第1節(jié)試驗探究小車速度隨時間變換的規(guī)律

1、第二章勻變速直線運(yùn)動的研究課標(biāo)要求1、通過實齡,探究勻變竦白族運(yùn)動的特點(diǎn)，朦用公式、圖像等方法掰本勻變讀白線運(yùn)動.理解勻變速白線運(yùn)6的規(guī)律.能運(yùn)用其解決買際問現(xiàn)，2、通過實驗.認(rèn)識自由落體運(yùn)動現(xiàn)結(jié)合物理學(xué)史的桐關(guān)內(nèi)容從E物理實驗與科學(xué)推理在物理學(xué)研究中的作用-第1節(jié)實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律1 .進(jìn)一步練習(xí)使用打點(diǎn)計時器，通過打出的紙帶測量瞬時速度。2 .通過實驗獲取數(shù)據(jù)，利用圖像處理實驗數(shù)據(jù)。3 .通過數(shù)據(jù)分析得出小車速度隨時間變化的規(guī)律。二、實驗設(shè)計1 .實驗方案：如圖所示，把一端帶有滑輪的長鋁板平放在實驗桌上，鋁板上放一小車，小車一端連接穿過打點(diǎn)計時器的紙帶，另一端連接繞過滑輪系

2、有槽碼的細(xì)純。小車在槽碼的牽引下運(yùn)動，通過研究紙帶上的信息，探究小車的速度隨時間的變化規(guī)律。2 .實驗原理(1)計算瞬時速度使用毫米刻度尺測量每個計數(shù)點(diǎn)與第一個計數(shù)點(diǎn)間的距離，得出每相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)間的距離AX1、及2、儂3,如圖所示。由于各計數(shù)點(diǎn)的時間間隔比較短,可以用平均速度來代替瞬時速度。即AX2+Ax1/X2+Ax3V1=2T，2t，卜U+&廣一一-3-一Arf-1(2)根據(jù)vt圖像判斷速度的變化規(guī)律用描點(diǎn)法可作出小車的vt圖像，根據(jù)圖像的形狀可判斷小車的運(yùn)動性質(zhì)。利用v-t圖線的斜率可求出小車的加速度。3 .實驗器材電磁打點(diǎn)計時器（或電火花計時器）、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、一端附有定滑輪

3、的長鋁板、小車、紙帶、細(xì)純、槽碼、刻度尺、交流電源、坐標(biāo)紙三、實驗步驟1 .如圖所示，把附有滑輪的長鋁板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計時器固定在長鋁板上沒有滑輪的一端，連接好電路。電源抽頭2 .把一條細(xì)繩拴在小車上，使細(xì)繩跨過滑輪，下邊掛上槽碼，把紙帶穿過打點(diǎn)計時器，并把紙帶的一端固定在小車的后面。3 .把小車停在靠近打點(diǎn)計時器處，啟動計時器，然后釋放小車,定先接通電源，后釋放小車讓小車拖著紙帶運(yùn)動，打點(diǎn)計時器就在紙帶上打下一系列小點(diǎn)，隨后關(guān)閉電源。4 .增減所掛槽碼的個數(shù)（或在小車上放置重物），換上新的紙帶，按以上步驟再做兩次實驗。四、數(shù)據(jù)處理1.瞬時速度的計算（1）從幾條紙帶中選

4、擇一條點(diǎn)跡最清晰的紙帶，舍掉開始紙帶的選取一些比較密集的點(diǎn)，在后面便于測量的地方找一個點(diǎn)，作為計數(shù)始點(diǎn)，以后依次每五個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)，并標(biāo)明0、1、2、3、4、如圖所示。位置123456長度X1X2X3X4X5X6各段長度0213243546一時間問隔一v/(ms1)一(2)依次測出01、02、03、04、的距離xi、x2、x3、X4、，填入表中(3)1、2、3、4、各點(diǎn)的瞬時速度分別為:X2X3XiX4X2vi=亓V2=2T、V3=2TX5X3V4=一亓一。將計算得出的各點(diǎn)的速度填入表中。1 4)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，分析速度隨時間變化的規(guī)律。2 .作出小車運(yùn)動的v-t圖像(1)定標(biāo)度：坐標(biāo)軸的

5、標(biāo)度選取要合理，應(yīng)使圖像大致分布在坐標(biāo)平面中央。(2)描點(diǎn)：描點(diǎn)時要用平行于兩坐標(biāo)軸的虛線標(biāo)明該點(diǎn)的位置坐標(biāo)。(所描的點(diǎn)一般用“標(biāo)明)在描點(diǎn)時最好用坐標(biāo)紙，使圖線占據(jù)坐標(biāo)平面的大部分面積。(3)連線：畫一條直線，讓這條直線通過盡可能多的點(diǎn)，不在線上的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，偏差比較大的點(diǎn)舍去，如圖所示。(4)觀察所得到的直線，分析物體的速度隨時間的變化規(guī)律。3 .求解加速度一一一一，兇根據(jù)所回vt圖像的斜率,求出小車運(yùn)動的加速度a=計算小車的加速度時，應(yīng)選取相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)，可以減小誤差五、誤差分析1 .根據(jù)紙帶測量的位移有誤差。2 .作vt圖像不準(zhǔn)確有誤差。3 .鋁板的不同部位粗糙程度不完全相

6、同。六、注意事項1 .開始釋放小車時，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計時器。2 .先接通電源，等打點(diǎn)穩(wěn)定后，再釋放小車。3 .打點(diǎn)完畢，應(yīng)立即斷開電源。4 .牽引小車的槽碼個數(shù)要適當(dāng)，以免加速度過大而使紙帶上的點(diǎn)太少，或者加速度太小，而使各段位移差別不大，誤差增大。5 .要區(qū)分打點(diǎn)計時器打出的計時點(diǎn)和人為選取的計數(shù)點(diǎn)，一般在紙帶上每隔四個計時點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)，若電源頻率為50Hz,則時間間隔T=0.146 .在坐標(biāo)紙上畫v-1圖像時，注意坐標(biāo)軸單位長度的選取，應(yīng)使圖像盡量分布在較大的坐標(biāo)平面內(nèi)。核心探究i；突破校心要煮要點(diǎn)1實驗原理和實驗操作例1在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，(1)實驗室提供了以

7、下器材：電火花計時器、一端附有滑輪的長鋁板、小車、紙帶、細(xì)純、槽碼、刻度尺、交流電源、停表、彈簧測力計。其中在本實驗中不需要的器材是。(2)按照實驗進(jìn)行的先后順序，將下述步驟的代號填在橫線上。A.把穿過打點(diǎn)計時器的紙帶固定在小車后面B.把打點(diǎn)計時器固定在鋁板沒有滑輪的一端，并連好電路C.換上新的紙帶，再重做兩次實驗D.把長鋁板平放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面E.使小車停在靠近打點(diǎn)計時器處，接通電源，放開小車，讓小車運(yùn)動F.把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下邊吊著合適的槽碼G.斷開電源，取出紙帶解析(1)本實驗需要測量的物理量是位移和時間，用打點(diǎn)計時器打出的紙帶上的點(diǎn)就可以算出時間，用刻度

8、尺可以測出兩點(diǎn)間的距離，因此，不需要彈簧測力計和停表（2）根據(jù)實驗的步驟，正確的順序應(yīng)為DBFAEGC答案（1）彈簧測力計、停表（2）DBFAEGC針對訓(xùn)練1如圖甲所示的（圖中長鋁板水平固定）是高中物理常用的力學(xué)實驗裝置，現(xiàn)用該裝置完成“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”。甲（1）圖乙中的實驗照片是否有實驗錯誤、不合理或不必要之處？若存在問題，請指明問題所在照片AI電源獨(dú)蓄電池）（2）下列哪些措施能有助于減小實驗的誤差A(yù).選用輸出電壓穩(wěn)定性更佳的恒定電源B.選用輸出電壓變化周期更穩(wěn)定的交流電源C.調(diào)節(jié)滑輪高度，使拉線與長鋁板平行D.實驗中滿足槽碼質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量ME.實驗前先平衡小車與鋁板間

9、的摩擦力解析（1）照片A:實驗有錯誤之處，選用蓄電池作為電源。照片B:實驗有不合理之處，小車起始點(diǎn)離打點(diǎn)計時器過遠(yuǎn)（2）選用輸出電壓穩(wěn)定性更佳的恒定電源，打點(diǎn)計時器不能計時，A錯誤；選用輸出電壓變化周期更穩(wěn)定的交流電源可使打點(diǎn)周期穩(wěn)定，減小誤差，B正確；調(diào)節(jié)滑輪高度，使拉線與長鋁板平行，可減小誤差，C正確；測定小車的速度不需要滿足槽碼的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M,也不需要實驗前先平衡小車與鋁板間的摩擦力，D、E錯誤答案（1）見解析（2）BC(1)計算D、C、B各點(diǎn)的瞬時速度，vd=m/s,vc=m/s,要點(diǎn)2實驗數(shù)據(jù)處理例2在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，如圖所示為記錄小車運(yùn)動情況的

10、一條紙帶,圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數(shù)點(diǎn)，相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時問間隔T=0.1s。m和單門力El105.60m/svb=在如圖所示坐標(biāo)系中作出小車的vt圖像，并根據(jù)圖像求出a=解析(1)若時間較短，平均速度可以代替某點(diǎn)的瞬時速度。D點(diǎn)的瞬時速度vd=等=cm/s=390cm/s=3.90m/s2I2XU.1c點(diǎn)的瞬時速度vc=xBD=-cm/s=264cm/s=2.64m/s212XU.1B點(diǎn)的瞬時速度vB=xAC=0276cm/s=138cm/s=1.38m/s212XU.1(2)由(1)中數(shù)據(jù)作出小車的vt圖像如圖所示,由圖線的斜率可求得它的平均加速度加2.52,2一，2a=j=0y2m

11、/s=12.6m/s答案（1）3.902.641.38（2）圖見解析12.6m/S2方法凝煉由紙帶求加速度的方法如圖所示的紙帶各計數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5、所對應(yīng)的速度分別是V1、V2、V3、V4、V5、，T為計數(shù)點(diǎn)間的時間問隔。fIS456J"上打上"、一馬大.卜八彳.（1）圖像法由多組數(shù)據(jù)描繪出Vt圖像，Vt圖像中直線的斜率即為物體運(yùn)動的加速度。此法有利于減小偶然誤差，并能剔除誤差較大的數(shù)據(jù)。Vn+1Vnan=t0（2）平均值法V2V1V3V2a=-T，a2=-t-，a3求加速度的平均值a1+a2+一+ann（V2V1）+（V3V2）+（Vn+1Vn）Vn+1V1=。nT

12、nT從結(jié)果看，真正參與運(yùn)算的只有V1和Vn+1,中間各點(diǎn)的瞬時速度在運(yùn)算中都未起作用，一般不用此方法。針對訓(xùn)練2某同學(xué)利用圖（a）所示的實驗裝置探究物塊速度隨時間的變化。物塊放在桌面上，細(xì)純的一端與物塊相連，另一端跨過滑輪掛上鉤碼。打點(diǎn)計時器固定在桌面左端，所用交流電源頻率為50Hz。紙帶穿過打點(diǎn)計時器連接在物塊上。啟動打點(diǎn)計時器，釋放物塊，物塊在鉤碼的作用下拖著紙帶運(yùn)動。打點(diǎn)計時器打出的紙帶如圖（b）所示（圖中相鄰兩點(diǎn)間有4個點(diǎn)未畫出）。冊帶物堆施下2rs(n)fA單位CUIw-l.ftl-i-G,i»'HAIU1n/»|IIIVI*(b)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，回答下

13、列問題：(1)在打點(diǎn)計時器打出B點(diǎn)時，物塊的速度大小為m/s。在打出D點(diǎn)時,物塊的速度大小為m/s；(保留2位有效數(shù)字)(2)物塊的加速度大小為m/s2。(保留2位有效數(shù)字)解析(1)根據(jù)紙帶上某點(diǎn)的瞬時速度等于一小段時間內(nèi)的平均速度，所以XAC0.0461+0.0659vb=萬=0-2m/s=0.56m/s,XCE0.0861+0.1061vd=萬=0-2m/s=0.96m/so(2)根據(jù)a=V21丫，代入數(shù)據(jù)整理可得a=2.0m/s2。答案(1)0.560.96(2)2.0學(xué)習(xí)評價反情深堂姓果|-HIILI；1 .(多選)下列關(guān)于打點(diǎn)計時器的說法中正確的是()A.電磁打點(diǎn)計時器是利用振針上

14、下振動，通過復(fù)寫紙在紙帶上留下一行小點(diǎn)B.電火花計時器是利用火花放電的原理來工作的C.我國中學(xué)實驗室中的打點(diǎn)計時器直接接到實驗臺上的插座上使用，這種打點(diǎn)計時器是電磁打點(diǎn)計時器D.從減小紙帶運(yùn)動中所受阻力的角度考慮，選電火花計時器較電磁打點(diǎn)計時器好解析根據(jù)電磁打點(diǎn)計時器和電火花計時器的構(gòu)造知，選項A、B正確；電火花計時器由于利用的是火花放電的原理來工作的，使用時摩擦較電磁打點(diǎn)計時器的小，選項D正確；我國使用的是220V交流電，所以直接接到實驗臺上的插座上使用的打點(diǎn)計時器應(yīng)該是電火花計時器，選項C錯誤。答案ABD2 .下列實驗過程中正確使用打點(diǎn)計時器的步驟順序是（）啟動電源，用手水平拉動紙帶，紙帶

15、上就打出一行小點(diǎn)關(guān)掉電源取下紙帶，從能夠看清的某個點(diǎn)開始，往后數(shù)若干個點(diǎn)，如果數(shù)出n個點(diǎn)，這些點(diǎn)劃分出的間隔數(shù)是（n1）,由此計算出紙帶從第1個點(diǎn)到第n個點(diǎn)的運(yùn)動時間把紙帶裝好了解打點(diǎn)計時器的結(jié)構(gòu)，然后把它固定的桌子上用刻度尺測量出從第1個點(diǎn)到第n個點(diǎn)的距離A.B.C.D.解析進(jìn)行實驗前應(yīng)充分了解打點(diǎn)計時器的結(jié)構(gòu)和工作原理，并安裝好打點(diǎn)計時器，在接通電源前，要將紙帶裝好，實驗開始時應(yīng)先接通電源，等打點(diǎn)計時器工作穩(wěn)定后再拉動紙帶，打點(diǎn)結(jié)束后，應(yīng)立即關(guān)閉電源以保護(hù)打點(diǎn)計時器，將紙帶與打點(diǎn)計時器分離后，進(jìn)行紙帶的處理，故選項A正確。答案A3 .“利用電火花計時器研究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中

16、。（1）下述器材中不需要的是（用代號表示）。220V交流電源；電火花計時器；秒表；小車；帶滑輪的長鋁板；紙帶；天平；刻度尺（2）如圖所示是某同學(xué)實驗時得到的一條紙帶（實驗中交流電源的頻率為50Hz）,依照打點(diǎn)的先后順序取計數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5、6、7,相鄰兩計數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)未畫出，測得X1=1.42cm,X2=1.91cm,X3=2.40cm,X4=2.91cm,X5=3.43cm,X6=3.92cm。打計數(shù)點(diǎn)2時紙帶的速度大小V2=m/s（保留2位有效數(shù)字）；如果當(dāng)時電網(wǎng)中交流電的頻率f=49Hz,而做實驗的同學(xué)并不知道，那么由此引起速度的測量值比實際值偏（選填“大”或“小”）。解析(1

17、)電火花計時器使用220V的交流電源，可以直接記錄時間，不需要秒表。在該實驗中，不需要測量質(zhì)量，所以不需要天平。故不需要的器材為(2)打計數(shù)點(diǎn)2時紙帶的瞬時速度為xi+x2(1.42+1.91)X10-X2410.0X10解析丫3=齊=m/s=0.50m/s212X0.1v2=2T=0-2m/s=0.17m/so如果當(dāng)時電網(wǎng)中交流電的頻率f=49Hz,則實際的打點(diǎn)周期大于0.02s,而進(jìn)行計算時仍用0.02s,所以速度的測量值比實際值偏大。答案（1）（2）0.17大4 .一個物體拖動紙帶運(yùn)動，獲得打點(diǎn)計時器打出的一段紙帶如圖所示，每兩個計數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔為0.1s,打點(diǎn)計時器打下計數(shù)點(diǎn)3時物

18、體的瞬時速度為;打點(diǎn)計時器打下計數(shù)點(diǎn)4時物體的瞬時速度為;物體的加速度為。_JUI2：446X3513.0X10-2V4=2T2X0.1m/s=0.65m/sV4-V30.65-0.50at=0.1m/s2=1.50m/s2JT答案0.50m/s0.65m/s1.50m/W5 .如圖所示，某同學(xué)在做“研究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，由打點(diǎn)計時器得到表示小車運(yùn)動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計數(shù)點(diǎn)的時間問隔為T=0.10s,其中xi=7.05cm,x2=7.68cm、x3=8.33cm、x4=8.95cm、x5=9.61cm、x6=10.26cm。(1)求計數(shù)點(diǎn)3處的瞬時速度的大小;(保留2位(2)作出小車運(yùn)動的速度一時間圖像，由圖像求小車運(yùn)動的加速度有效數(shù)字)解析(1)計數(shù)點(diǎn)3的瞬時速度V3=X3+X4-=2T(8.33+8.95)X10-22X0.10m/s=0.86m/s,(2)同理可求_2X1+X2(7