§2.1探究小车速度随时间变化规律.doc

2008-2009学年度高一物理必修1活动单2.1实验：探究小车速度随时间变化规律活动一、预习并思考下列问题1怎样提供和测量物体所受的恒力2怎样测量物体在某时刻的速度这三个实验的典型装置为如例1中的图（a）所示。钩码的重力提供了使小车做匀加速度直线运动的恒力，如果可以认为钩码的重力等于小车所受到的合力，则必须使m钩码M小车，并垫高长板的右端以平衡摩擦力。在处理纸带时两个计数点间的平均速度等中间时刻的瞬时速度。有时候可以使物体沿光滑的斜面运动或滑块沿着倾斜的气垫导轨运动，重力沿斜面向下的分力提供了实验所需要的恒力；可用光电门来测量物体的速度（遮光条的宽度d除以遮光时间t）3怎样处理实验数据实验的考查的重点通常是如何这图象的方法来处理实验数据，一般要求考生作出直线，通过直线来讨论实验结果或计算未知物理量。例如做出aF图象、a1/m图象、v2W图象等等。活动二、实验交流例1：某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，图（a）为实验装置简图。（交流电的频率为50Hz）纸带小车电源插头电火花计时器纸带运动方向v6.196.707.217.72单位：cm图（b）图（a）Oa图（c）（1）图（b）为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为_m/s2。（保留二位有效数字）（2）保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的1/m，数据如下表：实验次数12345678小车加速度a/ms21.901.721.491.251.000.750.500.30小车质量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67根据上表数据，为直观反映F不变时a与m的关系，请在图c方格坐标纸中选择恰当物理量建立坐标系，并作出图线（如有需要，可利用上表中空格）（3）保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图线如图（c）所示。该图线不通过原点，其主要原因是_。例2：实验室给同学们提供了如下实验器材：滑轮小车、小木块、长木板、秒表、砝码、弹簧秤、直尺，要求同学们用它们来粗略难证牛顿第二定律。（1）实验中因涉及的物理量较多，须采用控制变量的方法来完成该实验，即：先保持_不变，验证物体_越小加速度越大；再保持_不变，验证物体_越大，加速度越大。（2）某同学的做法是：将长木板的一端放在小木块上构成一斜面，用小木块改变斜面的倾角，保持滑轮小车的质量不变，让小车沿不同倾角的斜面由顶端无初速释放，用秒表记录小车滑到底端的时间。试回答下列问题：改变斜面倾角的目的是_；用秒表记录小车下滑相同距离（从斜面顶端到底端）所花的时间，而不是记录下滑相同时间所对应的下滑距离，这样做的好处是_。（3）如果要较准确地验证牛顿第二定律，则需利用打点计时器来记录滑轮小车的运动情况。某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，并在其上取了O、A、B、C、D、E、F共7个计数点（图中每相邻两个记数点间还有四个打点记时器打下的点未画出），打点计时器接的是50HZ的低压交流电源。他将一把毫米刻度尺放在纸上，其零刻度和记数点O对齐。012345678910cmOABCDEF下表是某同学从刻度尺上直接读取数据的记录表，其中最后两栏他未完成，请你帮他完成线段OA数据（cm）由以上数据可计算出打点计时器在打A、B、C、D、E各点时物体的速度，其中打E点的速度vE=_m/s（取三位有效数字）如某同学已求得A、B、C、D四点的瞬时速度分别为0.078m/s、0.12m/s、0.16m/s、0.20m/s。试根据发上数据和你求得的E点速度在右面所给的坐标中，作出v-t图象。要求标明坐标及其单位，坐标的标度值（即以多少小格为一个单位）大小要取得合适，使作图和读数方便，并尽量充分利用坐标纸。从图象中求得物体的加速度a=_m/s2（取两位有效数字）。若交流电的频率略大于50Hz，测得的加速度比真实值_。（填“偏小”或“偏大”）例3：与打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况时的常用计时仪器，如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置。现利用如图乙所示的装置验证机械能守恒定律。方法是：在滑块上安装一遮光板，把滑块放在水平放置的气垫导轨上，通过跨过定滑轮的细绳与钩码相连，连接好1、2两个光电门，在图示位置释放滑块后，光电计时器记录下滑块上的遮光板先后通过两个光电门的时间分别为Dt1、Dt2。已知滑块（含遮光板）质量为M、钩码质量为m、两光电门间距为S、遮光板宽度为L、当地的重力加速度为g。ab显示屏光电门光电计时器光电门1光电门2 气垫导轨滑块乙遮光板甲（1）用游标卡尺测量遮光板宽度，刻度如图丙所示，读数为_mm；（2）计算滑块先后通过两个光电门时的瞬时速度的表达式为：（用题中给定字母表示）v1_、v2_；（3）本实验中，验证机械能守恒的表达式为 。（用题中给定字母表示）01201020102丙【强化训练】1. （）在练习使用打点计时器的实验中，当纸带与运动物体连接时，下列关于纸带上的点迹的说法中，哪些是正确的是A点迹记录了物体的运动时间B点迹记录了物体在不同时刻的位置C点迹在纸带上的分布情况，反映了物体的重力大小D点迹在纸带上的分布情况，反映了物体的运动情况2. （）在“探究加速度与力、质量关系”的实验中：某小组的几位同学在讨论制定实验方案时分别提出以下几点意见，你认为不正确的是A实验中一定要测出加速度的具体数值B实验中也可不测加速度的具体数值，只要测出不同情况下加速度的比值就行了 C若要验证“加速度与力的平方成正比”这一猜想，在作图线时最好以F2为横坐标D不管是在探究加速度与力的关系时还是在探究加速度与质量关系时，所要测量的物理量都是3个3. （）在探究功与物体速度变化关系的实验中，甲、乙两位同学的实验操作均正确。甲同学根据实验数据作出了功和速度的关系图线，即Wv图，如图甲，并由此图线得出“功与速度的平方一定成正比”的结论。乙同学根据实验数据作出了功与速度平方的关系图线，即Wv2图，如图乙，并由此也得出“功与速度的平方一定成正比”的结论。关于甲、乙两位同学的分析，你的评价是A甲的分析不正确，乙的分析正确B甲的分析正确，乙的分析不正确C甲和乙的分析都正确D甲和乙的分析都不正确4. （）（2007北京理综-16）为研究影响家用保温瓶保温效果的因素，某同学在保温瓶中灌入热水，现测量初始水温，经过一段时间后再测量末态水温。改变实验条件，先后共做了6次实验，实验数据记录如下表：序号瓶内水量（mL）初始水温（）时间（h）末态水温（）11000914782100098874315009148041500981075520009148262000981277下列研究方案中符合控制变量方法的是A若研究瓶内水量与保温效果的关系，可用第1、3、5次实验数据B若研究瓶内水量与保温效果的关系，可用第2、4、6次实验数据C若研究初始水温与保温效果的关系，可用第1、2、3次实验数据D若研究保温时间与保温效果的关系，可用第4、5、6次实验数据5. 从图中读出球的直径是_mm。0 10 20cm123010200123cm6. 打点计时器是一种使用_流电源的_仪器，它的工作电压为 _V。当电源频率为50Hz时，它每隔_s打一次点。7. 某小组在“探究加速度与力、质量关系”的实验中，得到了如下一组实验数据：F/N0.1960.2940.3920.490a（ms2）F（N）0.588a/（ms-2）0.250.580.901.201.53 请在图示的坐标中画出aF的图线。从图中可以发现实验操作中存在的问题可能是_（填字母序号）A实验中没有平衡摩擦力B实验中摩擦力平衡不够C实验中摩擦力平衡过度D实验中小车质量发生变化纸带小车电源插头电火花计时器8. 在探究加速度与力、质量的关系实验中，要采用控制变量法来进行研究，实验装置如图所示。在实验中，要把平板右端垫高一些，以平衡摩擦力，使小车受到合力等于绳对小车的拉力，且认为绳的拉力等于砂和桶的总重力mg。（小车的总质量为M，重力加速度为g）（1）对于本实验，以下说法中正确的是_A砂和桶的总质量m要远大于小车的总质量MB每次改变小车质量后，需要重新平衡摩擦力C小车的加速度可用a=mg/M求解D为了形象直观探究小车加速度a与小车总质量M的关系，应做出a1/M图象（2）如图，是该实验中得到的一条较理想的纸带，O点是打上去的第1个点，且此时小车刚开始运动，打相邻两个点的时间间隔为T，有关长度在图中已标明。也可以用这条纸带验证“动能定理”，从打下起始点O到打下C点的过程中，合外力对小车所做的功W=_；该小车动能的变化量DEk=_，若在误差允许的范围内满足W=DEk，则动能定理得证。（结果用所给字母表示）s0s1s2OABCDE9. 如图1所示，打点计时器固定在斜面的某处，让一滑块拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下。图2是某同学实验时打出的某条纸带的一段。打点计时器纸带lh图1ABCOD8.338.959.61（单位：cm） 图2（1）已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，利用该纸带中测出的数据可得滑块下滑的加速度大小a = _ m/s2。（2）打点计时器打B点时，滑块的速度大小vB = _ m/s。 （3）为了测出滑块与斜面间的摩擦力，该同学已经测出斜面的长度l及高度h，他还需要测量的物理量是 _ ，利用测得的量及加速度a表示摩擦力的大小f = _。10. 某活动小组欲探究光滑斜面上物体下滑的加速度与物体质量及斜面倾角是否有关系。实验室提供如下器材：A表面光滑的长木板（长度L）； B小车； C质量为m的钩码若干个； D方木块（备用于垫木板）； E米尺； F秒表。（1）实验过程：第一步，在保持斜面倾角不变时，探究加速度与质量的关系。实验中，通过向小车放入钩码来改变物体质量，只要测出小车由斜面顶端滑至底端用时t，就可以由公式a=_求出a，某同学记录了数据如下表所示：根据以上信息，我们发现，在误差范围内质量改变之后平均下滑用时_（填“改变”或“不改变”），经过分析你得出加速度和质量的关系为_。第二步，在物体质量不变时，探究加速度与倾角的关系。实验中通过改变方木块垫放位置来调整长木板倾角，由于没有量角器，我们可以测量出木板顶端到水平面高度h，则倾角的正弦值sin=h/L。某同学记录下高度h和加速度a如下表：L (m)1.00h (m)0.100.200.300.400.50sin=h/L0.100.200.300.400.50a (m/s2)0.9701.9502.9253.9104.900请先在坐标纸上建立适当的坐标轴后描点作图，然后根据你所作的图线求出当地的重力加速度g=_。进一步分析可知，光滑斜面上物体下滑的加速度与倾角的关系为_。（2）该探究小组所采用的探究方法是_。11. 在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”活动中，某小组设计了如图甲所示的实验装置，图中上下两层水平轨道表面光滑。两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，然后同时停止。（1）在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使_；在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量_小车的质量。（选填“远大于”、“远小于”、“等于”）（2）本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是因为_。01222324ABcm控制装置细线小车I小车II滑轮砝码与砝码盘甲乙（3）实验中获得数据如下表所示：实验次数1234小车IIIIIIIIIIII拉力F/N0.10.20.20.30.30.40.40.5位移s/cm46.5129.0443.6341.1644.8036.4345.56在第1次实验中小车I从图乙中的A点运动到B点，请将测量结果填到表中的空格处。通过分析可知表中第_次实验数据存在明显错误，应舍弃。12. 现要验证“当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量成反比”这一物理规律。给定的器材如下：一倾角可以调节的长斜面（如图）、小车、计时器一个、米尺、天平、砝码、钩码若干。实验步骤如下（不考虑摩擦力的影响），在空格中填入适当的公式或文字。A1A2（1）用天平测出小车的质量m（2）让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑到斜面底端A2，记下所用的时间t。（3）用米尺测量A1与A2之间的距离s。则小车的加速度a_。（4）用米尺测量A1相对于A2的高度h。则小车所受的合外力F_。（5）在小车中加钩码，用天平测出此时小车与钩码的总质量m，同时改变h，使m与h的乘积不变。测出小车从A1静止开始下滑到斜面底端A2所需的时间t。请说出总质量与高度的乘积不变的原因_。（6）多次测量m和t，以m为横坐标，t2为纵坐标，根据实验数据作图。如能得到一条_线，则可验证“当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量成反比”这一规律。13. 某班级几个同学组建了一个研究性学习小组，要“研究汽车的停车距离与速度之间的关系”同学们先提出两种假设：第一种是“汽车的停车距离与速度成正比”；第二种是“汽车的停车距离与速度的平方成正比”后来经过简单的理论论证他们排除了第一种假设；为了进一步论证他们的第二个假设，同学们来到了驾校，在驾校老师的指导下，他们首先认识到在概念上有“停车距离”与“刹车距离”之分，停车距离应包括“反应距离”和“刹车距离”，“反应距离”指司机得到停车指令到做出停车操作的过程中车运动的距离然后，同学们作了对比研究，在驾驶员的配合下他们在驾校的训练场得到了如下的数据：行驶速度v（m/s）反应距离d1（m）刹车距离d2（m）停车距离d3（m）118101816122032201534492518506829227092（1）同学们排除第一种假设的理论依据是：_（2）在下列坐标纸中依据上面的数据分别描出三种距离随行驶速度的关系图象，并对应用“1”、“2”、“3”标识（3）根据图线的走向判断反应距离随行驶速度的变化关系是：_（4）从图象中同学们并不能明显得到刹车距离与行驶速度之间的关系，你认为对数据处理应作何改进：_v/ms1d/m01020304050607080901004812816820824828814. 某兴趣小组研究一遥控电动小车，进行了如下实验：用天平测出电动小车的质量为0.4kg,将电动小车、纸带和打点计时器按如图甲所示安装；接通打点计时器（其打点周期为0. 02s）；使电动小车以额定功率加速运动，达到最大速度一段时间后关闭小车电源，待小车静止时再