02　實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律（原卷版）-【同步實驗課】2023-2024高中物理實驗大盤點

學(xué)而優(yōu)教有方實驗02探究小車速度隨時間變化的規(guī)律探究小車速度隨時間變化的規(guī)律探究小車速度隨時間變化的規(guī)律1．【實驗原理】利用打上點的紙帶測量物體的瞬時速度，從而研究物體的運動。2．【實驗器材】電火花計時器(或電磁打點計時器)、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙片。3．【實驗步驟】(1)按照如圖所示實驗裝置，把打點計時器固定在長木板無滑輪的一端，接好電源。(2)把一細繩系在小車上，細繩繞過滑輪，下端掛合適的槽碼，紙帶穿過打點計時器，固定在小車后面。(3)把小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，后放開小車。(4)小車運動一段時間后，斷開電源，取下紙帶。(5)換紙帶重復(fù)實驗三次，選擇一條比較理想的紙帶進行測量分析。4．【數(shù)據(jù)處理】（1）選取計數(shù)點（2）利用平均速度求瞬時速度：vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)。（3）描繪v-t圖像5．【注意事項】(1)實驗中先接通電源，后讓小車運動，實驗完畢應(yīng)先斷開電源后取紙帶。(2)小車到達長木板末端前應(yīng)讓小車停止運動，防止小車落地和小車與滑輪相撞。(3)選紙帶時應(yīng)選點跡清晰的，且舍去打點密集部分。(4)注意區(qū)別計時點和計數(shù)點，明確計數(shù)點間的時間間隔。(5)作圖像時，縱、橫坐標(biāo)軸單位的選取要適當(dāng)，同時注意連線的原則。6．【誤差分析】(1)木板的粗糙程度不同引起的誤差。(2)電源頻率不穩(wěn)引起的誤差。(3)測量紙帶上的打點位移有誤差。(4)在坐標(biāo)紙上描點、作圖時引起誤差。操作要領(lǐng)(1)平行：細繩、紙帶與長木板平行。(2)靠近：小車釋放前，應(yīng)靠近打點計時器的位置。(3)先后：實驗時先接通電源，后釋放小車；實驗后先斷開電源，后取下紙帶。(4)防撞：小車到達滑輪前讓其停止運動，防止與滑輪相撞或掉下桌面摔壞。(5)適當(dāng)：懸掛槽碼要適當(dāng)，避免紙帶打出的點太少或過于密集。創(chuàng)新角度：實驗裝置的改進【典例1】利用如圖所示的裝置研究勻變速直線運動．(1)實驗時，測出遮光條的寬度d，在砝碼盤中放上砝碼，讓滑塊從光電門1的右側(cè)由靜止釋放，用數(shù)字毫秒計測出遮光條經(jīng)過光電門1和2的時間分別為t1和t2，測出從光電門1到光電門2所用的時間為Δt，計算出滑塊的加速度大小a＝________(用d、t1、t2和Δt表示)(2)一個同學(xué)利用(1)中的裝置實驗時，保持滑塊的質(zhì)量、砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量不變，撤去光電門1，在某位置靜止釋放滑塊，記錄滑塊的釋放位置到光電門2的距離，記錄遮光條的遮光時間，多次改變滑塊的釋放位置，重復(fù)實驗．記錄下的距離為x1、x2、x3、…，時間為t1、t2、t3、…，以x為縱軸，eq\f(1,t2)為橫軸，描點作圖得到一條過原點的傾斜直線，已知該直線的斜率為k，則滑塊勻變速運動過程中的加速度大小a＝________(用d和k表示)．創(chuàng)新點分析創(chuàng)新點分析利用光電門測小球經(jīng)過光電門的速度?！镜淅?】(2021·天津等級考，節(jié)選)某實驗小組利用手機的錄像功能拍下小球在斜面上做勻加速直線運動的過程。為便于記錄小球各個時刻在斜面上的位置，將錄像中時間間隔為T的連續(xù)7幅畫面合成到同一張圖中，示意如圖。依次測得小球各相鄰位置間的距離為x1、x2、x3、x4、x5、x6。(1)寫出小球在位置1的速度表達式________。(3)在測量小球相鄰位置間距時由于實驗者讀數(shù)產(chǎn)生的誤差是________誤差。(選填“偶然”或“系統(tǒng)”)創(chuàng)新點分析創(chuàng)新點分析利用頻閃照相取代打點計時器?！镜淅?】用圖甲所示的實驗裝置研究小車速度隨時間變化的規(guī)律．主要實驗步驟如下：a．安裝好實驗器材，接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長木板運動，重復(fù)幾次．b．選出一條點跡清晰的紙帶，找一個合適的點當(dāng)作計時起點O(t＝0)，然后每隔相同的時間間隔T選取一個計數(shù)點，如圖乙中A、B、C、D、E、F……所示．c．通過測量、計算可以得到在打A、B、C、D、E……點時小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5……d．以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點，如圖丙所示．結(jié)合上述實驗步驟，請你完成下列任務(wù)：(1)在下列儀器和器材中，還需要使用的有________和________(填選項前的字母)．A．電壓合適的50Hz交變電源B．電壓可調(diào)的直流電源C．刻度尺D．秒表E．天平(含砝碼)(2)在圖中已標(biāo)出計數(shù)點A、B、D、E對應(yīng)的坐標(biāo)點，請在該圖中標(biāo)出計數(shù)點C對應(yīng)的坐標(biāo)點，并畫出v－t圖像．(3)觀察v－t圖像，可以判斷小車做勻變速直線運動，其依據(jù)是________________．v－t圖像斜率的物理意義是__________________．(4)描繪v－t圖像前，還不知道小車是否做勻變速直線運動．用平均速度eq\f(Δx,Δt)表示各計數(shù)點的瞬時速度，從理論上講，對Δt的要求是________(選填“越小越好”或“與大小無關(guān)”)；從實驗的角度看，選取的Δx大小與速度測量的誤差________(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)．【典例2】小華同學(xué)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中，選出了如圖甲所示的一條紙帶(每兩個點間還有4個點沒有畫出)。打點計時器的電源頻率為50Hz。甲乙(1)根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)，計算E點時小車的瞬時速度并填入表中。位置ABCDEv/(m·s－1)0.610.811.001.18(2)小華同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖乙中畫出了小車的圖像。請你根據(jù)v－t圖像判斷小車做的是__________(填寫序號)A.勻速直線運動B.勻變速直線運動C.非勻變速直線運動(3)小紅同學(xué)用以下方法繪制了小車運動的v－t圖像：第一，先把紙帶每隔0.1s剪斷，得到若干短紙條；第二、再把這些紙條并排貼在一張紙上，使這些紙條下端對齊，作為時間坐標(biāo)軸，標(biāo)出時間；第三，將紙條上端中心連起來，于是得到v－t圖像。請回答這樣做__________(選填“可行”“不可行”)，簡要說明其理由_____________________________________________________________________。1．在“研究勻變速直線運動”實驗中，某實驗小組實施了以下實驗步驟，其中有錯誤的步驟是()A．把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面．把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路B．再把一條細繩拴在小車上，細繩跨過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，每次必須由靜止釋放小車，把紙帶穿過打點計時器，并把它的一端固定在小車的后面C．把小車停在靠近打點計時器處，接通直流電源后，放開小車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列的點，換上新紙帶，重復(fù)兩次D．從三條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開頭比較密集的點，在后邊便于測量的地方找一個起始點，并把每打五個點的時間作為時間單位.在選好的起始點下面記作0，第六個點作為計數(shù)點1，依次標(biāo)出計數(shù)點2、3、4、5、6，并測算出相鄰兩計數(shù)點間的距離，根據(jù)公式求出a2．在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，下列做法正確的是A．作v-t圖象時，必須用圓滑曲線連線且經(jīng)過每一個點B．先使紙帶運動，再接通電源C．牽引小車的鉤碼越多越好D．將接好紙帶的小車停在靠近打點計時器處3．小涵利用打點計時器探究小車速度隨時間變化的規(guī)律．(1)利用打點計時器完成實驗的過程中，要使用________電源(選填“交變”或“直流”)，打點計時器頻率為50Hz，則在紙帶上直接打出的相鄰兩個計時點間的時間間隔為_______s．若小車做加速運動，則圖中紙帶的__________(選填“左”或“右”)端與小車相連．(2)得到紙帶后，小涵每隔4個計時點取1個計數(shù)點，把刻度尺的零刻線對準(zhǔn)某個點，讀出各個計數(shù)點對應(yīng)的刻度值(xn)，并用某個計數(shù)點前后兩個計數(shù)點間的平均速度代表這個計數(shù)點的瞬時速度(vn)，記錄在下面的表格中．各計數(shù)點刻度值xn(cm)x0x1x2x3x4x5x65.009.0114.0220.026.9835.0143.90各計數(shù)點對應(yīng)的時刻tn(s)0A小車在各計數(shù)點的瞬時速度vn(m/s)/B/a.在對各計數(shù)點刻度值xn的記錄中，一定有錯誤的是________(選填“x0”“x1”“x2”“x3”“x4”“x5”或“x6”)．b．“各計數(shù)點對應(yīng)的時刻tn”一行中的A應(yīng)填為__________；“小車在各計數(shù)點的瞬時速度vn”一行中的B應(yīng)填為______________．c．以tn為橫坐標(biāo)，vn為縱坐標(biāo)，作小車運動的速度－時間圖像如圖，可判斷小車做________________________________運動．d．小涵發(fā)現(xiàn)，如果以tn為橫坐標(biāo)，以eq\f(xn,tn)為縱坐標(biāo)，得到的圖像也是一條直線．請你幫他分析其中的原因，并說明圖像斜率的含義：__________________________.4．在測量做直線運動物體的瞬時速度實驗中，某同學(xué)用一端裝有定滑輪的長木板、小車、打點計時器(頻率為50Hz)、槽碼、紙帶、細線組成如圖甲所示的裝置，用槽碼拉動小車，使其做勻變速直線運動，得到如圖乙所示的一條紙帶，紙帶中相鄰兩個計數(shù)點之間有四個點未標(biāo)出。某同學(xué)操作實驗步驟如下，有錯誤或不需要的步驟是：__________________________。A．將打點計時器固定在長木板上，并連接好電路B．將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔C．適當(dāng)抬高長木板的左端，在不掛槽碼的情況下，輕推小車，小車能勻速運動D．把一條細線拴在小車上，細線跨過定滑輪，下面吊著適當(dāng)重的槽碼E．將小車移至靠近打點計時器處F．先釋放紙帶，再接通打點計時器5．以下是探究小車速度隨時間變化規(guī)律的實驗的一些步驟，其正確順序是______．①把穿過打點計時器的紙帶固定在小車上；②把打點計時器固定在木板上，并接好電路；③更換紙帶，再做兩次；④把長木板放在桌面上，并使滑輪伸出桌面；⑤使小車停在打點計時器附近，先接通電源，后放開小車；⑥將細繩拴在小車上并繞過定滑輪，下面掛上適量的鉤碼；⑦斷開電源，取出紙帶．6．在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中，下列說法正確的是（）A．分別逐個測出每兩個相鄰計數(shù)點間的距離，這樣便于記錄B．為使測量更為嚴(yán)謹，應(yīng)把打下的第一個點作為第一個測量點C．為了便于測量，應(yīng)舍掉開頭一些過于密集的點，找一個適當(dāng)?shù)狞c當(dāng)作計時起點D．兩相鄰計數(shù)點間的時間間隔必須是0.1s7．某人用打點計時器做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗，利用打出的一條紙帶畫出了小車速度隨時間變化的圖象，如圖所示，下列說法正確的是A．當(dāng)電源頻率為50Hz時，打點計時器每隔秒打一個點B．小車做勻速直線運動C．小車在秒時的速度大小是D．小車的加速度大小為1.（2017·浙江）在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中（1）下列說法中不正確或不必要的是______（填字母）.A．長木板的一端必須墊高，使小車在不掛鉤碼時能在木板上做勻速運動B．連接鉤碼和小車的細線應(yīng)與長木板保持平行C．小車應(yīng)靠近打點計時器，先接通電源，后釋車D．選擇計數(shù)點時，必須從紙帶上第一個點開始(2)圖1是實驗中打下的一段紙帶.算出計數(shù)點2的速度大小為________，并在圖2中標(biāo)出，其余計數(shù)點1、3、4、5對應(yīng)的小車瞬時速度大小在圖2中已標(biāo)出．（3）作圖___并求得小車的加速度大小為_______2.（2016·天津）某同學(xué)利用圖示裝置研究小車的勻變速直線運動．（1）實驗中必要的措施是______．A．細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)量遠大于鉤碼的質(zhì)量

D．平衡小車與長木板間的摩擦力（2）他實驗時將打點計時器接到頻率為50HZ的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計數(shù)點如圖所示（每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，圖中未畫出）．s1=3.59cm，s2=4.41cm，s3=5.19cm，s4=5.97cm，s5=6.78cm，s6=7.64cm．則小車的加速度a=______m/s2（要求充分利用測量的數(shù)據(jù)），打點計時