實驗1

測量做直線運動物體的

瞬時速度實驗1測量做直線運動物體的

瞬時速度-2-方法一

用打點計時器測瞬時速度一、實驗目的1.練習使用打點計時器,學會通過紙帶上的點測瞬時速度。2.研究物體做勻變速直線運動的規律。二、實驗器材電火花計時器(或電磁打點計時器)、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導線、電源、復寫紙片。-2-方法一用打點計時器測瞬時速度-3-三、實驗原理1.打點計時器原理-3-三、實驗原理-4-2.用“平均速度法”求速度瞬時速度沒法直接測量,因此根據極限的思想,要測量某點的瞬時速度,可通過測量對應的很短時間內的平均速度來測瞬時速度。在公式

中,當Δt→0時v是瞬時速度。-4-2.用“平均速度法”求速度-5-四、實驗步驟1.按照實驗原理圖,把打點計時器固定在長木板無滑輪的一端,接好電源;2.把一細繩系在小車上,細繩繞過滑輪,下端掛適量的鉤碼,紙帶穿過打點計時器,固定在小車后面;3.把小車停靠在打點計時器處,先接通電源,后放開小車;4.小車運動一段時間后,斷開電源,取下紙帶;5.換紙帶反復做三次,選擇一條比較理想的紙帶進行測量分析。-5-四、實驗步驟-6-五、數據處理1.由實驗數據得出v-t圖象(1)選擇一條比較理想的紙帶,確定好計數點。(2)求各計數點的瞬時速度填入表格中。(3)根據表格中的v、t數據,在直角坐標系中描點。(4)根據描點法作一條直線。-6-五、數據處理-7-2.小車運動的速度隨時間變化的規律小車運動的v-t圖象是一條傾斜的直線,如圖所示,可以得出結論:小車的速度隨時間均勻變化。-7-2.小車運動的速度隨時間變化的規律-8-六、注意事項1.平行:紙帶、細繩要和長木板平行。2.靠近:釋放小車前,應使小車停在靠近打點計時器的位置。3.先后順序:實驗時應先接通電源,后釋放小車;一次實驗結束時先斷開電源,后取下紙帶。4.防止碰撞:在到達長木板末端前應讓小車停止運動,防止鉤碼落地和小車與滑輪碰撞。5.準確作圖。七、誤差分析1.紙帶運動時摩擦不均勻,打點不穩定引起誤差。2.計數點間距測量有偶然誤差。3.作圖有誤差。-8-六、注意事項-9-方法二

用光電門、光電計數器測瞬時速度光電門測速原理是把物體通過光電門的時間內認為物體做勻速直線運動,利用極短時間的平均速度替代瞬時速度,因此,只要測出物體的寬度和物體通過光電門的時間即可測定物體的速度。方法三

用頻閃照相法測瞬時速度利用頻閃照相拍攝運動物體在不同時刻的位置,再根據照片和實物的比例推算出照片中不同時刻物體位置間的位移,根據運動學公式測得物體的速度。-9-方法二用光電門、光電計數器測瞬時速度-10-命題點一命題點二基本實驗儀器及數據處理1.由紙帶計算某點的瞬時速度根據勻變速直線運動某段時間內的平均速度等于該段時間中間時刻的瞬時速度來計算,即2.利用紙帶求物體加速度的兩種方法(1)逐差法:如圖所示(2)圖象法:v-t圖象的斜率即為加速度。-10-命題點一命題點二基本實驗儀器及數據處理-11-命題點一命題點二典例1(1)打點計時器是一種使用交流電源記錄運動物體在一定時間間隔內位移的儀器,目前實驗室用的打點計時器有電磁打點計時器和

計時器兩種,它們所接電源均為頻率為50Hz的交流電源,但前者所接的電源電壓為

V,后者所接的電源電壓為

V,振針每隔

s打下一點。現在使用打點計時器測定物體的速度,當電源頻率低于50Hz時,若仍按照50Hz計算,則測出的速度值將比真實值

。

(2)某同學在用小車做“測定直線運動的瞬時速度”實驗時,從打出的若干紙帶中選出了如圖所示的一條(每兩點間還有四個點沒有畫出來),上面的數字為相鄰兩個計數點間的距離。打點計時器的電源頻率為50Hz。-11-命題點一命題點二典例1(1)打點計時器是一種使用交流-12-命題點一命題點二計算出打下計數點2、4時小車的瞬時速度分別為v2=

、v4=

。

答案

(1)電火花

4~6

220

0.02

大(2)0.694m/s

1.09m/s-12-命題點一命題點二計算出打下計數點2、4時小車的瞬時速-13-命題點一命題點二解析

(1)打點計時器是一種使用交流電源記錄運動物體在一定時間間隔內位移的儀器,目前實驗室用的打點計時器有電磁打點計時器和電火花計時器兩種,它們所接電源均為頻率為50

Hz的交流電源,但前者所接的電源電壓為4~6

V,后者所接的電源電壓為220

V,振針每隔0.02

s打下一點,當電源頻率低于50

Hz時,打點時間間隔T大于0.02

s,由v=可知實際計算中時間t偏小,則測出的速度值將比真實值大。(2)每兩個計數點之間的時間間隔T=0.10

s。根據勻變速直線運動中,中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度,可以求出打下2、4點時小車瞬時速度的大小。-13-命題點一命題點二解析(1)打點計時器是一種使用交流-14-命題點一命題點二通過本題要強化瞬時速度概念的建構。要明確對于以紙帶為紐帶的問題,首先由不同計數點(或計時點)間的長度變化情況明確紙帶所對應的物體的運動特點,再利用相應公式進行計算。對于勻變速運動,求瞬時速度的方法:中間時刻的瞬時速度等于該段時間的平均速度。-14-命題點一命題點二通過本題要強化瞬時速度概念的建構。要-15-命題點一命題點二創新實驗測量瞬時速度的方法很多,測量工具主要有兩類:一類是計時工具,一類是測距工具。除了現教材講的用的打點計時器及教材提到的頻閃照相、光電門法外,還有很多方法。因此,要在夯實基礎實驗的基礎上注意遷移、創新能力的培養,善于用教材中實驗的原理、方法和技巧處理新問題。-15-命題點一命題點二創新實驗-16-命題點一命題點二典例2(2017·全國卷Ⅰ)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動,用自制“滴水計時器”計量時間。實驗前,將該計時器固定在小車旁,如圖(a)所示。實驗時,保持桌面水平,用手輕推一下小車。在小車運動過程中,滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴,圖(b)記錄了桌面上連續的6個水滴的位置。(已知滴水計時器每30s內共滴下46個小水滴)-16-命題點一命題點二典例2(2017·全國卷Ⅰ)某探究小-17-命題點一命題點二(1)由圖(b)可知,小車在桌面上是

(填“從右向左”或“從左向右”)運動的。

(2)該小組同學根據圖(b)的數據判斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖(b)中A點位置時的速度大小為

m/s,加速度大小為

m/s2。(結果均保留2位有效數字)

答案:(1)從右向左

(2)0.19

0.037解析:(1)輕推小車,由于阻力小車做減速運動,相同時間內位移逐漸減小,故小車由右向左運動。-17-命題點一命題點二(1)由圖(b)可知,小車在桌面上是-18-命題點一命題點二本題的創新點是利用滴水計時器代替打點計時器,根據水滴的位置分布情況分析小車的運動狀態,并求解瞬時速度和加速度。-18-命題點一命題點二本題的創新點是利用滴水計時器代替打點-19-1.某同學利用圖(a)所示的實驗裝置探究物塊速度隨時間的變化。物塊放在桌面上,細繩的一端與物塊相連,另一端跨過滑輪掛上鉤碼。打點計時器固定在桌面左端,所用交流電源頻率為50Hz。紙帶穿過打點計時器連接在物塊上。啟動打點計時器,釋放物塊,物塊在鉤碼的作用下拖著紙帶運動。打點計時器打出的紙帶如圖(b)所示(圖中相鄰兩點間有4個點未畫出)。-19-1.某同學利用圖(a)所示的實驗裝置探究物塊速度隨時-20-根據實驗數據分析,該同學認為物塊的運動為勻加速運動。回答下列問題:(1)在打點計時器打出B點時,物塊的速度大小為

m/s。在打出D點時,物塊的速度大小為

m/s;(保留兩位有效數字)

(2)物塊的加速度大小為

m/s2。(保留兩位有效數字)

-20-根據實驗數據分析,該同學認為物塊的運動為勻加速運動。-21-答案

(1)0.56

0.96

(2)2.0解析

(1)根據勻變速直線運動中中間時刻的速度等于該過程中的平均速度,所以(2)根據題意,該同學認為物塊的運動為勻加速運動,則根據速度公式vD=vB+a·2T,代入數據整理可以得到a=2.0

m/s2。-21-答案(1)0.560.96(2)2.0-22-2.(2018·遼寧沈陽期中)某人用如圖甲所示的實驗裝置研究勻變速直線運動。安裝調整好實驗器材后,讓小車拖著紙帶運動,打點計時器在紙帶上打下一系列小點,重復幾次,選出一條點跡比較清晰的紙帶,從便于測量的點開始,取幾個計數點,如圖乙中a,b,c,d,e點。測出x1、x2、x3、x4。-22-2.(2018·遼寧沈陽期中)某人用如圖甲所示的實驗-23-結合上述實驗步驟,請你繼續完成下列任務:(1)(多選)實驗中,除打點計時器(含紙帶、復寫紙)、小車、一端附有滑輪的長木板、細繩、鉤碼、導線及開關外,在下列器材中,必須使用的有

(填選項前字母)。

A.電壓合適的50Hz交流電源B.電壓可調的直流電源C.秒表D.刻度尺E.天平F.重錘G.彈簧測力計-23-結合上述實驗步驟,請你繼續完成下列任務:-24-(2)(多選)實驗操作中,下列選項合理的是(

)A.先通電,后釋放小車B.先釋放小車,后通電C.本實驗需要墊高長木板一端以平衡摩擦力D.本實驗不需要墊高長木板一端以平衡摩擦力(3)如果小車做勻加速運動,所得紙帶如圖乙所示,則x1、x2、x3的關系是

,已知打點計時器所用交流電源頻率為50Hz,刻度尺測得相鄰各點間的距離為x1=3.62cm,x2=4.75cm,x3=5.88cm,x4=7.01cm,小車的加速度是

m/s2(計算結果保留三位有效數字)。

(4)如果實際電源頻率低于50Hz,則加速度的計算結果比實際

(選填“偏大”“不影響”或“偏小”)。

-24-(2)(多選)實驗操作中,下列選項合理的是()-25-答案

(1)AD

(2)AD

(3)x2-x1=x3-x2

(4)1.13m/s2(5)偏大解析

(1)本實驗用到了打點計時器,那么就應該配備交流電源,這樣才可以在紙帶上周期性地打點,又因為要測量兩點之間的距離,所以還會用到測量工具即刻度尺,所以選AD;(2)為了充分合理利用紙帶,應該先打開電源,然后再釋放小車,因為本實驗是研究勻變速直線運動,只要運動中加速度恒定即可,所以沒有必要平衡摩擦力,故選AD;(3)由于小車做勻加速運動,所以相鄰相等時間內的位移差是恒定的,由Δs=at2得x2-x1=x3-x2,小車的加速度

,代入數據可得a=1.13

m/s2;(4)如果實際電源頻率低于50

Hz,則周期偏大,計算時還用0.02

s,計算用的周期偏小,由a=,得測得的加速度偏大。-25-答案(1)AD(2)AD(3)x2-x1=x3-26-3.(2019·山東煙臺高三上學期期中)如圖所示為某實驗小組研究勻變速直線運動所得的一條紙帶,已知所用電源的頻率為50Hz,紙帶上的計數點為每5個點取一個計數點,則可知相鄰兩計數點間的時間間隔Δt=

s,若測得計數點0、1之間的距離為1.20cm,計數點5、6之間的距離為4.7cm,則可求得加速度a=

m/s2。

答案

0.1

0.70解析

相鄰兩計數點間的時間間隔Δt=5×0.02

s=0.1

s;根據Δx=aT2可解得:-26-3.(2019·山東煙臺高三上學期期中)如圖所示為某-27-4.(2017·全國卷Ⅱ)某同學研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關系。使用的器材有:斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器。-27-4.(2017·全國卷Ⅱ)某同學研究在固定斜面上運動-28-實驗步驟如下:①如圖(a),將光電門固定在斜面下端附近;將一擋光片安裝在滑塊上,記下擋光片前端相對于斜面的位置,令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑;②當滑塊上的擋光片經過光電門時,用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間Δt;④將另一擋光片換到滑塊上,使滑塊上的擋光片前端與①中位置相同,令滑塊由靜止開始下滑,重復步驟②、③;⑤多次重復步驟④;-28-實驗步驟如下:-29--29--30-完成下列填空:(1)用a表示滑塊下滑的加速度大小,用vA表示擋光片前端到達光電門時滑塊的瞬時速度大小,則

與vA、a和Δt的關系式為=