故选项C正确。 答案:C,1 2 3 4 5,5.(选做题)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz,记录小车运动的纸带如图所示,在纸带上选择0、1、2、3、4、5共6个计数点,相邻两计数点之间还有四个点未画出,纸带旁并排放着带有最小分度为毫米的刻度尺,零刻度线跟“0”计数点对齐。 (1)由图读出三个计数点1、3、5跟0点的距离填入下列表格中,1 2 3 4 5,2)计算小