1 實驗:探究小車速度隨時間變化的規(guī)律
[學科素養(yǎng)與目標要求]
科學探究:1.進一步練習使用打點計時器.2.會利用平均速度求瞬時速度.3.會利用v-t圖象處理實驗數(shù)據(jù),并由圖象計算小車的加速度和判斷小車的運動情況.
一、實驗原理
1.利用紙帶計算瞬時速度:以紙帶上某點為中間時刻取一小段位移,用這段位移的平均速度表示這點的瞬時速度.
2.用v-t圖象表示小車的運動情況:以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標系,用描點法畫出小車的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,說明小車的速度是均勻變化的.
二、實驗器材
打點計時器(帶導線)、交流電源、紙帶、一端附有定滑輪的長木板、小車、細繩、鉤碼、刻度尺、復寫紙、坐標紙.
三、實驗步驟
1.如圖1所示,把一端附有定滑輪的長木板平放在實驗桌上,并使滑輪伸出桌面,打點計時器固定在長木板沒有滑輪的一端,連接好電路.
圖1
2.把一條細繩拴在小車上,使細繩跨過滑輪,下面掛上適當?shù)你^碼,把紙帶穿過打點計時器,并把紙帶的一端連在小車的后面.
3.把小車停在靠近打點計時器的位置,先啟動計時器,后放開小車(填“啟動計時器”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(guān)閉電源.
4.換上新紙帶,重復操作兩次.
四、數(shù)據(jù)處理
1.采集數(shù)據(jù)
如圖2所示,一般不是直接測量相鄰兩個計數(shù)點間的距離,而是先測量出各個計數(shù)點到零計數(shù)點的距離x1、x2、x3、x4、x5,再計算出相鄰的兩個計數(shù)點間的距離.Δx1=x1,Δx2=x2-x1,Δx3=x3-x2,Δx4=x4-x3,Δx5=x5-x4.
圖2
2.求各計數(shù)點的瞬時速度
(1)各計數(shù)點對應的瞬時速度用平均速度來代替,即v1=,v2=…
T為相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔,若交流電源頻率為50Hz,每5個點取一個計數(shù)點(中間隔4個點),則T=0.1s.
(2)設(shè)計表格并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)
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位置編號
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1
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2
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3
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4
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5
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6
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7
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時刻t/s
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0.1
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0.2
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0.3
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0.4
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0.5
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0.6
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0.7
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v/(m·s-1)
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3.作出v-t圖象分析運動規(guī)律
(1)在坐標紙上建立直角坐標系,橫軸表示時間,縱軸表示速度,并根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在坐標系中描點.
圖3
(2)畫一條直線,讓這條直線通過盡可能多的點,不在線上的點均勻分布在直線的兩側(cè),偏差比較大的點忽略不計,如圖3所示.
(3)觀察所得到的直線,分析物體的速度隨時間的變化規(guī)律.
(4)據(jù)所畫v-t圖象求出小車運動的加速度a=.
五、注意事項
1.開始放開小車時,應使小車靠近(填“靠近”或“遠離”)打點計時器.
2.先啟動計時器,等打點穩(wěn)定后,再放開小車(填“啟動計時器”或“放開小車”).
3.打點完畢,立即關(guān)閉電源.
4.選取一條點跡清晰的紙帶,舍掉開頭點跡密集部分,選取適當?shù)挠嫈?shù)點(注意計數(shù)點與計時點的區(qū)別),弄清楚所選的時間間隔T等于多少.
5.不要分段測量各段距離,應盡可能地一次測量完畢(可統(tǒng)一量出各計數(shù)點到計數(shù)起點0之間的距離).
6.在坐標紙上畫v-t圖象時,注意坐標軸單位長度的選取,應使圖象大致布滿坐標紙.