测小车的位移速度以及共点力合成实验.docx
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测小车的位移速度以及共点力合成实验
实验一用DIS测定位移和速度
【实验操作】
一、实验目的
(1)用DIS测定位移,并研究变速直线运动物体的s-t图像;
(2)测量变速直线运动物体的平均速度。
二、实验的地位与作用
本实验是高中阶段第一次使用DIS实验系统进行实验,通过实验,使学生不仅认识了DIS实验系统,也知道了如何操作DIS实验界面,奠定了熟练使用DIS实验的基础。
三、实验原理
利用位移传感器测定小车距位移传感器接收器之间的距离随时间的变化关系,得出s-t图,并且可以转化为v-t图。
四、实验器材
DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)、带有刻度尺的轨道、小车。
五、实验装置图
六、实验步骤
1、用DIS测定位移
(1)将位移传感器的发射器固定在小车上,接收器固定在轨道右端(轨道稍倾斜,使小车能做匀速直线运动),将数据采集器相连。
(2)开启计算机和数据采集器电源,运行DIS应用软件,选择“专用软件”点击实验条目中的“测量运动物体的位移和速度”,出现相应的界面。
(3)点击“开始记录”,放开小车使其运动,计算机界面的表格内,将出现小车的位移随时间变化的取样点数据,同时在s-t图中将出现对应的数据点,从点的走向可大致看出小车位移随时间的变化的规律。
(4)点击“数据点连线”,得出位移随时间变化的曲线。
(5)改变轨道的倾角,重复实验,观察不同形状的图线与小车运动状态的关系。
小车做变速直线运动时,对应的图线是怎样的?
2、用DIS测变速直线运动的平均速度
(1)实验装置同1,按照前述学生实验的步骤,使载有位移传感器发射器的小车做变速直线运动,获得的s-t图界面。
(2)点击“选择区域”,取A、D两点,图中直角三角形水平边为两点的时间间隔△t,竖直边为两点位移的变化量△s,其斜边的斜率
即为平均速度值,实验下方速度窗口中将显示该速度的值。
(3)将类似于上述实验界面图中“AD”“AC”“AB”选定为研究区域,观察实验界面下方速度窗口中显示的数据,并将数值填入表格内。
七、实验数据及分析
1、实验数据:
s-t图转化为v-t图:
2、分析
通过s-t图和v-t图我们可以发现,物体正在做加速运动。
再通过多次选取不同的区域,求得的平均速度值比较可得,在s-t图中,所选的区域越小,求得的平均速度值越小,越接近A点的瞬时速度值。
八、实验教学的注意事项
1、实验前,用抹布擦干净轨道表面及其凹槽
2、选取s-t图像中的曲线区域时,范围尽量大一些
3、位移传感器使用好后,关闭位移传感器的发射器电源
九、实验中可进一步讨论的问题
1、若将位移传感器接收器安装在轨道末端,小车匀加速靠近接收器,得到的s-t图像将会是怎样的?
(实验探究)
2、若小车在轨道上做匀速直线运动,得到的s-t图像又将会是怎样的?
(实验探究)
3、从v-t图像中,我们可以得到什么结论?
(引出加速度概念)
【实验考点】
1、实验要求:
会应用位移传感器,会用DIS得到直线运动的s-t图和v-t图
2、典型题目:
(1)实验技能操作考试:
2010年:
D组
1.用DIS测定位移和速度
(1)运行DIS应用软件,进入本实验界面。
(2)通过实验获得小车运动的位移随时间变化的s-t图像。
(3)标设监考老师指定的区域,并记录所选区域的平均速度
=_________米/秒。
考点:
会用DIS得到直线运动的s-t图,并选取指定区域得到平均速度。
试题
评分要求
分值
得分
1
(1)正确进入实验界面
1
(2)先点击“开始记录”,后释放小车
1
(3)显示位移随时间变化的图像
1
(4)正确选择指定区域
1
(5)正确记录平均速度的数值
1
(6)关闭实验界面,回到桌面
1
2
(1)测电压时,选择开关旋在电压档,且量程选择适当
1
(2)表笔与电池正、负极接触正确
1
(3)电压值的读数正确
1
3
指出装置的错误,并说明正确的组装要求或设置;
或正确识别指定的传感器
1
(2)高考、学业考、模拟考:
1、在实验中得到小车做直线运动的s-t关系如图所示。
(1)由图可以确定,小车在AC段和DE段的运动分别为()
(A)AC段是匀加速运动;DE段是匀速运动
(B)AC段是加速运动;DE段是匀加速运动
(C)AC段是加速运动;DE段是匀速运动
(D)AC段是匀加速运动;DE段是匀加速运动
(2)在与AB、AC、AD对应的平均速度中,最接近小车在A点瞬时速度的是_________段中的平均速度。
2、用DIS位移传感器研究小车直线运动的实验中,得到了如图所示的一个S-t图像,A、B、C、D是图象上的四个点,从图像中可以得出小车在AD区域内的位移是______m;在AC区域内平均速度为_______m/s;从图像还能推断,小车在运动过程中所受的合外力方向与它的速度方向________(填“相同”、“相反”或“垂直”)
3、质点做直线运动,其s-t关系如图所示。
质点在0-20s内的平均速度大小为____________m/s;质点在____________时的瞬时速度等于它在6-20s内的平均速度。
【实验教学】
1、提高实验教学效率的经验(典型问题、如何做)
(1)学生安装轨道支架和位移传感器接收器的支架难度较大,速度慢、且不易成功。
办法:
教师在实验课前先安装好。
(2)教学过程中,课堂乱哄哄、学生不听指挥,你讲课他自己管自己玩。
办法:
①做实验前的实验课规范指导
②制作PPT、实验学案和实验报告
2、实验教学中遇到的问题与困惑
部分女生不愿意参与实验活动,如何激发她们的实验积极性?
讨论结论:
规定两人一组做,然后,对换。
实验二研究共点力的合成
【实验操作】
一、实验目的
研究合力与分力的关系
二、实验的地位与作用
本实验为力学第一个传统实验,为学习后续的力的分解、共点力平衡打下坚实的基础。
通过该实验还可以培养学生精细的操作能力和良好的团队合作精神。
三、实验原理
如果两个共点力F1和F2的效果与一个力F的作用效果都是把橡皮绳拉到同一点,那么F就是F1和F2的合力(等效替代)。
我们只要以F1和F2为邻边作平行四边形,如果它的对角线与代表F的线段基本重合,那么就验证了力的平行四边形定则。
四、实验器材
方木板、白纸、图钉、弹簧秤(两个)、带绳套的橡皮筋、刻度尺、量角器(也可用三角尺代替)、铅笔、橡皮
五、实验装置图
六、实验步骤
(1)把橡皮筋的一端固定在板上的A点。
(2)用两个弹簧秤互成角度地拉绳套,使橡皮筋伸长到一定的位置,记下橡皮筋与绳套结点的位置O,画出两绳套的方向,记录两弹簧秤的示数F1和F2。
(3)用一个弹簧秤将橡皮筋拉伸,使结点仍到达位置O,画出绳套的方向,记录弹簧秤示数。
(4)用相同标度作出两个分力F1、F2与合力F,以F1和F2为邻边作出平行四边形,得到其对角线F’,看F’和F是否完全重合。
选做:
(5)改变两力的夹角再做几次。
七、实验数据及分析
八、实验教学的注意事项
1、弹簧秤使用前要调零
2、弹簧秤使用时要平行于方木板,读数时要估读
3、弹簧秤的轴线与力的方向一致
4、实验中两弹簧秤之间的角度要适中,不可太大或太小
5、实验中弹簧秤的拉力在允许的范围内尽量大一些,以减小实验器材的系统误差带来的影响。
6、按钉子时在钉子针尖旁边垫一把尺
7、描两个分力和一个合力的方向时,线下的点要离O点稍远一些
八、实验中可进一步讨论的问题
1、若弹簧秤没有平行于方木板拉,弹簧秤的测量值会偏大还是偏小?
2、在该实验中,若只用一个测力计,其他的器材不变,能否验证平行四边形定则?
请叙述实验步骤和方法。
【实验考点】
1、实验要求:
会运用弹簧秤来验证平行四边形定则
2、典型题目:
(1)实验技能操作考试:
2010年:
A组
1.研究共点力的合成
(1)在图板上已固定了白纸和橡皮筋(附2个小绳圈),用2个弹簧测力计,其中一个弹簧测力计已固定,要求用另一个弹簧测力计按监考老师指定的方向,将橡皮筋的活动端拉到指定的标记点O。
(2)记下两个分力F1、F2的大小:
F1=___________牛,F2=___________牛。
贴作图纸处
考点:
已知一个分力方向,求两个分力的大小。
C组
1.研究共点力的合成
(1)在图板上已固定了白纸和橡皮筋(附2个小绳圈),用2个弹簧测力计,其中一个弹簧测力计已固定,要求用另一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端拉到指定的标记点O,并使该弹簧测力计的示值等于监考老师指定的大小F1=___________牛。
(2)画出两个分力的方向,并记下这时分力F2的大小:
F2=___________牛。
贴作图纸处
考点:
已知一个分力大小,求该分力的方向、另一个分力的大小和方向。
试题
评分要求
分值
得分
1
(1)测力前,先进行弹簧测力计零位校正
1
(2)两弹簧测力计轴线分别与两分力的方向一致
1
(3)橡皮筋活动端正确拉到标记点O
1
(4)分力F2沿指定方向
1
(5)分力F1大小记录正确(要求估读)
1
(6)分力F2大小记录正确(要求估读)
1
2
(1)检流计选择正确
1
(2)线圈B与检流计连接正确
1
(3)能使用指定的器材使线圈B产生感应电流
1
3
指出装置的错误,并说明正确的组装要求或设置;
或正确识别指定的传感器
1
2012年:
A组:
实验二
1.实验仪器设备和材料
图板1块,图钉4只,橡皮筋1根(附有2个小绳圈),弹簧测力计2个,带刻度的三角板1副。
2.实验仪器设备的初设状态
(1)在图板上固定实验用纸;
(2)橡皮筋的一端已用图钉固定在“参考固定点”上(根据橡皮筋的长度可适当调整固定点的位置);
(3)一个弹簧测力计指针设置于非零位置。
(2)高考、学业考、模拟考:
1、“研究共点力的合成”的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,OB和OC为细绳,图乙是在白纸上根据实验结果画出的图示。
主要步骤是:
(A)在桌面上放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上;
(B)用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的A点,在橡皮条的另一端栓上两条细绳,细绳的另一端系着绳套;
(C)用两个弹簧秤分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O,记下O点的位置和两个弹簧秤的示数;
(D)按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两只弹簧秤的拉力F1和F2的图示,并用平行四边形定则求出合力F;
(E)只用一只弹簧秤,通过弹簧秤拉橡皮条使其伸长,读出弹簧秤的示数,记下细绳的方向,按相同标度作出这个力F’的图示;
(F)比较F’和F,看它们是不是相同,得出结论;上述步骤中:
(1)有重要遗漏的步骤是(填序号)
(2)相应的遗漏内容分别是
(3)图乙中的F与F′两力中,方向一定沿AO方向的是___________。
(4)在本实验中,下列说法是不正确的()
(A)通过细绳套用一个弹簧秤拉和用两个弹簧秤拉,只要橡皮条伸长相同长度即可
(B)在实验前,一定要将弹簧秤调零
(C)实验中,弹簧秤和所拉的绳套一定要和木板平行
(D)如果手头只有一个弹簧秤,通过改变方法也可以完成实验
(5)下列叙述中正确的是()
A.两次拉橡皮条时,需将橡皮条和细线的结点拉到同一位置,这样做是为了保证两次弹簧秤作用的效果相同;
B.实验中,用两弹簧秤将橡皮条结点拉到O点时,两弹簧秤之间的夹角应取90°不变,以便于计算合力的大小;
C.若橡皮条的拉力是合力,则两弹簧秤的拉力是分力;
D.两弹簧秤的拉力可以比橡皮条的拉力大。
2、“研究共点力的合成”的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,OB和OC为细绳,图乙是在白纸上根据实验结果画出的图示。
(1)本实验采用的主要科学方法是()
A.理想实验法B.等效替代法
C.控制变量法D.建立物理模型法
(2)(多选)实验中可减小误差的措施有()
A.两个分力F1、F2的大小要尽量大些
B.两个分力F1、F2间夹角要尽量大些
C.拉橡皮筋时,弹簧秤、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行
D.拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些
(3)关于此实验,下列情况正确的是( )
A.两弹簧秤的拉力一定比橡皮筋的拉力大
B.橡皮筋的拉力是合力,两个弹簧秤的拉力是分力
C.如果将两个绳套换成两根橡皮筋,那么实验结果将不同
D.两次拉橡皮筋结点拉到同一位置O的目的是确保两次弹簧秤拉力的效果相同
【实验教学】
1、提高实验教学效率的经验(典型问题、如何做)
(1)学生作图不规范,导致实验误差较大
办法:
在“生活中常见的力”一课中让学生完成课本上的自主活动,并在课后作业中,设计有关运用力的图示法表示多个力的习题。
(2)本实验步骤和要注意的细节较多,学生不易抓住
办法:
在讲实验步骤时,可以用红体字或着重号进行标注,学生只要抓住关键词即可。
2、实验教学中遇到的问题与困惑
如何呈现实验注意事项,能让学生更容易记住?
讨论结论:
(1)编写实验报告,然后在PPT上显示注意事项,再让学生自己填空
(2)课前拍摄一些实验操作错误的情景图片或视频,让学生指出来
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- 关 键 词:
- 小车 位移 速度 以及 共点力 合成 实验