(全國(guó)通用版)2022-2023高中物理 第二章 勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究 1 實(shí)驗(yàn):探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律學(xué)案 新人教版必修1
《(全國(guó)通用版)2022-2023高中物理 第二章 勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究 1 實(shí)驗(yàn):探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律學(xué)案 新人教版必修1》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《(全國(guó)通用版)2022-2023高中物理 第二章 勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究 1 實(shí)驗(yàn):探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律學(xué)案 新人教版必修1(8頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、(全國(guó)通用版)2022-2023高中物理 第二章 勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究 1 實(shí)驗(yàn):探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律學(xué)案 新人教版必修1 [學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.進(jìn)一步練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.2.會(huì)利用平均速度求瞬時(shí)速度.3.會(huì)利用v-t圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并據(jù)此判斷物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì).4.能根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求加速度. 一、實(shí)驗(yàn)原理 1.利用紙帶計(jì)算瞬時(shí)速度:以紙帶上某點(diǎn)為中間時(shí)刻取一小段位移,用這段位移的平均速度表示這點(diǎn)的瞬時(shí)速度. 2.用v-t圖象表示小車的運(yùn)動(dòng)情況:以速度v為縱軸、時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系,用描點(diǎn)法畫出小車的v-t圖象,圖線的傾斜程度表示加速度的大小,如果v-t圖象是一條傾斜的直線,
2、說(shuō)明小車的速度是均勻變化的. 二、實(shí)驗(yàn)器材 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(帶導(dǎo)線)、交流電源、紙帶、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、小車、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、復(fù)寫紙、坐標(biāo)紙. 三、實(shí)驗(yàn)步驟 1.如圖1所示,把一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上,并使滑輪伸出桌面,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板沒有滑輪的一端,連接好電路. 圖1 2.把一條細(xì)繩拴在小車上,使細(xì)繩跨過(guò)滑輪,下面掛上適當(dāng)?shù)你^碼,把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,并把紙帶的一端連在小車的后面. 3.把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置,先接通電源,后釋放小車(填“接通電源”或“釋放小車”),讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一行小點(diǎn),隨后立即關(guān)閉電源. 4
3、.換上新紙帶,重復(fù)操作兩次. 四、數(shù)據(jù)處理 1.采集數(shù)據(jù) 如圖2所示,一般不是直接測(cè)量相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,而是先測(cè)量出各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)時(shí)零點(diǎn)的距離x1、x2、x3、x4、x5,再計(jì)算出相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離.Δx1=x1,Δx2=x2-x1,Δx3=x3-x2,Δx4=x4-x3,Δx5=x5-x4. 圖2 2.求各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度 (1)各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度用平均速度來(lái)代替,即v1=,v2=,… T為相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔,若交流電源頻率為50 Hz,每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)(中間隔4個(gè)點(diǎn)),則T=0.1 s. (2)設(shè)計(jì)表格并記錄相關(guān)數(shù)據(jù) 位置編號(hào) 1 2
4、 3 4 5 6 7 時(shí)刻t/s 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 v/(m·s-1) 3.作出小車運(yùn)動(dòng)的v-t圖象 (1)定標(biāo)度:坐標(biāo)軸的標(biāo)度選取要合理,應(yīng)使圖象大致布滿坐標(biāo)紙. (2)描點(diǎn):在坐標(biāo)紙上描出各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的位置. (3)連線:用一條平滑的曲線或直線“擬合”這些點(diǎn). 4.分析數(shù)據(jù)并求出加速度 (1)如果畫出的v-t圖象是一條傾斜的直線,說(shuō)明小車做速度均勻變化的直線運(yùn)動(dòng).圖象和縱軸的交點(diǎn)表示開始計(jì)時(shí)時(shí)小車的速度. (2)求出小車的加速度 在v-t圖象上任意取兩個(gè)間隔較遠(yuǎn)的點(diǎn)(這兩個(gè)點(diǎn)不一定
5、是我們表格中已測(cè)得的點(diǎn)),找出它們的坐標(biāo)值,然后把它們的坐標(biāo)值代入公式a=中求出加速度,即用圖線的斜率求加速度. 五、注意事項(xiàng) 1.開始釋放小車時(shí),應(yīng)使小車靠近(填“靠近”或“遠(yuǎn)離”)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器. 2.先接通電源,等打點(diǎn)穩(wěn)定后,再釋放小車(填“接通電源”或“釋放小車”). 3.打點(diǎn)完畢,立即關(guān)閉電源. 4.選取一條點(diǎn)跡清晰的紙帶,舍掉開頭點(diǎn)跡密集部分,選取適當(dāng)?shù)挠?jì)數(shù)點(diǎn)(注意計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)時(shí)點(diǎn)的區(qū)別),弄清楚所選的時(shí)間間隔T等于多少. 5.不要分段測(cè)量各段距離,應(yīng)盡可能地一次測(cè)量完畢(可統(tǒng)一量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)數(shù)起點(diǎn)0之間的距離). 6.在坐標(biāo)紙上畫v-t圖象時(shí),注意坐標(biāo)軸單位長(zhǎng)度的選取,
6、應(yīng)使圖象大致布滿坐標(biāo)紙. 一、實(shí)驗(yàn)器材和操作 例1 某同學(xué)按圖3所示裝置做“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn). 圖3 (1)圖中儀器A叫做________計(jì)時(shí)器,使用220 V________電源(選填“交流”或“直流”),釋放小車前,小車應(yīng)停在________(填“靠近”或“遠(yuǎn)離”)儀器A的位置. (2)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來(lái)分析物體運(yùn)動(dòng)情況的實(shí)驗(yàn)中,有以下基本步驟: A.松開紙帶讓物體帶著紙帶運(yùn)動(dòng) B.穿好紙帶 C.把計(jì)時(shí)器固定好 D.接通電源,進(jìn)行打點(diǎn) 以上步驟的正確順序是________. 答案 (1)電火花 交流 靠近 (2)CBDA 解析 (1)
7、題圖中儀器A叫做電火花計(jì)時(shí)器,使用220 V交流電源,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,放開小車前,小車要靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器; (2)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來(lái)分析物體運(yùn)動(dòng)情況的實(shí)驗(yàn)中,基本步驟為:先把計(jì)時(shí)器固定好,穿好紙帶,再接通電源,進(jìn)行打點(diǎn),之后松開紙帶讓物體帶著紙帶運(yùn)動(dòng),故正確的順序是CBDA. 【考點(diǎn)】實(shí)驗(yàn)器材和操作 【題點(diǎn)】實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程 二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 例2 在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,如圖4所示為一次記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的紙帶,圖中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)(A點(diǎn)為第一個(gè)點(diǎn)),相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T=0.1 s. 圖4 (1)根據(jù)______計(jì)算各點(diǎn)的瞬時(shí)速度,則vD=___
8、___m/s,vC=______m/s,vB=______m/s. (2)在如圖5所示坐標(biāo)系中畫出小車的v-t圖線,并根據(jù)圖線求出a=________. 圖5 (3)將圖線延長(zhǎng)與縱軸相交,交點(diǎn)的速度的物理意義:_____________________________. 答案 (1)利用某段時(shí)間內(nèi)的平均速度表示中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度 3.90 2.64 1.38 (2)見解析圖 12.6 m/s2 (3)表示零時(shí)刻小車經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速度大小 解析 (1)若時(shí)間較短,平均速度可以代替中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度. D點(diǎn)的瞬時(shí)速度vD===390 cm/s=3.90 m/s C點(diǎn)的瞬時(shí)速度vC
9、===264 cm/s=2.64 m/s B點(diǎn)的瞬時(shí)速度vB===138 cm/s=1.38 m/s (2)由(1)中數(shù)據(jù)畫出小車的v-t圖象如圖所示,由圖線的斜率可求得小車的加速度 a==12.6 m/s2 (3)將圖線延長(zhǎng)后,與縱軸的交點(diǎn)的速度表示零時(shí)刻小車經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速度大小. 【考點(diǎn)】實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 【題點(diǎn)】v-t圖象描繪及加速度的求解 1.處理紙帶時(shí),一定要分清計(jì)時(shí)點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn),搞清計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T. 2.利用極限思想將平均值過(guò)渡到瞬時(shí)值是物理學(xué)中常用的方法.紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于以此點(diǎn)為中間時(shí)刻的前、后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度. 3.標(biāo)度的選擇要結(jié)合數(shù)據(jù)及
10、其分布特點(diǎn)制定,以使圖象在坐標(biāo)系中合理分布,大小適中. 1.(實(shí)驗(yàn)器材和操作)在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,所需器材有:打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(帶導(dǎo)線)、長(zhǎng)木板、紙帶、復(fù)寫紙、小車、鉤碼、細(xì)線,此外還需要的器材有( ) A.直流電源、天平及砝碼 B.直流電源、毫米刻度尺 C.交流電源、天平及砝碼 D.交流電源、毫米刻度尺 答案 D 解析 在實(shí)驗(yàn)中無(wú)需測(cè)小車質(zhì)量,故不用天平和砝碼;測(cè)量紙帶數(shù)據(jù)需要使用毫米刻度尺;打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源,故D正確. 【考點(diǎn)】實(shí)驗(yàn)器材和操作 【題點(diǎn)】實(shí)驗(yàn)器材 2.(實(shí)驗(yàn)器材和操作)在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中,下列說(shuō)法正確
11、的是( ) A.小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)時(shí)只需打一條紙帶,然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 B.為使測(cè)量更為嚴(yán)謹(jǐn),應(yīng)把打下的第一個(gè)點(diǎn)作為第一個(gè)測(cè)量點(diǎn) C.為了便于測(cè)量,應(yīng)舍掉開頭一些過(guò)于密集的點(diǎn),找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn) D.兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔必須是0.1 s 答案 C 解析 小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)時(shí),需要采用多次測(cè)量,打出多條紙帶,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,有利于減小誤差,故A錯(cuò)誤;紙帶上開始時(shí)打的點(diǎn)比較密集,點(diǎn)距過(guò)小,測(cè)量誤差較大,故應(yīng)舍去,找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn),故B錯(cuò)誤,C正確;選取計(jì)數(shù)點(diǎn),可增加測(cè)量距離,減小測(cè)量過(guò)程所產(chǎn)生的誤差,兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔不一定取0.1 s,故D錯(cuò)誤.
12、【考點(diǎn)】實(shí)驗(yàn)器材和操作 【題點(diǎn)】實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程 3.(實(shí)驗(yàn)器材和操作)在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)操作步驟,試找出其中錯(cuò)誤和遺漏的步驟(遺漏步驟已編上序號(hào)G). A.拉住小車,將小車移到靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端后,放開小車,再接通電源 B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板無(wú)滑輪的一端,并接好電路 C.把一條細(xì)繩拴在小車上,細(xì)繩跨過(guò)定滑輪,下面掛上適當(dāng)?shù)你^碼 D.取下紙帶,再斷開電源 E.將紙帶固定在小車尾部,并穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔 F.從所打的紙帶中選取理想的紙帶進(jìn)行測(cè)量分析 錯(cuò)誤和遺漏: (1)___________________________
13、_____________________________________________; (2)________________________________________________________________________; (3)G.______________________________________________________________________; 正確的步驟順序?yàn)開_______________________. 答案 (1)A中應(yīng)先接通電源,再放開小車 (2)D中應(yīng)先斷開電源,再取下紙帶 (3)換上新紙帶,重復(fù)操作兩次 BECADG
14、F 【考點(diǎn)】實(shí)驗(yàn)器材和操作 【題點(diǎn)】實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程 4.(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理)在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中,下列說(shuō)法不正確的是( ) A.紙帶上可以每隔任意相同數(shù)量的點(diǎn)選取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) B.使用刻度尺測(cè)量長(zhǎng)度時(shí),要進(jìn)行估讀 C.作v-t圖象時(shí),所描曲線必須經(jīng)過(guò)每一個(gè)點(diǎn) D.在數(shù)據(jù)處理時(shí),常用公式法和圖象法 答案 C 解析 實(shí)驗(yàn)中可以每隔任意相同數(shù)量的點(diǎn)選取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),A對(duì);使用刻度尺測(cè)量長(zhǎng)度時(shí),要進(jìn)行估讀,B對(duì);作v-t圖象時(shí),應(yīng)使盡量多的點(diǎn)落在線上,離線較遠(yuǎn)的點(diǎn)舍棄,C錯(cuò);處理數(shù)據(jù)時(shí),常選擇公式法和圖象法,D對(duì). 【考點(diǎn)】實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 【題點(diǎn)】實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理
15、5.(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理)在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)得到一條用電火花計(jì)時(shí)器打下的紙帶如圖6甲所示,并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)圖中沒有畫出,電火花計(jì)時(shí)器接220 V、50 Hz交流電源.他經(jīng)過(guò)測(cè)量并計(jì)算得到電火花計(jì)時(shí)器在打B、C、D、E、F各點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度如下表: 對(duì)應(yīng)點(diǎn) B C D E F 速度(m/s) 0.141 0.185 0.220 0.254 0.301 圖6 (1)設(shè)電火花計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T,計(jì)算vF的公式為vF=________; (2)根據(jù)(1)中得到的數(shù)據(jù)
16、,以A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為t=0,試在圖乙所示坐標(biāo)系中合理地選擇標(biāo)度,作出v-t圖象. (3)利用該圖象求小車的加速度a=________m/s2;(結(jié)果保留2位有效數(shù)字) (4)如果當(dāng)時(shí)電網(wǎng)中交變電流的電壓變成210 V,而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道,那么加速度的測(cè)量值與實(shí)際值相比________(選填“偏大”“偏小”或“不變”). 答案 (1) (2)見解析圖 (3)0.40 (4)不變 解析 (1)若時(shí)間較短,平均速度可代替中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度,電火花計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T, 所以從E點(diǎn)到G點(diǎn)時(shí)間為10T,有:vF=. (2)根據(jù)圖中數(shù)據(jù),利用描點(diǎn)法作出圖象如圖: (3)圖象斜率大小等
17、于加速度大小,故a==0.40 m/s2. (4)電網(wǎng)電壓變化,并不改變打點(diǎn)的周期,故測(cè)量值與實(shí)際值相比不變. 【考點(diǎn)】實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 【題點(diǎn)】v-t圖象的描繪及加速度的求解 6.(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理)如圖7所示為一次記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的紙帶,圖中A、B、C、D、E、F、G為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔T=0.1 s. 圖7 (1)在圖8所示的坐標(biāo)系中作出小車的v-t圖線. 圖8 (2)將圖線延長(zhǎng)與縱軸相交,交點(diǎn)的速度大小是______cm/s,此速度的物理意義是______. (3)小車的加速度為________.(保留3位有效數(shù)字) 答案 (1)見解析圖 (2)11.50 表示A點(diǎn)的瞬時(shí)速度 (3)0.495 m/s2 解析 根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計(jì)算出各點(diǎn)的速度,然后描點(diǎn)連線作出圖象,如圖所示. 從圖象上可以看出,將圖線延長(zhǎng)與縱軸相交,交點(diǎn)的速度大小是11.50 cm/s,此速度的物理意義是表示A點(diǎn)的瞬時(shí)速度,在v-t圖象中的斜率大小表示加速度的大小,求得加速度a=0.495 m/s2. 【考點(diǎn)】實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 【題點(diǎn)】v-t圖象的描繪及加速度的求解
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