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2.1实验:探究小车速度随时间变化的规律学案和课件

时间:2018-12-15 14:30:49    浏览数:
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物理•必修1(人教版)

第一课时 实验:探究小车速度随时间变化的规律

水平测试
1.(双选)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,对于减小实验误差来说,下列方法中有益的是(  )
A.选取计数点,把每打五个点的时间间隔作为一个时间单位
B.使小车运动的加速度尽量小些
C.舍去纸带上密集的点,只利用点迹清晰、点间间隔适当的一部分进行测量、计算
D.选用各处平整程度、光滑程度不相同的长木板做实验

解析:选取计数点可以使用于测量和计算的相邻点间的间隔增大,在用直尺测量这些点间的间隔时,在一次测量绝对误差基本相同的情况下,相对误差较小,因此A正确.在实验中,如果小车运动的加速度过小,打出的点子很密,长度测量的相对误差较大,测量准确度会降低,因此小车的加速度略大一些较好,B错.为了减小长度测量的相对误差,舍去纸带上过于密集甚至分辨不清的点是必要的,因此C正确.如果实验中所用长木板各部分的平整程度和光滑程度不同,小车的速度变化会不均匀,从而导致实验误差的增大,因此在实验前对所用长木板进行挑选、检查是必要的,所以D错.
答案:AC

2.(双选)关于用打点计时器探究小车速度随时间变化规律的实验,下列说法中正确的是(  )
A.打点计时器应固定在长木板上,且靠近滑轮一端
B.开始实验时小车应靠近打点计时器一端
C.应先接通电源,待打点稳定后再释放小车
D.牵引小车的钩码个数越多越好

解析:打点计时器与滑轮间的距离尽可能要大,小车尽可能靠近打点计时器,都是为了使小车运动的距离较大,尽可能打出较多的点,选项A错误,B正确;若先释放小车再接通电源,只能在纸带的后面部分打点,选项C正确;钩码个数应适当,钩码个数少,打的点很密;钩码个数多,打的点少,都会带来实验误差,选项D错误.
答案:BC

3.“研究匀变速直线运动”的实验中,使用电磁式打点计时器(所用交流电的频率为50 Hz),得到如图所示的纸带.图中的点为计数点,相邻两计数点间还有4个点未画出来,下列表述正确的是(  )

A.实验时应先放开纸带再接通电源
B.实验时,打点完毕后先取下纸带,再关闭电源
C.从纸带可求出计数点B对应的速率
D.相邻两个计数点间的时间间隔为0.02 s

答案:C

4.在研究匀变速直线运动的实验中,算出小车经过各计数点的瞬时速度见下表.
计数点序号123456
计数点对应的时刻/s0.100.200.300.400.500.60
通过计数点的速度/cm•s -144.062.081.0100.0110.0168.0

为了计算加速度,合理的方法是(  )
A.根据任意两计数点的速度用公式a=ΔvΔt算出加速度
B.根据实验数据画出vt图象,量出其倾角,由公式a=tan a求出加速度
C.根据实验数据画出vt图象,由图象上相距较远的两点所对应的速度、时间用公式a=ΔvΔt算出加速度
D.依次算出通过连续两计数点间的加速度,算出平均值作为小车的加速度

解析:方法A偶然误差较大.方法D实际上也仅由始、末两个速度决定,偶然误差也比较大,只有利用实验数据画出对应的vt图象,才可充分利用各次测量数据,减小偶然误差.由于在物理图象中,两坐标轴的分度大小往往是不相等的,根据同一组数据,可以画出倾角不同的许多图线,方法B是错误的.正确的方法是根据图线找出不同时刻所对应的速度值,然后利用公式a=ΔvΔt算出加速度,即方法C正确.
答案:C

5.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中:
(1)下列哪些器材是多余的:
________________________________________________________________________.
①电磁打点计时器 ②天平 ③低压直流电源 ④细绳 ⑤纸带 ⑥小车 ⑦钩码 ⑧秒表 ⑨一端有滑轮的长木板

(2)为达到实验目的,还需要的器材是:
________________________________________________________________________.

解析:实验中给电磁打点计时器供电的是低压交流电源,而非低压直流电源.实验中小车的运动时间可以从所打纸带上得出,而不使用秒表测量,另外此实验不需要测质量.在此实验中还需用刻度尺测量计数点间的距离.
答案:②③⑧ 低压交流电源、刻度尺

6.一小球在桌面上从静止开始做加速运动,现用高速摄影机在同一底片上多次曝光,记录下小球每次曝光的位置,并将小球的位置编号.如图所示,1位置恰为小球刚开始运动的瞬间,作为零时刻.摄影机连续两次曝光的时间间隔均为0.5 s,小球从1位置到6位置的运动过程中经过各位置的速度分别为v1=0,v2=0.06 m/s,v3=________m/s,v4=0.18 m/s,v5=________m/s.在图中作出小球的速度-时间图象(保留描点痕迹).

解析:由图可知,x2+x3=0.12 m,则
v3=x2+x32T=0.122×0.5 m/s=0.12 m/s.
又x4+x5=0.24 m,
则v5=x4+x52T=0.242×0.5 m/s=0.24 m/s.
其v-t图象如图所示.

答案:0.12 0.24 v-t图象见解析图


素能提高
7.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流电的频率为50 Hz,记录小车做匀变速运动的纸带如图所示,在纸带上选取0、1、2、3、4、5六个计数点,相邻的两个计数点之间还有四个点没有画出.纸带旁并排放着带有最小刻度为毫米的刻度尺,零点跟计数点“0”对齐.由图可以读出1、3、5三个计数点跟“0”点的距离x1、x3、x5,请将测量值填入下表中.
距离x1x3x5
测量值/cm

小车通过计数点2的瞬时速度为________ m/s;通过计数点4的瞬时速度为________m/s;小车的加速度是________ m/s2.

解析:测距离时用的是毫米刻度尺,故读数时应估读到0.1 mm,计数点1、3、5到“0”点的距离分别为
x1=1.20 cm,x3=5.40 cm,x5=12.00 cm.
计数点2、4的瞬时速度分别为
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.图为用打点计时器记录小车运动情况的装置,开始时小车在水平玻璃板上匀速运动,后来在薄布面上做匀减速运动,所打出的纸带如图所示(附有刻度尺),纸带上相邻两点对应的时间间隔为0.02 s.


从纸带上记录的点迹情况可知,A、E两点迹之间的距离为________cm,小车在玻璃板上做匀速运动的速度大小为________m/s;小车在布面上运动的加速度大小为________m/s2.

解析:A、E两点的刻度分别为xA=13.20 cm,xE=6.00 cm,AE=xA-xE=7.20 cm(7.19~7.21 cm),匀速运动的速度为v=AE4T=0.90 m/s(0.89~0.91 m/s).
F点以后做减速运动,相邻T内的位移差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

世界上最精确的钟


原子钟(右图)的问世开辟了时间计量和守时的新纪元.原子钟是利用原子内部的量子跃迁产生极规则的电磁波辐射,并计数这种电磁波的一种时钟.
为了确定1 s的持续时间,今天,人们向原子“要答案”,从而完
全摆脱了对天文现象的依赖.过去,人类一直以天文现象为标准计量时间,直到1956年,秒的持续时间还是以地球自转为基础进行计算的:秒被定义为平均太阳日的1/86 400,即一天内有86 400个称为秒的“时间段”.但是,地球是一个并不可靠的时钟,其自转所用的时间也并非固定不变:地球会发生摆动,有时,围绕太阳的旋转运动显示出轻微的不规则性.
所有这些现象对地球自转都有影响,因此也就影响了一天的持续时间.这样,以年的长度而不是以日的长度为基础的另一种定义秒的办法实施了仅仅几年后,到1967年,秒的持续时间不再取决于地球的自转,而是以原子为基准.实际上,人们利用的是原子发射电磁波的能力.在特殊情况下,可以让一个原子充满能量,使它开始振动,这有点像吉他的弦,经过弹拨后发生振动.当原子振动的时候,先前获得的能量以电磁波的形式释放,其频率(以赫兹表示)相当于1 s之内振动的次数.
今天,名为NISTF1的原子钟是世界上最精确的钟,但它并不能直接显示钟点.它的任务是提供秒这个时间单位的准确计量.这一计时装置安放在美国科罗拉多州博尔德的国家标准和技术研究所(NIST)的物理实验室的时间和频率部内.1999年才建成的这座钟价值65万美元,可谓身价不菲.在2 000万年内,它既不会少1 s也不会多1 s,其精度之高由此可见一斑.这架钟既没有指针也没有齿轮,只有激光束、镜子和铯原子气.铯是一种比较稀有的金属,主要用于制造一些特种合金.

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