新人教版高中物理必修第二冊(cè)：2.1　實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律

1實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間

變化的規(guī)律第二章勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求1.進(jìn)一步練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.2.會(huì)利用平均速度求瞬時(shí)速度.3.會(huì)利用v－t圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并由圖像計(jì)算小車的加速度和判斷小車的運(yùn)動(dòng)情況.科學(xué)探究：明確原理提煉方法精析典題提升能力隨堂演練逐點(diǎn)落實(shí)內(nèi)容索引NEIRONGSUOYIN明確原理提煉方法011.利用紙帶計(jì)算瞬時(shí)速度：以紙帶上某點(diǎn)為中間時(shí)刻取一小段位移，用這段位移的

表示這點(diǎn)的瞬時(shí)速度.2.用v－t圖像表示小車的運(yùn)動(dòng)情況：以速度v為

、時(shí)間t為

建立直角坐標(biāo)系，用描點(diǎn)法畫出小車的v－t圖像，圖線的

表示加速度的大小，如果v－t圖像是一條傾斜的直線，說明小車的速度是

的.實(shí)驗(yàn)原理一橫軸縱軸平均速度傾斜程度均勻變化打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(帶導(dǎo)線)、

、紙帶、一端帶有定滑輪的長(zhǎng)鋁板、小車、細(xì)繩、槽碼、

、復(fù)寫紙、坐標(biāo)紙.實(shí)驗(yàn)器材二交變電源刻度尺1.如圖1所示，把一端帶有定滑輪的長(zhǎng)鋁板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面.鋁板上放一個(gè)可以左右移動(dòng)的小車，小車一端連接穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，另一端連接繞過滑輪系有槽碼的細(xì)繩.實(shí)驗(yàn)步驟三2.把小車停在

(“靠近”或“遠(yuǎn)離”)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置.先

，后

(填“啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”或“放開小車”)，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一行小點(diǎn).隨后，立即關(guān)閉電源.3.換上新紙帶，并增減所掛槽碼(或在小車上放置重物)重新操作兩次.圖1啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器靠近放開小車1.采集數(shù)據(jù)舍掉紙帶開頭一些過于密集的點(diǎn)，找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)作為計(jì)時(shí)起點(diǎn).可選擇相隔0.1s(或更短)的若干計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量.如圖2所示，先測(cè)量出各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)時(shí)起點(diǎn)的距離：x1、x2、x3、x4、x5…，再計(jì)算出相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離：Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4，…，填入自己設(shè)計(jì)的表中.數(shù)據(jù)記錄四圖22.求各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度T為相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔，若交流電源頻率為50Hz，每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)(中間隔4個(gè)點(diǎn))，則T＝0.1s.(2)設(shè)計(jì)表格并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)位置編號(hào)0123456…時(shí)刻t/s00.10.20.30.40.50.6

v1/(m·s－1)

v2/(m·s－1)

v3/(m·s－1)

…

1.在坐標(biāo)紙上建立直角坐標(biāo)系，橫軸表示時(shí)間，縱軸表示速度，并根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn).2.畫一條直線，讓這條直線通過盡可能多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，偏差比較大的點(diǎn)忽略不計(jì)，如圖3所示.3.觀察所得到的直線，分析物體的速度隨時(shí)間的變化規(guī)律.數(shù)據(jù)分析五圖3注意事項(xiàng)六1.開始釋放小車時(shí)，應(yīng)使小車

(填“靠近”或“遠(yuǎn)離”)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.2.先

，等打點(diǎn)穩(wěn)定后，再

(填“啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”或“放開小車”).3.打點(diǎn)完畢，立即關(guān)閉電源.4.選取一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，舍掉開頭點(diǎn)跡密集部分，選取適當(dāng)?shù)挠?jì)數(shù)點(diǎn)(注意計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)時(shí)點(diǎn)的區(qū)別)，弄清楚所選的時(shí)間間隔T等于多少.5.不要分段測(cè)量各段距離，應(yīng)盡可能地一次測(cè)量完畢(可統(tǒng)一量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)時(shí)起點(diǎn)之間的距離).6.在坐標(biāo)紙上畫v－t圖像時(shí)，注意坐標(biāo)軸單位長(zhǎng)度的選取，應(yīng)使圖像大致布滿坐標(biāo)紙.啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器靠近放開小車02精析典題提升能力例1

在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，(1)下列給出的器材中，有一部分已經(jīng)選好了，請(qǐng)選出還需要的器材.A.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B.天平C.低壓交變電源D.低壓直流電源E.細(xì)繩和紙帶F.槽碼和小車G.秒表H.一端有滑輪的長(zhǎng)鋁板Ι.刻度尺選出的器材有AEFH，還需要______.實(shí)驗(yàn)原理與操作一解析

在本實(shí)驗(yàn)中，不需要測(cè)量小車和槽碼的質(zhì)量，因此不需要天平，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交變電源，因此不需要直流電源，同時(shí)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄了小車運(yùn)動(dòng)時(shí)間，因此不需要秒表.測(cè)量點(diǎn)跡間的距離需要刻度尺，所以還需要的器材是：C、I.C、I(2)某同學(xué)按照以下步驟進(jìn)行操作：A.換上紙帶重復(fù)做三次，選擇一條較為理想的紙帶；B.將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)鋁板上沒有滑輪的一端，接上低壓交變電源；C.把小車停在靠近電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方，先放開小車，再啟動(dòng)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；D.斷開電源，取下紙帶；E.把一條細(xì)繩拴在小車前端，繩跨過滑輪掛上槽碼，把紙帶固定在小車后端并讓紙帶穿過電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.以上步驟有錯(cuò)誤的是___(填步驟前的字母)，應(yīng)更正為___________________________________；步驟合理的順序是________(填步驟前的字母).解析

以上步驟有錯(cuò)誤的是C，應(yīng)先啟動(dòng)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，再放開小車.根據(jù)組裝器材、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理的順序知，操作步驟順序?yàn)椋築ECDA.C先啟動(dòng)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，再放開小車BECDA實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理二例2

在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交變電源的頻率為50Hz，記錄小車運(yùn)動(dòng)的一段紙帶如圖4所示，在紙帶上選取A、B、C、D、E、F六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出.(1)由紙帶提供的數(shù)據(jù)求出打下C、E兩點(diǎn)時(shí)小車的速度，填入下表：圖40.1s計(jì)數(shù)點(diǎn)序號(hào)BCDE計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻t/s00.10.20.3通過計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度v/(m·s－1)0.25

0.45

0.35

0.55解析

用一段很短時(shí)間內(nèi)的平均速度可替代中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，則(2)根據(jù)下表中的數(shù)據(jù)，在圖5中作出小車運(yùn)動(dòng)的v－t圖線，并分析小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律.圖5答案

見解析圖見解析計(jì)數(shù)點(diǎn)序號(hào)BCDE計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻t/s00.10.20.3通過計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度v/(m·s－1)0.250.35

0.450.55

解析

畫出的v－t圖像應(yīng)為一條傾斜直線，如圖所示.小車運(yùn)動(dòng)的v－t圖像是一條傾斜的直線，說明速度隨時(shí)間均勻增加.(3)根據(jù)作出的v－t圖線可得小車運(yùn)動(dòng)的加速度為____m/s2.1點(diǎn)撥提升作v－t圖像時(shí)，我們利用的是瞬時(shí)速度，但某一點(diǎn)的瞬時(shí)速度是難以測(cè)量的，我們可以用一小段時(shí)間內(nèi)的平均速度表示該點(diǎn)的瞬時(shí)速度，這是處理這一類問題的方法.針對(duì)訓(xùn)練如圖6甲所示是小球沿斜面滾下的頻閃照片，照片中相鄰小球影像間的時(shí)間間隔是0.1s,這樣便記錄了小球運(yùn)動(dòng)的時(shí)間.小球運(yùn)動(dòng)的位移可以通過刻度尺讀出.請(qǐng)?jiān)趫D乙所示坐標(biāo)紙中作出小球滾下過程的v－t圖像，并求出加速度a.圖6答案

見解析圖2.0m/s2解析

設(shè)開始時(shí)位置為0，依次記下位置1、2、3、4、5，因?yàn)橄噜弮牲c(diǎn)時(shí)間間隔為0.1s，則有03隨堂演練逐點(diǎn)落實(shí)1231.在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是A.小車在槽碼的牽引下運(yùn)動(dòng)時(shí)只需打一條紙帶，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理B.為使測(cè)量更為嚴(yán)謹(jǐn)，應(yīng)把打下的第一個(gè)點(diǎn)作為第一個(gè)測(cè)量點(diǎn)C.為了便于測(cè)量，應(yīng)舍掉開頭一些過于密集的點(diǎn)，找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)D.兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔必須是0.1s45解析

小車在槽碼的牽引下運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要采用多次測(cè)量，打出多條紙帶，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，有利于減小誤差，故A錯(cuò)誤；紙帶上開始時(shí)打的點(diǎn)比較密集，點(diǎn)距過小，測(cè)量誤差較大，故應(yīng)舍去，找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，故B錯(cuò)誤，C正確；選取計(jì)數(shù)點(diǎn)，可增加測(cè)量距離，減小測(cè)量過程所產(chǎn)生的誤差，兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔不一定取0.1s，故D錯(cuò)誤.√2.在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，下述測(cè)量各相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的方法正確的是A.當(dāng)某兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離較大時(shí)，可以用短尺進(jìn)行分段測(cè)量B.當(dāng)某兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離較小時(shí)，可以用短尺一次把它測(cè)完C.測(cè)量各相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，應(yīng)該用最小刻度為毫米的長(zhǎng)尺的零刻度對(duì)準(zhǔn)計(jì)時(shí)起點(diǎn)，

讀出各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的刻度值，然后逐一相減，得到各相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的數(shù)值D.逐次測(cè)出各相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，這樣便于記錄12345解析

無論兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離是大還是小，采用C項(xiàng)中的方法都可減少誤差，C正確.√3.(多選)在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，下列關(guān)于作v－t圖像的說法正確的是A.只要確定了v－t圖像中的兩點(diǎn)，就可以得到小車運(yùn)動(dòng)的v－t圖像，因此，實(shí)驗(yàn)只需

要測(cè)出兩組數(shù)據(jù)B.作v－t圖像時(shí)，所取的點(diǎn)越多，圖像就越準(zhǔn)確C.作出的v－t圖線應(yīng)該通過所有的點(diǎn)，圖線曲折也可以D.對(duì)于偏離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)，說明誤差太大，應(yīng)舍去12345解析

作v－t圖像時(shí)，選取的點(diǎn)越多，作出的圖像就越準(zhǔn)確；誤差較大的點(diǎn)應(yīng)舍去，B、D正確.√√4.在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)得到一條用電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶如圖7甲所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)圖中沒有畫出，電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接220V、50Hz交變電源.他經(jīng)過測(cè)量并計(jì)算得到電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打B、C、D、E、F各點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度如下表：1234圖75對(duì)應(yīng)點(diǎn)BCDEF速度(m/s)0.1410.1850.2200.2540.301(1)設(shè)電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T，計(jì)算vF的公式為vF＝________；12解析

若時(shí)間較短，平均速度可代替中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T，345對(duì)應(yīng)點(diǎn)BCDEF速度(m/s)0.1410.1850.2200.2540.301(2)根據(jù)(1)中得到的數(shù)據(jù)，以A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為t＝0，試在圖乙所示坐標(biāo)系中合理地選擇標(biāo)度，作出v－t圖像.12345答案

見解析圖解析

根據(jù)圖中數(shù)據(jù)，利用描點(diǎn)法作出圖像如圖：12345(3)利用該圖像求小車的加速度a＝______m/s2；(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)123450.4012345(4)如果當(dāng)時(shí)電網(wǎng)中交變電流的電壓變成210V，而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，那么加速度的測(cè)量值與實(shí)際值相比______(選填“偏大”“偏小”或“不變”).不變解析

電網(wǎng)電壓變化，并不改變打點(diǎn)的周期，故加速度的測(cè)量值與實(shí)際值相比不變.5.在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，如圖8所示為一次記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)(A點(diǎn)為第一個(gè)點(diǎn))，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T＝0.1s.12345(1)根據(jù)_____________________________________________計(jì)算各點(diǎn)的瞬時(shí)速度，則vD＝_____m/s，vC＝_____m/s，vB＝_____m/s.圖8某段時(shí)間內(nèi)的平均速度表示中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度3.90

2.64

1.38解析

若時(shí)間較短，平均速度可以代替中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度.12345(