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2.1實驗:探究小車速度隨時間變化的規律學案和課件

時間:2018-12-15 14:30:49    瀏覽數:
文 章來
源班會網 課

物理•必修1(人教版)

第一課時 實驗:探究小車速度隨時間變化的規律

水平測試
1.(雙選)在“探究小車速度隨時間變化的規律”實驗中,對于減小實驗誤差來說,下列方法中有益的是(  )
A.選取計數點,把每打五個點的時間間隔作為一個時間單位
B.使小車運動的加速度盡量小些
C.舍去紙帶上密集的點,只利用點跡清晰、點間間隔適當的一部分進行測量、計算
D.選用各處平整程度、光滑程度不相同的長木板做實驗

解析:選取計數點可以使用于測量和計算的相鄰點間的間隔增大,在用直尺測量這些點間的間隔時,在一次測量絕對誤差基本相同的情況下,相對誤差較小,因此A正確.在實驗中,如果小車運動的加速度過小,打出的點子很密,長度測量的相對誤差較大,測量準確度會降低,因此小車的加速度略大一些較好,B錯.為了減小長度測量的相對誤差,舍去紙帶上過于密集甚至分辨不清的點是必要的,因此C正確.如果實驗中所用長木板各部分的平整程度和光滑程度不同,小車的速度變化會不均勻,從而導致實驗誤差的增大,因此在實驗前對所用長木板進行挑選、檢查是必要的,所以D錯.
答案:AC

2.(雙選)關于用打點計時器探究小車速度隨時間變化規律的實驗,下列說法中正確的是(  )
A.打點計時器應固定在長木板上,且靠近滑輪一端
B.開始實驗時小車應靠近打點計時器一端
C.應先接通電源,待打點穩定后再釋放小車
D.牽引小車的鉤碼個數越多越好

解析:打點計時器與滑輪間的距離盡可能要大,小車盡可能靠近打點計時器,都是為了使小車運動的距離較大,盡可能打出較多的點,選項A錯誤,B正確;若先釋放小車再接通電源,只能在紙帶的后面部分打點,選項C正確;鉤碼個數應適當,鉤碼個數少,打的點很密;鉤碼個數多,打的點少,都會帶來實驗誤差,選項D錯誤.
答案:BC

3.“研究勻變速直線運動”的實驗中,使用電磁式打點計時器(所用交流電的頻率為50 Hz),得到如圖所示的紙帶.圖中的點為計數點,相鄰兩計數點間還有4個點未畫出來,下列表述正確的是(  )

A.實驗時應先放開紙帶再接通電源
B.實驗時,打點完畢后先取下紙帶,再關閉電源
C.從紙帶可求出計數點B對應的速率
D.相鄰兩個計數點間的時間間隔為0.02 s

答案:C

4.在研究勻變速直線運動的實驗中,算出小車經過各計數點的瞬時速度見下表.
計數點序號123456
計數點對應的時刻/s0.100.200.300.400.500.60
通過計數點的速度/cm•s -144.062.081.0100.0110.0168.0

為了計算加速度,合理的方法是(  )
A.根據任意兩計數點的速度用公式a=ΔvΔt算出加速度
B.根據實驗數據畫出vt圖象,量出其傾角,由公式a=tan a求出加速度
C.根據實驗數據畫出vt圖象,由圖象上相距較遠的兩點所對應的速度、時間用公式a=ΔvΔt算出加速度
D.依次算出通過連續兩計數點間的加速度,算出平均值作為小車的加速度

解析:方法A偶然誤差較大.方法D實際上也僅由始、末兩個速度決定,偶然誤差也比較大,只有利用實驗數據畫出對應的vt圖象,才可充分利用各次測量數據,減小偶然誤差.由于在物理圖象中,兩坐標軸的分度大小往往是不相等的,根據同一組數據,可以畫出傾角不同的許多圖線,方法B是錯誤的.正確的方法是根據圖線找出不同時刻所對應的速度值,然后利用公式a=ΔvΔt算出加速度,即方法C正確.
答案:C

5.在“探究小車速度隨時間變化的規律”的實驗中:
(1)下列哪些器材是多余的:
________________________________________________________________________.
①電磁打點計時器 ②天平 ③低壓直流電源 ④細繩 ⑤紙帶 ⑥小車 ⑦鉤碼 ⑧秒表 ⑨一端有滑輪的長木板

(2)為達到實驗目的,還需要的器材是:
________________________________________________________________________.

解析:實驗中給電磁打點計時器供電的是低壓交流電源,而非低壓直流電源.實驗中小車的運動時間可以從所打紙帶上得出,而不使用秒表測量,另外此實驗不需要測質量.在此實驗中還需用刻度尺測量計數點間的距離.
答案:②③⑧ 低壓交流電源、刻度尺

6.一小球在桌面上從靜止開始做加速運動,現用高速攝影機在同一底片上多次曝光,記錄下小球每次曝光的位置,并將小球的位置編號.如圖所示,1位置恰為小球剛開始運動的瞬間,作為零時刻.攝影機連續兩次曝光的時間間隔均為0.5 s,小球從1位置到6位置的運動過程中經過各位置的速度分別為v1=0,v2=0.06 m/s,v3=________m/s,v4=0.18 m/s,v5=________m/s.在圖中作出小球的速度-時間圖象(保留描點痕跡).

解析:由圖可知,x2+x3=0.12 m,則
v3=x2+x32T=0.122×0.5 m/s=0.12 m/s.
又x4+x5=0.24 m,
則v5=x4+x52T=0.242×0.5 m/s=0.24 m/s.
其v-t圖象如圖所示.

答案:0.12 0.24 v-t圖象見解析圖


素能提高
7.在“探究小車速度隨時間變化的規律”的實驗中,打點計時器使用的交流電的頻率為50 Hz,記錄小車做勻變速運動的紙帶如圖所示,在紙帶上選取0、1、2、3、4、5六個計數點,相鄰的兩個計數點之間還有四個點沒有畫出.紙帶旁并排放著帶有最小刻度為毫米的刻度尺,零點跟計數點“0”對齊.由圖可以讀出1、3、5三個計數點跟“0”點的距離x1、x3、x5,請將測量值填入下表中.
距離x1x3x5
測量值/cm

小車通過計數點2的瞬時速度為________ m/s;通過計數點4的瞬時速度為________m/s;小車的加速度是________ m/s2.

解析:測距離時用的是毫米刻度尺,故讀數時應估讀到0.1 mm,計數點1、3、5到“0”點的距離分別為
x1=1.20 cm,x3=5.40 cm,x5=12.00 cm.
計數點2、4的瞬時速度分別為
v2=x3-x12T=5.40-1.20×0.012×0.1 m/s=0.21 m/s,
v4=x5-x32T=12.00-5.40×0.012×0.1 m/s=0.33 m/s,
加速度a=v4-v22T=0.33-0.212×0.1 m/s2=0.60 m/s2.
答案:1.20 5.40 12.00 0.21 0.33 0.60

8.圖為用打點計時器記錄小車運動情況的裝置,開始時小車在水平玻璃板上勻速運動,后來在薄布面上做勻減速運動,所打出的紙帶如圖所示(附有刻度尺),紙帶上相鄰兩點對應的時間間隔為0.02 s.


從紙帶上記錄的點跡情況可知,A、E兩點跡之間的距離為________cm,小車在玻璃板上做勻速運動的速度大小為________m/s;小車在布面上運動的加速度大小為________m/s2.

解析:A、E兩點的刻度分別為xA=13.20 cm,xE=6.00 cm,AE=xA-xE=7.20 cm(7.19~7.21 cm),勻速運動的速度為v=AE4T=0.90 m/s(0.89~0.91 m/s).
F點以后做減速運動,相鄰T內的位移差Δx=0.2 cm.
由Δx=aT2得:a=ΔxT2=0.2×10-20.022m/s2=5.0 m/s2(4.9~5.1 m/s2).
答案:7.19~7.21 0.89~0.91 4.9~5.1

世界上最精確的鐘


原子鐘(右圖)的問世開辟了時間計量和守時的新紀元.原子鐘是利用原子內部的量子躍遷產生極規則的電磁波輻射,并計數這種電磁波的一種時鐘.
為了確定1 s的持續時間,今天,人們向原子“要答案”,從而完
全擺脫了對天文現象的依賴.過去,人類一直以天文現象為標準計量時間,直到1956年,秒的持續時間還是以地球自轉為基礎進行計算的:秒被定義為平均太陽日的1/86 400,即一天內有86 400個稱為秒的“時間段”.但是,地球是一個并不可靠的時鐘,其自轉所用的時間也并非固定不變:地球會發生擺動,有時,圍繞太陽的旋轉運動顯示出輕微的不規則性.
所有這些現象對地球自轉都有影響,因此也就影響了一天的持續時間.這樣,以年的長度而不是以日的長度為基礎的另一種定義秒的辦法實施了僅僅幾年后,到1967年,秒的持續時間不再取決于地球的自轉,而是以原子為基準.實際上,人們利用的是原子發射電磁波的能力.在特殊情況下,可以讓一個原子充滿能量,使它開始振動,這有點像吉他的弦,經過彈撥后發生振動.當原子振動的時候,先前獲得的能量以電磁波的形式釋放,其頻率(以赫茲表示)相當于1 s之內振動的次數.
今天,名為NISTF1的原子鐘是世界上最精確的鐘,但它并不能直接顯示鐘點.它的任務是提供秒這個時間單位的準確計量.這一計時裝置安放在美國科羅拉多州博爾德的國家標準和技術研究所(NIST)的物理實驗室的時間和頻率部內.1999年才建成的這座鐘價值65萬美元,可謂身價不菲.在2 000萬年內,它既不會少1 s也不會多1 s,其精度之高由此可見一斑.這架鐘既沒有指針也沒有齒輪,只有激光束、鏡子和銫原子氣.銫是一種比較稀有的金屬,主要用于制造一些特種合金.

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