【探究背景】
瞬时速度概念的建立同样是通过生活中的实例和实验与探究,在学生产生概念的需求之后直接给出。平均速度的缺陷是不能精确描述物体运动上位置变化快慢情况,本质上就是没有给出第一时刻物体运动的位置变化快慢情况。怎样才可以精确地描述物体每个时刻的位置变化情况呢?
【实验目的】
理解瞬时速度的含义,了解无限逼近——极限的思想。
【实验原理】
瞬时速度是物体在某时刻前后无穷短时间内的平均速度。在实验探究中选取物体运动过程中的某一段运动轨迹,并测量该段轨迹的平均速度ν。不断减小轨迹的长度,就是求出越来越短的时间内的平均速度,从而求出某时刻亦是运动轨迹上某点的瞬时速度。
【实验器材】
思迈Prodigy Lab 数据采集器、光电门传感器、计算机、铁架台、滑块、气垫导轨、挡光片。
【实验装置图】
【实验过程】
1.将两只光电门传感器固定在铁架台上,连接到数据采集器,平行放置在气垫导轨的一侧。
2.将气垫导轨一端调高,在滑块上安装好“I”型挡光片,并使挡光片能顺利挡光,再手动测量出两光电门之间的距离。
3.打开思迈Prodigy Lab实验平台,点击“数据列表”,选择“光电门”点击“自定义列”。
4.根据本实验的需求,点击“力学公式”里的“平均速度”公式,△t选择两光电门所属通道,例如“通道6”和“通道4”,△s为填写步骤2所测出的两光电门之间的距离。
5.点击“开始读数”键后开始读数。打开气垫导轨电源,把小滑块从导轨高处往低处下滑,软件自动记载下几个数据,分别为“光电门1”,“光电门2”,“v=△s/△t”,分别代表滑块经过光电门1、光电门2时的速度和这段距离内的平均速度。
6.改变两光电门之间的距离,重复实验步骤3~5,注意每做一次必须手动更改两光电门之间的距离,更改后一定要点击“刷新”。
7.观察可见,随着△s或者是△t的值减小,速度越来越接近某个定值,这个定值为滑块通过第一个光电门时的瞬时速度。
8.点击“绘图”,选取X轴为位移“△s”,Y轴为平均速度“v”,点击“拟合”,再选取“线性拟合”,得到拟合图线,该图线在Y轴上的截距就是滑块通过第一个光电门时的瞬时速度。
【数据分析】
1.平均速度与瞬时速度的区别。
2.如何测量瞬时速度?
3.如何使测出的瞬时速度更为精确?
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