高中物理人教版必修1學(xué)案 實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律4

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111 2.1實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律 班級________姓名________學(xué)號_____ 學(xué)習(xí)目標(biāo): 1. 了解打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的構(gòu)造、原理和使用方法。 2. 學(xué)會使用打了點(diǎn)的紙帶研究物體的運(yùn)動情況。 3. 掌握△S=aT2的物理含義，知道怎樣判斷一個(gè)直線運(yùn)動是否為勻變速直線運(yùn)動。 4. 知道怎樣利用勻變速運(yùn)動的規(guī)律求某點(diǎn)的瞬時(shí)速度。 5. 理解和掌握通過打點(diǎn)紙帶用逐差法、v-t圖象求勻變速直線運(yùn)動的加速度。 學(xué)習(xí)重點(diǎn): 1.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的的使用。 2.紙帶上數(shù)據(jù)的處理。 學(xué)習(xí)難點(diǎn)：對紙帶的處理。 主要內(nèi)容： 一、練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 1．實(shí)驗(yàn)原理 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用交流電源的計(jì)時(shí)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(diǎn)。電火花計(jì)時(shí)器是利用火花放電在紙帶上打出 小孔而顯示出點(diǎn)跡的計(jì)時(shí)儀器，使用220V交流電壓，當(dāng)電源頻率為50Hz時(shí)，它每 隔0．02s打一次點(diǎn)。 如果運(yùn)動物體帶動的紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，在紙帶上打下的點(diǎn)就記錄了物體運(yùn)動 的時(shí)間，紙帶上的點(diǎn)子也相應(yīng)地表示出了運(yùn)動物體在不同時(shí)刻的位置，研究紙帶上 點(diǎn)子之間的間隔，就可以了解在不同時(shí)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(yùn)動的情況。 2．注意事項(xiàng) ①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上應(yīng)打出輕重合適的小圓點(diǎn)，如遇到打出的是短橫線，應(yīng) 調(diào)整一下振針距復(fù)寫紙片的高度使之增大一點(diǎn)。 ②使用計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器穩(wěn)定后，再釋放紙帶。 ③釋放物體前，應(yīng)使物體停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置。 ④使用電火花計(jì)時(shí)器時(shí)，應(yīng)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(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，應(yīng)讓紙帶通過限位孔，壓在復(fù)寫紙下面。 二、研究勻變速直線運(yùn)動 1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康? ①進(jìn)一步熟悉怎樣使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。 ②測定勻變速直線運(yùn)動的加速度。 2．實(shí)驗(yàn)原理 ①理解和推得△S=aT2 ②用逐差法求加速度：設(shè)物體做勻變速直線運(yùn)動，加速度是a，在各個(gè)連續(xù)相等時(shí)間T內(nèi)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(xiàng) (1)鉤碼的質(zhì)量適當(dāng)大一些，使繩對小車的拉力始終遠(yuǎn)大于小車所受的摩擦力，保證外力基本恒定。 (2)調(diào)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(shí)，應(yīng)將小車位置擺正，使紙帶與拉繩的方向一致，且不與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔邊相摩擦。 (4)先啟動打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，再釋放小車，小車行至終點(diǎn)時(shí)切斷電源或脈沖輸出開關(guān)。 (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(diǎn)跡清晰，適當(dāng)舍棄點(diǎn)子密集部分，適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)，弄清楚所選的時(shí)間間隔T等于多少秒。 4．實(shí)驗(yàn)步驟 (1)把附有滑輪的長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過滑輪，下邊掛上臺適的鉤碼，把紙帶穿過 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并把它的一端固定在小車的后面。實(shí)驗(yàn)裝置見圖。 (3)把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，接通電源后，放開小車，讓小車運(yùn)動，打點(diǎn) 計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)。換上新紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)子，在后邊便于測量的地 方找一個(gè)開始點(diǎn)，我們把每打五次點(diǎn)的時(shí)間作為時(shí) 間的單位，也就是T=0．025=0．1s，在選好的開始 點(diǎn)下面標(biāo)明0，在第六點(diǎn)下面標(biāo)明1，在第十一點(diǎn) 下面標(biāo)明2，在第十六點(diǎn)下面標(biāo)明3……標(biāo)明的點(diǎn) O，1，2，3……叫做記數(shù)點(diǎn)，兩個(gè)相鄰記數(shù)點(diǎn)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(jié)果填入表中。 (6)根據(jù)測量結(jié)果，利用前面的公式，計(jì)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(yùn)動的加速度。 【例一】用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究勻變速直線運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)中，造成各連續(xù)相等的時(shí)間間 隔內(nèi)位移之差不是一個(gè)恒量的主要原因是 ( ) A．長度測量不精確 B．打點(diǎn)間隔不均勻 C．運(yùn)動中受摩擦力作用 D． 木板未調(diào)成水平 【例二】在測定勻變速直線運(yùn)動的加速度的實(shí)驗(yàn)中，為了減小測量小車運(yùn)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(yùn)動的加速度盡量小一些 B． 適當(dāng)增加掛在細(xì)繩下的鉤碼個(gè)數(shù) C．在同樣條件，打出多條紙帶，選其中一條最理想的進(jìn)行測量和計(jì)算； D．舍去紙帶上密集的點(diǎn)，然后選取計(jì)數(shù)點(diǎn)，進(jìn)行計(jì)算。 【例三】如圖是小車在斜面上滑動時(shí)，通過計(jì)時(shí)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(jù)這些數(shù)據(jù)，可判斷小車做_________運(yùn)動，判斷依據(jù)是：_________。 【例四】測定勻變速直線運(yùn)動的加速度的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄紙帶運(yùn)動的時(shí)間，計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50赫茲。如圖為做勻變速直線運(yùn)動的小車帶動的紙帶上記錄的一些點(diǎn)，在每相鄰的兩點(diǎn)中間都有四個(gè)點(diǎn)未畫出。按時(shí)間順序0、1、2、3、4、5六個(gè)點(diǎn)用尺量出1、2、3、4、5點(diǎn)到O點(diǎn)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(xùn)練: 1．電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(dāng)電源頻率是50赫茲時(shí)，它每隔________s打一次點(diǎn)。 2．根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)間間隔 B．位移 c．加速度 D．平均速度。 3．下列有關(guān)小車運(yùn)動情況的說法中，哪些是正確的? ( ) A．小車在任意兩個(gè)連續(xù)相等的對間里的位移相等，小車的運(yùn)動一定是勻加速運(yùn)動； B．若小車做勻加速直線運(yùn)動，則它在任意兩個(gè)連續(xù)相等時(shí)間里的位移之差，一定相等： C．若小車做勻加速直線運(yùn)動，則它在任意兩個(gè)連續(xù)相等時(shí)間里的位移之差不斷增大： D．若小車通過任意兩個(gè)連續(xù)相等的位移的時(shí)間之差相等，則小車做的是勻變速直線運(yùn)動。 4．某同學(xué)在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測定勻變速直線運(yùn)動的加速度時(shí)，得到了如圖所示的紙帶，他舍棄密集點(diǎn)后，從o點(diǎn)開始每隔兩個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)?則每兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔_________s，測得OA=3．20厘米，DE=9．27厘米，則物體運(yùn)動的加速度為________米／秒2。 課后作業(yè)： 1．關(guān)于計(jì)數(shù)點(diǎn)的下列說法中，哪些是正確的? ( ) A．用計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測量計(jì)算，既方便，又可減小誤差： B．相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔戍是相等的； C．相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離麻當(dāng)是相等的； D.計(jì)數(shù)點(diǎn)是從計(jì)時(shí)器打出的實(shí)際點(diǎn)中選出來，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間點(diǎn)痕的個(gè)數(shù)相等。 2．本實(shí)驗(yàn)中，關(guān)于計(jì)數(shù)點(diǎn)間時(shí)間間隔的下列說法中正確的有 ( ) A．每隔四個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，則計(jì)數(shù)點(diǎn)問的時(shí)間間隔為0．10秒； B．每隔四個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，則計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔是O．08秒： C．每隔五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，則計(jì)數(shù)點(diǎn)問的時(shí)間間隔為0．08秒； D．每隔五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，則計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0．10秒： E．每五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，則計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0．08秒。 3．接通電源與讓紙帶(隨物體)開始運(yùn)動，這兩個(gè)操作的時(shí)間關(guān)系應(yīng)當(dāng)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(shí)接通電源； D．先接通電源或先釋放紙帶都可以。 4．當(dāng)紙帶與運(yùn)動物體連接時(shí)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出點(diǎn)痕，下列關(guān)于紙帶上的點(diǎn)痕說法中，哪些是正確的? A．點(diǎn)痕記錄了物體運(yùn)動的時(shí)間： B，點(diǎn)痕記錄了物體在不同時(shí)刻的位置和某段時(shí)間內(nèi)的位移； C．點(diǎn)在紙帶上的分布情況，反映了物體的質(zhì)量和形狀； D．紙帶上點(diǎn)痕的分布情況，反映物體的運(yùn)動情況。 5．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器振針打點(diǎn)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(qiáng)弱； D．振針與復(fù)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(chǎn)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(xué)練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得劍的紙帶的右端后通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。從點(diǎn)痕的分布情況可以斷定：紙帶________是勻速通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)通過計(jì)時(shí)器到B點(diǎn)通過計(jì)時(shí)器，歷時(shí)____s，位移為_______米，這段時(shí)間內(nèi)紙帶運(yùn)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(yùn)動的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出了一系列的點(diǎn)，其中a、b、c、d，e、f、g、h是連續(xù)的8個(gè)點(diǎn)。若選a點(diǎn)為第1計(jì)數(shù)點(diǎn)，將刻度尺的零刻度對準(zhǔn)點(diǎn)a時(shí)，可測得ab=O．9cm，ac=2cm，ad=3．3cm，ae=4．8cm，水6．5cm，ag=8．4cm，ah=10．5cm，因?yàn)開_______，所以物體的運(yùn)動是勻加速直線運(yùn)動．若打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每打相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為O．02s，則b點(diǎn)的瞬時(shí)速度為________，g點(diǎn)的瞬時(shí)速度為_______，物體運(yùn)動的加速度為_________。 111