2.1 实验:探究小车速度随时间变化的规律 学案(含答案)
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1、1 实验实验:探究小车速度随时间变化的规律探究小车速度随时间变化的规律 学科素养与目标要求 科学探究:1.进一步练习使用打点计时器.2.会利用平均速度求瞬时速度.3.会利用 vt 图像处 理实验数据,并由图像计算小车的加速度和判断小车的运动情况 一、实验原理 1利用纸带计算瞬时速度:以纸带上某点为中间时刻取一小段位移,用这段位移的平均速度 表示这点的瞬时速度 2用 vt 图像表示小车的运动情况:以速度 v 为纵轴、时间 t 为横轴建立直角坐标系,用 描点法画出小车的 vt 图像,图线的倾斜程度表示加速度的大小,如果 vt 图像是一条倾 斜的直线,说明小车的速度是均匀变化的 二、实验器材 打点计
2、时器(带导线)、交变电源、纸带、一端带有定滑轮的长铝板、小车、细绳、槽码、刻 度尺、复写纸、坐标纸 三、实验步骤 1如图 1 所示,把一端带有定滑轮的长铝板平放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面铝板上放 一个可以左右移动的小车,小车一端连接穿过打点计时器的纸带,另一端连接绕过滑轮系有 槽码的细绳 图 1 2把小车停在靠近(“靠近”或“远离”)打点计时器的位置先启动打点计时器,后放开小 车(填“启动打点计时器”或“放开小车”),让小车拖着纸带运动,打点计时器就在纸带上 打下一行小点随后,立即关闭电源 3换上新纸带,并增减所挂槽码(或在小车上放置重物)重新操作两次 四、数据记录 1采集数据 舍掉纸带开头
3、一些过于密集的点,找一个适当的点作为计时起点可选择相隔 0.1 s(或更短) 的若干计数点进行测量 如图 2 所示,先测量出各个计数点到计时起点的距离:x1、x2、x3、x4、x5,再计算出相邻 的两个计数点间的距离:x1x1,x2x2x1,x3x3x2,x4x4x3,x5x5x4, 填入自己设计的表中 图 2 2求各计数点的瞬时速度 (1)各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替,即 v1x1x2 2T ,v2x2x3 2T , T 为相邻两个计数点间的时间间隔,若交流电源频率为 50 Hz,每 5 个点取一个计数点(中间 隔 4 个点),则 T0.1 s. (2)设计表格并记录相关数据 位置
4、编号 0 1 2 3 4 5 6 时刻 t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 v1/(m s 1) v2/(m s 1) v3/(m s 1) 五、数据分析 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,不在直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 3 所示 图 3 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根据所画 vt 图像求出小车运动的加速度 av t. 六、注意事项 1开始释放小车时,应使小车靠近(填“靠近”或“远离”)打点计时器 2 先启动
5、打点计时器, 等打点稳定后, 再放开小车(填“启动打点计时器”或“放开小车”) 3打点完毕,立即关闭电源 4选取一条点迹清晰的纸带,舍掉开头点迹密集部分,选取适当的计数点(注意计数点与计 时点的区别),弄清楚所选的时间间隔 T 等于多少 5不要分段测量各段距离,应尽可能地一次测量完毕(可统一量出各计数点到计时起点之间 的距离) 6在坐标纸上画 vt 图像时,注意坐标轴单位长度的选取,应使图像大致布满坐标纸. 一、实验原理与操作 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中, (1)下列给出的器材中,有一部分已经选好了,请选出还需要的器材 A 电磁打点计时器 B 天平 C 低压交变电源 D 低压直
6、流电源 E 细绳和纸带 F 槽 码和小车 G秒表 H一端有滑轮的长铝板 .刻度尺 选出的器材有 AEFH,还需要_ (2)某同学按照以下步骤进行操作: A换上纸带重复做三次,选择一条较为理想的纸带; B将电磁打点计时器固定在长铝板上没有滑轮的一端,接上低压交变电源; C把小车停在靠近电磁打点计时器的地方,先放开小车,再启动电磁打点计时器; D断开电源,取下纸带; E把一条细绳拴在小车前端,绳跨过滑轮挂上槽码,把纸带固定在小车后端并让纸带穿过 电磁打点计时器 以上步骤有错误的是_(填步骤前的字母),应更正为_;步骤合理的顺序是 _(填步骤前的字母) 答案 (1)C、I (2)C 先启动电磁打点计
7、时器,再放开小车 BECDA 解析 (1)在本实验中,不需要测量小车和槽码的质量,因此不需要天平,电磁打点计时器使 用的是交变电源,因此不需要直流电源,同时电磁打点计时器记录了小车运动时间,因此不 需要秒表测量点迹间的距离需要刻度尺,所以还需要的器材是:C、I. (2)以上步骤有错误的是 C,应先启动电磁打点计时器,再放开小车 根据组装器材、进行实验、数据处理的顺序知,操作步骤顺序为:BECDA. 二、实验数据处理 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变电源的频率 为 50 Hz,记录小车运动的一段纸带如图 4 所示,在纸带上选取 A、B、C、D、E、F 六个计 数
8、点,相邻两计数点之间还有四个点未画出 图 4 (1)由纸带提供的数据求出打下 C、E 两点时小车的速度,填入下表: 计数点序号 B C D E 计数点对应的时刻 t/s 0 0.1 0.2 0.3 通过计数点时小车的速度 v/(m s 1) 0.25 0.45 (2)根据上表中的数据, 在图 5 中作出小车运动的 vt 图线, 并分析小车速度随时间变化的规 律 图 5 (3)根据作出的 vt 图线可得小车运动的加速度为_ m/s2. 答案 (1)0.35 0.55 (2)见解析图 见解析 (3)1 解析 (1)用一段很短时间内的平均速度可替代中间时刻的瞬时速度,则 vC BD 2T AD AB
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