銜接點(diǎn)07 實(shí)驗(yàn)：探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律（解析版）

銜接點(diǎn)07實(shí)驗(yàn)：探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律課程標(biāo)準(zhǔn)初中會(huì)通過(guò)停表記錄物體運(yùn)動(dòng)時(shí)間高中1.學(xué)會(huì)安裝和使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.2.學(xué)會(huì)測(cè)量紙帶、制表及記錄數(shù)據(jù).3.掌握測(cè)量瞬時(shí)速度的方法，會(huì)用打出的紙帶求瞬時(shí)速度.4.理解速度－時(shí)間圖像，會(huì)通過(guò)圖像描述物體的運(yùn)動(dòng)．初中物理知識(shí)儲(chǔ)備實(shí)驗(yàn)測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的平均速度1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河每潭瘸吆屯１頊y(cè)小車(chē)的平均速度。2.實(shí)驗(yàn)原理：v＝eq\f(s,t).3.測(cè)量的物理量:路程s和時(shí)間t。實(shí)驗(yàn)時(shí)用刻度尺測(cè)出小車(chē)通過(guò)的路程，用停表測(cè)出小車(chē)通過(guò)這段路程所用的時(shí)間，用公式v=s/t計(jì)算出小車(chē)在這段路車(chē)的平均速度。4．實(shí)驗(yàn)裝置圖：5.實(shí)驗(yàn)器材：長(zhǎng)木板、木塊、小車(chē)、刻度尺、停表、金屬片6.實(shí)驗(yàn)步驟：(1)把小車(chē)放在斜面頂端，金屬片放在斜面底端，用刻度尺測(cè)出小車(chē)將要通過(guò)的路程S1，把S1和后面測(cè)得的數(shù)據(jù)填入下表中。(2)用停表測(cè)量小車(chē)從斜面頂端滑下到撞擊金屬片的時(shí)間t1。(3)根據(jù)測(cè)得的S1、t1，利用公式算出小車(chē)通過(guò)斜面全程的平均速度v1。(4)將金屬片移至斜面的中部，測(cè)出小車(chē)到金屬片的距離S2。(5)測(cè)出小車(chē)從斜面頂端滑過(guò)斜面上半段路程S2所用的時(shí)間t2，算出小車(chē)通過(guò)上半段路程的平均速度v2。(6)計(jì)算出小車(chē)在斜面后半段的距離s3＝s1－s2，后半段路程S3所用時(shí)間t3=t1-t2，得到小車(chē)在斜面后半段路程的平均速度v3.7.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：路段路程運(yùn)動(dòng)時(shí)間平均速度全程s1t1v1上半段s2t2v2下半段s3t3v38.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：（1）小車(chē)沿斜面下滑,運(yùn)動(dòng)越來(lái)越快，小車(chē)做變速運(yùn)動(dòng)。（2）各段路程的平均速度并不相等,上半段的平均速度最小，下半段的平均速度最大，全程的平均速度處在兩者之間:v下>v全>v上.(3)結(jié)果表明：物體做變速運(yùn)動(dòng)的平均速度的大小與路程和時(shí)間有關(guān)。高中物理新知識(shí)、新模型知識(shí)點(diǎn)一測(cè)量平均速度和瞬時(shí)速度1．實(shí)驗(yàn)器材電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或電火花計(jì)時(shí)器)、8V交變電源(電火花計(jì)時(shí)器使用220V交變電源)、復(fù)寫(xiě)紙(或墨粉紙盤(pán))、導(dǎo)線若干、刻度尺、紙帶、坐標(biāo)紙．2．實(shí)驗(yàn)步驟(1)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器獲得3～5條紙帶．(2)選擇一條點(diǎn)跡清晰便于分析的紙帶，測(cè)出紙帶從打第1個(gè)點(diǎn)到打第n個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間Δt.(3)用刻度尺測(cè)量第1個(gè)點(diǎn)到第n個(gè)點(diǎn)間的位移Δx.3．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)測(cè)量平均速度若電源頻率為50Hz，每隔0.1s(或更短)計(jì)算一次平均速度．①在圖中選取紙帶上一點(diǎn)為起始點(diǎn)0，后面每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，分別用數(shù)字1,2,3，…標(biāo)出這些計(jì)數(shù)點(diǎn)；②測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)到起始點(diǎn)0的距離x，記錄在表1中；③計(jì)算兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移Δx，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的時(shí)間Δt；④根據(jù)Δx和Δt計(jì)算紙帶在相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的平均速度v.表1手拉紙帶的位移和平均速度位置01234…x/mΔx/mΔt/sv/(m·s－1)(2)測(cè)量瞬時(shí)速度每隔0.06s計(jì)算一次速度①選取一條點(diǎn)跡清晰便于分析的紙帶；②從紙帶起始點(diǎn)0算起，后面每3個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)；③測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)到起始點(diǎn)0的距離x，記錄在表2中；④計(jì)算兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移Δx，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的時(shí)間Δt；⑤根據(jù)Δx和Δt算出的速度值就可以代表在Δx這一區(qū)間內(nèi)任意一點(diǎn)的瞬時(shí)速度．將算出的各計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度值記錄在表2中．運(yùn)動(dòng)物體在1,2,3,4，…各點(diǎn)的瞬時(shí)速度分別為v1＝eq\f(x1＋x2,2T)，v2＝eq\f(x2＋x3,2T)，v3＝eq\f(x3＋x4,2T)，v4＝eq\f(x4＋x5,2T)，…表2手拉紙帶各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度位置012345…x/mΔx/mΔt/sv/(m·s－1)4．注意事項(xiàng)(1)如果電源頻率為50Hz，在紙帶上數(shù)出了n個(gè)點(diǎn)，那么它們的間隔數(shù)是(n－1)個(gè)，它們的時(shí)間間隔為(n－1)×0.02s.(2)先接通電源再拉動(dòng)紙帶，手拉動(dòng)紙帶時(shí)速度應(yīng)快一些，以防點(diǎn)跡太密集．(3)計(jì)算計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度時(shí)，Δx、Δt應(yīng)取此計(jì)數(shù)點(diǎn)前、后兩個(gè)點(diǎn)之間的位移和時(shí)間，即vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T).知識(shí)點(diǎn)二速度－時(shí)間圖像1．速度－時(shí)間圖像的意義：直觀表示物體運(yùn)動(dòng)的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律．2.速度－時(shí)間圖像的獲得：用橫軸表示時(shí)間t，縱軸表示速度v，建立直角坐標(biāo)系．根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，然后用平滑的曲線把這些點(diǎn)連接起來(lái)，即得到v－t圖像，如圖所示．初、高中物理銜接點(diǎn)1.初中物理中是測(cè)量物體的平均速度，原理方法就是測(cè)出物體在某段時(shí)間內(nèi)通過(guò)的路程和所用的時(shí)間，二者求比值，用到的測(cè)量?jī)x器主要是刻度尺和停表，數(shù)據(jù)處理上主要利用的是列表法求出物體的平均速度，進(jìn)而判斷物體的運(yùn)動(dòng)形式。2.高中物理中探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化規(guī)律的這個(gè)實(shí)驗(yàn)，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，也是測(cè)量小車(chē)的平均速度大小，但是由于用到的計(jì)時(shí)儀器是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，打點(diǎn)的時(shí)間間隔僅僅是0.02s，時(shí)間很短，所以可以把某個(gè)時(shí)間平均速度當(dāng)做是某個(gè)位置點(diǎn)的瞬時(shí)速度，這是它和初中物理中測(cè)物體平均速度這個(gè)實(shí)驗(yàn)的第一點(diǎn)不同；第二點(diǎn)不同就是測(cè)量時(shí)間的儀器不是停表了，二是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，更加精確；第三點(diǎn)不同就是數(shù)據(jù)的處理除了利用列表法以外，還采用了圖像法，通過(guò)描點(diǎn)的方式作出小車(chē)的v-t圖像，通過(guò)圖像可以更加直觀的了解小車(chē)的運(yùn)動(dòng)形式。例題1.(1)在某次實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)選出了一條清晰的紙帶，并取其中的A、B、C…七個(gè)點(diǎn)進(jìn)行研究，這七個(gè)點(diǎn)和刻度尺標(biāo)度對(duì)應(yīng)的位置如圖所示．(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率為50Hz)可求出A點(diǎn)到D點(diǎn)的距離是________cm.(2)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得A點(diǎn)到D點(diǎn)的平均速度是________m/s；B點(diǎn)的瞬時(shí)速度是________m/s.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)答案(1)4.10(2)0.140.13例題2.如圖所示是一條打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，電源頻率為50Hz,0、1、2、3、4、5、6是七個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)．每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0的距離如圖所示．(1)求出2、4計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度并填入表格．v1v2v3v4v5v6數(shù)值/(m·s－1)0.20___0.61___0.700.70(2)在直角坐標(biāo)系中畫(huà)出物體運(yùn)動(dòng)的速度—時(shí)間圖像．(3)根據(jù)圖像定性描述物體的運(yùn)動(dòng)情況．答案(1)0.400.69(2)見(jiàn)解析圖(3)見(jiàn)解析解析(1)由于相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，所以圖中相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.1s，則v2＝eq\f(0.09－0.01,0.1×2)m/s＝0.40m/s，v4＝eq\f(0.228－0.09,0.1×2)m/s＝0.69m/s.(2)根據(jù)(1)表格中數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中描點(diǎn)，然后連線得到v—t圖像如圖所示．(3)從v－t圖像中看出，物體在0～4s內(nèi)做加速運(yùn)動(dòng)，4～6s內(nèi)物體做勻速運(yùn)動(dòng)．例題3.用如圖所示的計(jì)時(shí)裝置可以近似測(cè)出氣墊導(dǎo)軌上滑塊的瞬時(shí)速度．已知固定在滑塊上的遮光條的寬度為4mm，遮光條經(jīng)過(guò)光電門(mén)的遮光時(shí)間為0.04s.(1)則滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度大小為_(kāi)_____m/s.(2)為使eq\f(Δx,Δt)更接近瞬時(shí)速度，正確的措施是______．A．換用寬度更窄的遮光條B．換用寬度更寬的遮光條C．提高測(cè)量遮光條寬度的精確度D．使滑塊的釋放點(diǎn)更靠近光電門(mén)答案(1)0.1(2)A解析(1)v＝eq\f(Δx,Δt)＝eq\f(4×10－3,4×10－2)m/s＝0.1m/s(2)瞬時(shí)速度表示物體在某一時(shí)刻(或經(jīng)過(guò)某一位置時(shí))的速度，當(dāng)Δt→0時(shí)，eq\f(Δx,Δt)可看成物體的瞬時(shí)速度，Δx越小，Δt也就越小，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；提高測(cè)量遮光條寬度的精確度，不能減小Δt，C項(xiàng)錯(cuò)誤；使滑塊的釋放點(diǎn)更靠近光電門(mén)，滑塊通過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度可能更小，時(shí)間更長(zhǎng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤．一、實(shí)驗(yàn)題1．“頻閃照相”常用來(lái)研究物體的運(yùn)動(dòng)。如圖是某小球運(yùn)動(dòng)時(shí)每隔0.1s閃光一次的頻閃照片，A、B、C是小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中連續(xù)的三個(gè)位置。由圖可知小球從A位置運(yùn)動(dòng)到C位置通過(guò)的位移約是________cm，此過(guò)程中小球運(yùn)動(dòng)的平均速度約是________cm/s。

【答案】3.8419.2【解析】[1]刻度尺的讀數(shù)要估讀到分度值的下一位，A所處的位置是3.50cm，C所處的位置是7.34cm，所以A、C間的距離是3.84cm。[2]小球從A運(yùn)動(dòng)到C有兩段間隔，每個(gè)間隔時(shí)間為0.1s，所以小球從A運(yùn)動(dòng)到C所用的時(shí)間是0.2s，此過(guò)程中小球的平均速度2．在“探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，打出的紙帶如圖所示，每?jī)蓚€(gè)相鄰點(diǎn)之間還有4個(gè)打出的點(diǎn)未畫(huà)出。點(diǎn)A對(duì)準(zhǔn)刻度尺0刻線，從刻度尺上讀出B、C、D、E到A點(diǎn)的距離，其中AD兩點(diǎn)間距___________cm，用讀出的數(shù)據(jù)求打出C點(diǎn)時(shí)紙帶的速度大小為_(kāi)__________m/s（保留三位有效數(shù)字，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50Hz）。

【答案】5.82/5.83/5.84/5.850.231/0.232/0.233【解析】[1]AD兩點(diǎn)間距[2]相鄰兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔T=0.1s，打出C點(diǎn)時(shí)紙帶的速度大小為3．（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是利用______（填“直流”或“交流”）電源進(jìn)行的計(jì)時(shí)儀器，若電源頻率為，則它們每隔______秒打一個(gè)點(diǎn)，其中電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電壓為_(kāi)_____伏；（2）某同學(xué)在“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度”的實(shí)驗(yàn)中，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄了被小車(chē)拖動(dòng)的紙帶的運(yùn)動(dòng)情況，在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。其相鄰點(diǎn)間的距離如圖所示，每個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出。

①接通電源與讓紙帶（隨物體）開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)操作的時(shí)間關(guān)系應(yīng)當(dāng)是______；A．先接通電源，再釋放紙帶B．先釋放紙帶，再接通電源C．釋放紙帶的同時(shí)接通電源D．不同的實(shí)驗(yàn)要求不同②紙帶上每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔是______s；③試根據(jù)紙帶上各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，計(jì)算出打下B、C、D、E、F，5個(gè)點(diǎn)時(shí)小車(chē)的瞬時(shí)速度，下表已給出B、D、E、F點(diǎn)的速度，請(qǐng)將求出C點(diǎn)速度并填入下表______：數(shù)值/（）0.4000.5600.6400.721（3）將B、C、D、E、F各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度標(biāo)在直角坐標(biāo)系中，并在圖中畫(huà)出小車(chē)的瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線______；

（4）根據(jù)畫(huà)出的速度時(shí)間圖象可求得物體的加速度為_(kāi)_____，打下A點(diǎn)時(shí)速度為_(kāi)_____?！敬鸢浮拷涣?.02220A0.1/0.100.479

【解析】(1）[1][3]打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電源為交流電源；電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電壓為220伏。[2]已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為，則紙帶上打相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為。（2）[4]在具體使用時(shí)，為了提高紙帶的利用率，同時(shí)也是為了使打點(diǎn)更穩(wěn)定，操作中要求先接通電源開(kāi)始打點(diǎn)，然后釋放紙帶。故選A。[5]每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，所以相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔[6]根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的速度等于該過(guò)程中的平均速度得（3）[7]將B、C、D、E、F各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度標(biāo)在直角坐標(biāo)系中，畫(huà)出小車(chē)的瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線如下圖：

（4）[8]圖像的斜率表示加速度[9]圖像的縱截距表示打下A點(diǎn)的速度，故4．（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是利用______（填“直流”或“交流”）電源進(jìn)行的______儀器，若電源頻率為50Hz，則它們每隔______秒打一個(gè)點(diǎn)。（2）在“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到表示小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的一條清晰紙帶，紙帶上每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出。其中，，，，，。

①實(shí)驗(yàn)記錄的s1、s2、s3、s4、s5、s6六組數(shù)據(jù)中記錄有誤的數(shù)據(jù)是______。（用數(shù)據(jù)前的符號(hào)表示，該數(shù)據(jù)不影響后面的計(jì)算結(jié)果）②小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度的大小是______（結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后面兩位）③利用以上數(shù)據(jù)可求得A點(diǎn)的瞬時(shí)速度大小為_(kāi)_____（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）【答案】交流計(jì)時(shí)0.02s33.500.48【解析】（1）[1][2][3]打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是利用交流電源進(jìn)行計(jì)時(shí)的儀器，若電源頻率為50Hz，則它們每隔秒打一個(gè)點(diǎn)。（2）①[4]刻度尺的最小刻度為1mm，要估讀一位，所以讀數(shù)都2位小數(shù)，所以數(shù)據(jù)中記錄有誤的數(shù)據(jù)是s3。②[5]相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔為小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度的大小為③[6]A點(diǎn)的瞬時(shí)速度大小為6．某次實(shí)驗(yàn)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電的頻率為50Hz，紙帶的記錄如圖所示，圖中O點(diǎn)為紙帶的第一個(gè)點(diǎn)，接下來(lái)的前幾個(gè)點(diǎn)模糊，因此從A點(diǎn)開(kāi)始每打五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)：（1）推測(cè)紙帶的運(yùn)動(dòng)是加速運(yùn)動(dòng)還是減速運(yùn)動(dòng)_________；（2）B點(diǎn)的瞬時(shí)速度為_(kāi)________?！敬鸢浮考铀龠\(yùn)動(dòng)0.252m/s【解析】（1）[1]從O點(diǎn)開(kāi)始，紙帶上的點(diǎn)跡越來(lái)越疏，說(shuō)明物體運(yùn)動(dòng)的速度越來(lái)越大，即物體做加速運(yùn)動(dòng)；（2）[2]B點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，即7.如圖所示的A、B、C三條紙帶，是某同學(xué)練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)得到的紙帶(紙帶的左端連接小車(chē))，電源頻率為50Hz.(1)從點(diǎn)跡的分布情況可以斷定：紙帶________是勻速通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的，紙帶________是越來(lái)越快的，紙帶________是開(kāi)始越來(lái)越快，后來(lái)又越來(lái)越慢的．(均填“A”“B”或“C”)(2)圖中紙帶C是舍去前面比較密的點(diǎn)，從0點(diǎn)開(kāi)始，每5個(gè)連續(xù)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，標(biāo)以1,2,3,4,5，…那么相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為_(kāi)_____s．各計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離如圖中所示，則小車(chē)通過(guò)“1”計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度v1＝______m/s，通過(guò)“3”計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度v3＝________m/s.(后兩空結(jié)果均