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高中物理人教版(2019)必修一 2.1實驗:探究小車速度隨時間變化的規律 同步學案

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高中物理人教版(2019)必修一 2.1實驗:探究小車速度隨時間變化的規律 同步學案

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課題 實驗:探究小車速度隨時間變化的規律
本次課考點羅列 1.實驗原理
2.數據處理
3.誤差分析
一、考點梳理考點一、熟悉實驗操作步驟1、如圖所示,把一端帶有定滑輪的長鋁板平放在實驗桌上,并使滑輪伸出桌面.鋁板上放一個可以左右移動的小車,小車一端連接穿過打點計時器的紙帶,另一端連接繞過滑輪系有槽碼的細繩.2、把小車停在靠近(填“靠近”或“遠離”)打點計時器的位置.先啟動打點計時器,后放開小車(填“啟動打點計時器”或“放開小車”),讓小車拖著紙帶運動,打點計時器就在紙帶上打下一行小點.隨后,立即關閉電源.3、換上新紙帶,并增減所掛槽碼(或在小車上放置重物),重新操作兩次.【典例1】在“探究小車速度隨時間變化的規律”的實驗中,用打點計時器在紙帶上打的點記錄了小車的運動情況.某同學做此實驗時的步驟如下:A.拉住紙帶,把小車停在靠近打點計時器的位置,放開紙帶,再接通電源;B.將打點計時器固定在長木板上;C.把一條細繩拴在小車上,細繩跨過定滑輪,下面掛上適當的鉤碼;D.小車停止運動后,直接取下紙帶;E.將紙帶固定在小車尾部,并穿過打點計時器的限位孔;F.換上新紙帶,再重復操作兩次,然后從各紙帶中選取一條點跡清晰的進行測量并數據處理.其中錯誤或遺漏的步驟有①___________________________________________________;②___________________________________________________.將以上步驟完善后,其合理的順序為_____________________________________________________.[解析] A中應先接通電源,再放開紙帶;D中取紙帶前應先斷開電源.實驗步驟合理的順序為BECADF.[答案] A中應先接通電源,再放開紙帶D中取紙帶前應先斷開電源 BECADF【典例2】某一學習小組的同學想通過打點計時器在紙帶上打出的點跡來探究小車速度隨時間變化的規律,實驗裝置如圖所示。(1)常見的打點計時器有兩種:_______和_________,它們使用的都是_____電源(填“直流”或“交流”),當電源頻率為50Hz時,每隔______s打一個點。(2)關于本實驗,下列說法正確的是_______。A.釋放紙帶的同時,接通電源 B.先接通電源打點,后釋放紙帶運動C.先釋放紙帶運動,后接通電源打點D.紙帶上的點跡越密集,說明紙帶運動的速度越大(3)要測量小車的速度。除打點計時器(含所用電源、紙帶、墨粉紙盤)外還必須使用的測量工具是________。【答案】電磁打點計時器 電火花打點計時器 交流 0.02 B 刻度尺【解析】【詳解】(1)[1][2][3]常見的打點計時器有兩種:電磁打點計時器和電火花打點計時器,它們使用的都是交流電源。[4]當電源頻率為50Hz時,每隔0.02s打一個點。(2)[5]ABC.由于小車速度較快,且運動距離有限,打出的紙帶長度也有限,為了能在長度有限的紙帶上盡可能多地獲取間距適當的數據點,實驗時應先接通電源,后釋放紙帶,故AC錯誤,B正確;D.紙帶上的點跡越密集,說明紙帶運動的速度越小,故D錯誤。故選B。(3)[6]除打點計時器(含所用電源、紙帶、墨粉紙盤)外還必須使用的測量工具是刻度尺,用于測量紙帶上的點間距離。練習1、如圖所示為某同學在做“研究勻變速直線運動”的實驗中,由打點計時器得到反映小車運動過程的一條清晰紙帶,圖中所標的點為計數點,每兩個計數點間還有4個點(圖中未畫出),測得OA=7.05 cm、AB=7.68 cm、BC=8.33 cm、CD=8.95 cm,所用交流電頻率為50 Hz,則(1)關于打點計時器的時間間隔,下列說法正確的是__________A.電源電壓越高,每打兩個點的時間間隔就越短B.紙帶速度越大,每打兩個點的時間間隔就越短C.打點計時器連續打兩個點的時間間隔由電源的頻率決定D.如果交流電源改為直流電源,打點計時器連續打兩個點的時間間隔保持不變(2)打點計時器打A點時小車的速度是____ m/s,小車運動的加速度大小是_____m/s2.(以上計算結果保留兩位有效數字)(3)如果當時使用交變電流的頻率比正常值偏高,而做實驗的同學并不知道,由此引起的誤差將使加速度的測量值比實際值偏________.(選填“大”或“小”)【答案】 C 0.74 m/s 0.64 m/s2 小【解析】【詳解】(1)[1]打點計時器是使用交流電源儀器,其打點周期與交流電的周期相同,與電壓、速度等無關,故選C.(2)[2]每兩個計數點間還有4個打點(圖中未畫出),則相鄰計數點之間的時間間隔為:T=0.1s;根據勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度,則可得打A點時小車的速度為:代入數據解得:m/s;[3]根據勻變速直線運動的推論公式△則有:代入數據解得:m/s2.(3)[4]因為交流電的頻率比正常值偏高,本來打點周期應該代入比0.02s小的值,解出結果是真實加速度,但是在計算過程卻代入了0.02s這個的數值,所以這樣計算出的加速度值與真實值相比偏小.考點二、計算瞬時速度利用極限思想將平均值過渡到瞬時值是物理學中常用的方法.紙帶上某點的瞬時速度等于以此為中心的前、后相鄰兩點間的平均速度.【典例1】在“探究小車速度隨時間變化的規律”的實驗中,如圖所示為一次記錄小車運動情況的紙帶,圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數點(A點為第一個點),相鄰計數點間的時間間隔T=0.1 s.(1)根據__________計算各點的瞬時速度,則vD=______m/s,vC=______m/s,vB=______m/s.[解析] (1)若時間較短,平均速度可以代替中間時刻的瞬時速度.D點的瞬時速度vD== cm/s=390 cm/s=3.90 m/sC點的瞬時速度vC== cm/s=264 cm/s=2.64 m/sB點的瞬時速度vB== cm/s=138 cm/s=1.38 m/s.【典例2】為了測定氣墊導軌上滑塊的加速度,滑塊上安裝了寬度為d=3.0 cm的遮光板,如圖所示,滑塊在牽引力作用下勻加速先后通過兩個光電門,配套的數字毫秒計記錄了遮光板通過光電門1的時間為Δt1=0.30 s,通過光電門2的時間為Δt2=0.10 s,遮光板從開始遮住光電門1到開始遮住光電門2的時間為Δt=3.0 s,則遮光板通過光電門1時的速度v1= ,光板通過光電門2時的速度v2= ,滑塊的加速度約為 。(每個空均保留2位有效數字)答案0.10 m/s 0.30 m/s 0.067 m/s2解析 遮光板通過光電門1時的速度v1== m/s=0.10 m/s,遮光板通過光電門2時的速度v2== m/s=0.30 m/s,故滑塊的加速度a=≈0.067 m/s2.考點三、逐差法處理數據逐差法:即根據x4-x1=x5-x2=x6-x3=3aT 2(T為相鄰兩計數點之間的時間間隔),求出a1=(x4-x1)/3T 2,a2=(x5-x2)/3T 2,a3=(x6-x3)/3T 2,再算出a1、a2、a3的平均值a=(a1+a2+a3)/3=,即為物體的加速度。【典例1】(多選)在“探究小車速度隨時間變化的規律”的實驗中,得到如圖所示的紙帶,其中A、B、C、D、E、F、G為計數點,相鄰兩計數點間的時間間隔為T,x1、x2、x3、x4、x5、x6分別為AB、BC、CD、DE、EF、FG間的位移,下列可用來準確計算D點小車速度的表達式是(  )A. B.C. D.【答案】BC可用來計算D點小車速度的表達式有和,但比更準確一些.【典例2】(1)如圖所示為“探究小車速度隨時間變化的規律”的實驗裝置圖,下列說法正確的是_____。A.先釋放小車,再接通電源B.先接通電源,再釋放小車C.打點計時器應使用交流電D.打點結束,應先取下紙帶,然后再關閉電源(2)如圖為在“探究小車速度隨時間的變化規律”實驗中,得到的一條紙帶,從中確定五個計數點,量得。每相鄰兩個計數點間的時間間隔是。則打C點時小車的速度_______,小車的加速度_______。(結果均保留兩位有效數字)【答案】 BC 1.1 【解析】(1)[1]AB.先接通電源,待打點穩定后再釋放紙帶,A錯誤B正確;C.打點計時器應使用交流電,C正確;D.打點結束,應先關閉電源,然后再取下紙帶,D錯誤。故選BC。(2)[2] C點時小車的速度[3] 小車的加速度練習1、在《研究勻變速直線運動》的實驗中。(1)所用實驗器材有:電火花打點計時器、紙帶、小車、帶滑輪的長木板、砝碼、刻度尺、導線、電源等,其中電源必須是______;A.220V的蓄電池B.4~6V的低壓交流電C.4~6V的干電池D.220V交流電(2)如圖所示為某次記錄小車運動情況的紙帶,在紙帶上選取圖中A、B、C、D、E五個計數點,已知相鄰的計數點間還有4個點未畫出,打點計時器連接的電源頻率為50Hz,根據紙帶上所給出的數據,可計算出在打B點時小車的速度大小______m/s,小車運動的加速度大小_____m/s2;(本小題兩空計算結果均保留兩位有效數字)(3)打點時小車與紙帶______(填左或右)端連接;(4)如果當時電網中交變電流的電壓變成210V,頻率不變,而做實驗的同學并不知道,那么加速度的測量值與實際值相比______。(填“偏大”、“偏小”或“不變”)【答案】 D 0.80 2.0 左 不變【解析】(1)[1]電火花打點計時器所用電源是220V交流電,故選D。(2)[2]由題意可知紙帶上相鄰兩計數點間的時間間隔為T=5×0.02s=0.1s打B點時小車的速度大小為[3]小車運動的加速度大小為(3)[4]紙帶上相鄰兩計數點間距從左往右逐漸增大,所以打點時小車與紙帶左端連接。(4)[5]交流電的頻率不變,不影響打點計時器打點的時間間隔,對實驗結果沒影響,所以加速度的測量值與實際值相比不變。考點四、誤差分析由s,再由注意打點頻率不同所得結果會出現誤差【典例1】在研究勻變速直線運動實驗中,在打點計時器打下的紙帶上,選取一段如圖所示,實驗員告知同學們交流電的頻率為50 Hz,圖中每兩點中間還有四點沒有畫出;用刻度尺量得A到B、C、D、E各點的距離依次為:1.23 cm、3.71 cm、7.44 cm和12.42 cm,則打C點時物體的瞬時速度大小為________ m/s;該勻變速直線運動的加速度的大小為________ m/s2.(以上結果均保留三位有效數字)若實際上交流電的頻率為51 Hz,則上面計算出的加速度值比實際值________.(填“大”“小”或“相等”)【答案】0.311 1.25 小解析:打C點時物體的速度等于物體在BD間的平均速度:vC= m/s≈0.311 m/sAB間的距離s1=1.23 cm,BC間的距離s2=3.71 cm-1.23 cm=2.48 cm,CD間的距離s3=7.44 cm-3.71 cm=3.73 cmDE間的距離s4=12.42 cm-7.44 cm=4.98 cm.利用v-t圖像求加速度可得:a=1.25 m/s2由題意知:f測T實,a測21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 (共 2 頁)
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