實(shí)驗(yàn)一探究小車速度隨時間變化地規(guī)律

1、實(shí)用文案第一節(jié)探究小車速度隨時間變化的規(guī)律【實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識】、實(shí)驗(yàn)原理與操作文案大全1 .兩種打點(diǎn)計時器(1)作用：計時儀器，當(dāng)所用交流電源的頻率f= 50 Hz時，每隔0.02 s打一次點(diǎn)。電磁打點(diǎn)計時器：6 V以下交流電源220 V交流(2)工作條件.人,代41口口 電火化計時器:I電源2 .判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動的方法設(shè)x1、x2、x3、x4為紙帶上相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)之間的距離，假如Ax= x2 x1 = x3 x2=x4X3 =常數(shù)，則與紙帶相連的物體做勻變速直線運(yùn)動。3 .注意事項(1)平行：紙帶和細(xì)繩要和木板平行。(2)兩先兩后：實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源， 后讓小車運(yùn)動；實(shí)驗(yàn)完畢應(yīng)先斷開

2、電源后取紙帶。(3)防止碰撞：在到達(dá)長木板末端前應(yīng)讓小車停止運(yùn)動，要防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞。(4)減小誤差：小車的加速度要適當(dāng)大些，可以減小長度的測量誤差，加速度大小以能在25 50 cm的紙帶上清楚地取出 67個計數(shù)點(diǎn)為宜。二、數(shù)據(jù)處理與誤差分析4 .實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理(1)由紙帶求物體運(yùn)動速度：根據(jù)勻變速直線運(yùn)動某段時間中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度，Vn= *；1。(2)利用紙帶求物體加速度逐差法：根據(jù) X4X1 = X5 X2 = X6X3=3aT2(T為相鄰兩計數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔)，求小X4X1X5X2X6X3 工苗,MW%/古ai + a2 + a3 1出 a1 =q

3、-j-2,a2=q-j-2,a3=q-j-2,再算出 21、a2'a3 的干均值a="= 73 I3 13 133|X4 X1 X5X2 X6X3、 (X4+X5+h) (X1+X2+X3)、3T2+ 3T2+ 3T21=9T2,即為物體的加速度。 3 I 313 1，9 I圖像法：如圖實(shí)I 1所示，以打某計數(shù)點(diǎn)時為計時起點(diǎn)，利用Vn=XnH2；+1求出打各點(diǎn)時的瞬時速度，描點(diǎn)得v-t圖像，圖像的斜率即為物體做勻變速直線運(yùn)動的加速度。5 .誤差分析(1)偶然誤差：紙帶上計數(shù)點(diǎn)間距測量有偶然誤差，故要多測幾組數(shù)據(jù)，以盡量減小誤差。用作圖法做出的v-t圖像并不是一條直線。為此在描

4、點(diǎn)時最好用坐標(biāo)紙，在縱、橫軸 上選取合適的單位，用細(xì)鉛筆認(rèn)真描點(diǎn)。(2)系統(tǒng)誤差：紙帶運(yùn)動時摩擦不均勻，打點(diǎn)不穩(wěn)定引起誤差，所以安裝時紙帶、細(xì)繩要與長木板平行, 同時選擇符合要求的交流電源的電壓及頻率。6 .注意事項(1)紙帶選?。哼x擇一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，舍棄點(diǎn)密集部分，適當(dāng)選取計數(shù)點(diǎn)。(2)準(zhǔn)確作圖：在坐標(biāo)紙上，縱、橫軸選取合適的單位(避免所描點(diǎn)過密或過疏，而導(dǎo)致誤差過大)，仔細(xì)描點(diǎn)連線，不能連成折線，應(yīng)作一條直線，讓各點(diǎn)盡量落到這條直線上， 落不到直線上的各點(diǎn)應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè)?！镜湫屠}分析】考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與操作911研究小車勻變速直線運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)裝置如圖實(shí)甲所示其中斜面傾角?？烧{(diào)，打

5、點(diǎn)計時器的工作頻率為 50 Hz,紙帶上計數(shù)點(diǎn)的間距如圖乙所示，其中每相鄰兩點(diǎn)之間還有4個記錄點(diǎn)未畫出。部分實(shí)驗(yàn)步驟如下：A.測量完畢，關(guān)閉電源，取出紙帶B.接通電源，待打點(diǎn)計時器工作穩(wěn)定后放開小車C.將小車?？吭诖螯c(diǎn)計時器附近，小車尾部與紙帶相連D .把打點(diǎn)計時器固定在平板上，讓紙帶穿過限位孔上述實(shí)驗(yàn)步驟的正確順序是： 。(用字母填寫)(2)圖乙中標(biāo)出的相鄰兩計數(shù)點(diǎn)的時間間隔T=s；(3)計數(shù)點(diǎn)5對應(yīng)的瞬時速度大小計算式為V5=；(4)為了充分利用記錄數(shù)據(jù)，減小誤差，小車加速度大小的計算式應(yīng)為a =答案(1)DCBA (2)0.1S4+ s5,、S6+s5+s4s3s2S1丁9T。針對訓(xùn)練1

6、 . (2018合肥檢測)某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究勻變速直線運(yùn)動。導(dǎo)學(xué)號：82210078實(shí)驗(yàn)步驟如下:A.安裝好實(shí)驗(yàn)器材B.讓小車拖著紙帶運(yùn)動，打點(diǎn)計時器在紙帶上打下一系列小點(diǎn)，重復(fù)幾次，選出一條點(diǎn)跡比較清晰的紙帶，從便于測量的點(diǎn)開始，每五個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)，如圖乙中a、b、c、d等點(diǎn)C.測出 XI、X2、X3 結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)步驟，請你繼續(xù)完成下列任務(wù):(1)實(shí)驗(yàn)中，除打點(diǎn)計時器(含紙帶、復(fù)寫紙 卜小車、一端附有滑輪的長木板、細(xì)繩、鉤碼、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列儀器和器材中，必須使用的有 。(填選項代號)A .電壓合適的50 Hz交流電源B.電壓可調(diào)的直流電源C.停表D.刻度尺E.天平F.重

7、錘G.彈簧測力計(2)如果小車做勻加速運(yùn)動， 所得紙帶如圖實(shí)I 3乙所示，則X1、X2、X3的關(guān)系是 已知打點(diǎn)計時器打點(diǎn)的時間間隔是t,則打c點(diǎn)時小車的速度大小是 。解析(1)實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)計時器要使用 50 Hz的低壓交流電源；測量 Xi、X2、X3要使用刻度尺；實(shí)驗(yàn)中無需使用停表、天平、重錘和彈簧測力計，故選 A、D。(2)因小車做勻加速直線運(yùn)動，所以相鄰相等時間內(nèi)的位移之差是恒量，故X3-X2=X2 Xi； c點(diǎn)是bd段的時間中點(diǎn)，則 c點(diǎn)的瞬時速度等于該段的平均速度，即X2 + X3X2 + X3,.X2 + X3答案 (1)AD(2)X3X2=X2X1 考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理A、 B、 C

8、、 D、 E 為T=0.1 s。單也寓E例題2:實(shí)驗(yàn)中，如圖所示為一次記錄小車運(yùn)動情況的紙帶，圖中 相鄰的計數(shù)點(diǎn)，相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔根據(jù)紙帶可判定小車做 運(yùn)動。(2)根據(jù)紙帶計算各點(diǎn)瞬時速度：VD=m/s, Vc=m/s, Vb=m/s。在如圖實(shí)I 5所示坐標(biāo)中做出小車的v-t圖線，并根據(jù)圖線求出a=(3)將圖線延長與縱軸相交，交點(diǎn)的速度的物理意義是 解析 根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)可知XBCxAB= xCD xBC= xDE - xCD = 12.60 cm ,故小車做勻加速直線運(yùn)動。(2)根據(jù)vt= v可知2vd =vc =(105.6027.60) X 10 20.2m/s= 3.90 m/

9、s(60.30 7.50) X 100.2227.60 X 102m/s= 2.64 m/sVB 0.2m/s= 1.38 m/s描點(diǎn)連線得如圖所示 v-t圖線,根據(jù)圖線斜率知 a= 12.60 m/s2(3)圖線與縱軸交點(diǎn)的速度的物理意義是零時刻小車經(jīng)過A點(diǎn)的速度。答案勻加速直線(2)3.90 2.64 1.38見解析圖 12.60 m/s2 (3)零時刻小車經(jīng)過A點(diǎn)的速度。針對訓(xùn)練2. (2016天津理綜)某同學(xué)利用圖裝置研究小車的勻變速直線運(yùn)動。(1)實(shí)驗(yàn)中，必要的措施是。A.細(xì)線必須與長木板平行B.先接通電源再釋放小車C.小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量D.平衡小車與長木板間的摩擦力(2)他

10、實(shí)驗(yàn)時將打點(diǎn)計時器接到頻率為50 Hz的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計數(shù)點(diǎn)如圖實(shí)I 7所示(每相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)間還有 4個點(diǎn)，圖中未畫出)。5=3.59 cm, S2= 4.41 cm, S3= 5.19 cm, 84= 5.97 cm, S5= 6.78 cm, &= 7.64 cm。則小車的加速度 a =m/s2(要求充分利用測量的數(shù)據(jù))，打點(diǎn)計時器在打B點(diǎn)時小車的速度 vb =m/s。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字 )/AH C Df G ')解析(1)若細(xì)線與長木板不平行，隨著小車逐漸靠近滑輪，細(xì)線與水平方向的夾角增 大，小車所受合力隨之變化，因此小車的加速度發(fā)生變化，

11、即小車不做勻變速直線運(yùn)動，故 細(xì)線必須與長木板平行，A選項必要。先接通電源，待打點(diǎn)計時器穩(wěn)定工作后再釋放小車，點(diǎn)跡按勻變速運(yùn)動規(guī)律顯現(xiàn)在紙帶上；若先釋放小車再接通電源，則開始階段點(diǎn)跡不規(guī)律， 誤差較大，故 B項必要。該實(shí)驗(yàn)研究小車的勻變速直線運(yùn)動，與小車所受到的合力及合力 大小的計算無關(guān)，故 C、D項不必要。(2)交流電的頻率為f=50 Hz,相鄰兩計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔t=0.1 s,由逐差法可求小車的加速度。 ,、，、 . 一一2(S6 + S5 + S4) (S3+S2+&)(20.39 13.19) X 1022a=9W"m/S =0.80 m/S，一一一一2S1 + S

12、2(3.59+4.41) X 10 2vb = - =m/S = 0.40 m/S。2t2X0.1答案 (1)AB(2)0.80 0.40考點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新本實(shí)驗(yàn)可以從實(shí)驗(yàn)裝置和數(shù)據(jù)處理方案兩個方面進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新由小車的彥打點(diǎn)計時器1山沿斜面方向的分力提4光電門光電門 越是*都線g林料輪|* TI D眼物由遮光片的寬度d和遮光片擋光供動力時間At求速度v=-dAt數(shù)據(jù)處理方案創(chuàng)新1 .利用光電門：由v=求速度，然后由速度位移關(guān)系求加速度。2 .利用紙帶或頻閃照相測得運(yùn)動的位移和時間：(1)若初速度為零，則 x= %t2,因此做出xt2圖線，圖線斜率的2倍即為物體的加速度。

13、.一1 2 一x1(2)右物體的初速度不為零， 則x= v0t+2at ,可得彳=丫0+,3因此做出x t圖線，圖線斜率的2倍即為物體的加速度。例題3光電計時器也是一種研究物體運(yùn)動情況的常用計時儀器，其結(jié)構(gòu)如圖實(shí)甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當(dāng)有物體從a、b間通過時，光電計時器就可以精確地把物體從開始擋光到擋光結(jié)束的時間記錄下來?，F(xiàn)利用圖乙所示的裝置測量滑塊和長木板間的動摩擦因數(shù)，圖中MN是水平桌面，Q是長木板與桌面的接觸點(diǎn)，1和2是固定在長木板適當(dāng)位置的兩個光電門，與之連接的兩個光電計時器沒有畫出，長木板頂端P點(diǎn)懸有一鉛錘，實(shí)驗(yàn)時，讓滑塊從長木板的頂端滑下，光電門 1、2各

14、自連接的計時器顯示的擋 光時間分別為1.0X10-2s和4.0X10-3s。用精度為0.05 mm的游標(biāo)卡尺測量滑塊的寬度d,其示數(shù)如圖丙所示。(1)滑塊的寬度 d =cm ;(2)滑塊通過光電門1時的速度V1 =m/s,滑塊通過光電門2時的速度 v2 =m/so (結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)由此測得的瞬時速度 V1和V2只是一個近似值，它們實(shí)質(zhì)上是通過光電門1和2時的,要使瞬時速度的測量值更接近于真實(shí)值，可將 的寬度減小一些。解析(1)d= 10 mm + 0.05 mm x 2= 10.10 mm = 1.010 cm。一2m/s= 1.0 m/sd 1.010X 10(2)v1=t1=

15、 1.0X10 2_d v212一 21.010X 10一34.0 X 10m/s= 2.5 m/s(3)vi、V2實(shí)質(zhì)上是通過光電門1和2時的平均速度，要使瞬時速度的測量值更接近于真 實(shí)值，可將滑塊的寬度減小一些。答案(1)1.010 (2)1.0 2.5 (3)平均速度 滑塊例題4:某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究小車在光滑斜面上勻加速下滑的運(yùn)動規(guī)律。先從斜面高處靜止釋放小車， 隨后才開啟位移傳感器(一種測量物體離開傳感器距離的工具， 以開啟瞬間記為t=0)測量小車與傳感器間距 x與時間t的關(guān)系。但是由于操作失誤，本應(yīng) 在計算機(jī)屏幕上顯示的 x-t圖像被改為Xt-t圖像，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖乙所示。根據(jù)此圖像：(1)t=0.4 s末，小車與傳感器間距x=;(2)傳感器開啟瞬間小車運(yùn)動的速度vo=；(3)小車的加速度大小約為。(結(jié)果均保留兩