第1节试验探究小车速度随时间变换的规律

1、第二章匀变速直线运动的研究课标要求1、通过实龄,探究匀变竦白族运动的特点，朦用公式、图像等方法掰本匀变读白线运动.理解匀变速白线运6的规律.能运用其解决买际问现，2、通过实验.认识自由落体运动现结合物理学史的桐关内容从E物理实验与科学推理在物理学研究中的作用-第1节实验：探究小车速度随时间变化的规律1 .进一步练习使用打点计时器，通过打出的纸带测量瞬时速度。2 .通过实验获取数据，利用图像处理实验数据。3 .通过数据分析得出小车速度随时间变化的规律。二、实验设计1 .实验方案：如图所示，把一端带有滑轮的长铝板平放在实验桌上，铝板上放一小车，小车一端连接穿过打点计时器的纸带，另一端连接绕过滑轮系

2、有槽码的细纯。小车在槽码的牵引下运动，通过研究纸带上的信息，探究小车的速度随时间的变化规律。2 .实验原理(1)计算瞬时速度使用毫米刻度尺测量每个计数点与第一个计数点间的距离，得出每相邻两个计数点间的距离AX1、及2、侬3,如图所示。由于各计数点的时间间隔比较短,可以用平均速度来代替瞬时速度。即AX2+Ax1/X2+Ax3V1=2T，2t，卜U+&广一一-3-一Arf-1(2)根据vt图像判断速度的变化规律用描点法可作出小车的vt图像，根据图像的形状可判断小车的运动性质。利用v-t图线的斜率可求出小车的加速度。3 .实验器材电磁打点计时器（或电火花计时器）、复写纸、导线、一端附有定滑轮

3、的长铝板、小车、纸带、细纯、槽码、刻度尺、交流电源、坐标纸三、实验步骤1 .如图所示，把附有滑轮的长铝板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长铝板上没有滑轮的一端，连接好电路。电源抽头2 .把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上槽码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面。3 .把小车停在靠近打点计时器处，启动计时器，然后释放小车,定先接通电源，后释放小车让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列小点，随后关闭电源。4 .增减所挂槽码的个数（或在小车上放置重物），换上新的纸带，按以上步骤再做两次实验。四、数据处理1.瞬时速度的计算（1）从几条纸带中选

4、择一条点迹最清晰的纸带，舍掉开始纸带的选取一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个点，作为计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标明0、1、2、3、4、如图所示。位置123456长度X1X2X3X4X5X6各段长度0213243546一时间问隔一v/(ms1)一(2)依次测出01、02、03、04、的距离xi、x2、x3、X4、，填入表中(3)1、2、3、4、各点的瞬时速度分别为:X2X3XiX4X2vi=亓V2=2T、V3=2TX5X3V4=一亓一。将计算得出的各点的速度填入表中。1 4)根据表格中的数据，分析速度随时间变化的规律。2 .作出小车运动的v-t图像(1)定标度：坐标轴的

5、标度选取要合理，应使图像大致分布在坐标平面中央。(2)描点：描点时要用平行于两坐标轴的虚线标明该点的位置坐标。(所描的点一般用“标明)在描点时最好用坐标纸，使图线占据坐标平面的大部分面积。(3)连线：画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点舍去，如图所示。(4)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律。3 .求解加速度一一一一，凶根据所回vt图像的斜率,求出小车运动的加速度a=计算小车的加速度时，应选取相距较远的两点，可以减小误差五、误差分析1 .根据纸带测量的位移有误差。2 .作vt图像不准确有误差。3 .铝板的不同部位粗糙程度不完全相

6、同。六、注意事项1 .开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。2 .先接通电源，等打点稳定后，再释放小车。3 .打点完毕，应立即断开电源。4 .牵引小车的槽码个数要适当，以免加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小，而使各段位移差别不大，误差增大。5 .要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个计时点取一个计数点，若电源频率为50Hz,则时间间隔T=0.146 .在坐标纸上画v-1图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像尽量分布在较大的坐标平面内。核心探究i；突破校心要煮要点1实验原理和实验操作例1在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，(1)实验室提供了以

7、下器材：电火花计时器、一端附有滑轮的长铝板、小车、纸带、细纯、槽码、刻度尺、交流电源、停表、弹簧测力计。其中在本实验中不需要的器材是。(2)按照实验进行的先后顺序，将下述步骤的代号填在横线上。A.把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面B.把打点计时器固定在铝板没有滑轮的一端，并连好电路C.换上新的纸带，再重做两次实验D.把长铝板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面E.使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动F.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的槽码G.断开电源，取出纸带解析(1)本实验需要测量的物理量是位移和时间，用打点计时器打出的纸带上的点就可以算出时间，用刻度

8、尺可以测出两点间的距离，因此，不需要弹簧测力计和停表（2）根据实验的步骤，正确的顺序应为DBFAEGC答案（1）弹簧测力计、停表（2）DBFAEGC针对训练1如图甲所示的（图中长铝板水平固定）是高中物理常用的力学实验装置，现用该装置完成“探究小车速度随时间变化的规律”。甲（1）图乙中的实验照片是否有实验错误、不合理或不必要之处？若存在问题，请指明问题所在照片AI电源独蓄电池）（2）下列哪些措施能有助于减小实验的误差A.选用输出电压稳定性更佳的恒定电源B.选用输出电压变化周期更稳定的交流电源C.调节滑轮高度，使拉线与长铝板平行D.实验中满足槽码质量m远小于小车的质量ME.实验前先平衡小车与铝板间

9、的摩擦力解析（1）照片A:实验有错误之处，选用蓄电池作为电源。照片B:实验有不合理之处，小车起始点离打点计时器过远（2）选用输出电压稳定性更佳的恒定电源，打点计时器不能计时，A错误；选用输出电压变化周期更稳定的交流电源可使打点周期稳定，减小误差，B正确；调节滑轮高度，使拉线与长铝板平行，可减小误差，C正确；测定小车的速度不需要满足槽码的质量m远小于小车的质量M,也不需要实验前先平衡小车与铝板间的摩擦力，D、E错误答案（1）见解析（2）BC(1)计算D、C、B各点的瞬时速度，vd=m/s,vc=m/s,要点2实验数据处理例2在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图所示为记录小车运动情况的

10、一条纸带,图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间的时问间隔T=0.1s。m和单门力El105.60m/svb=在如图所示坐标系中作出小车的vt图像，并根据图像求出a=解析(1)若时间较短，平均速度可以代替某点的瞬时速度。D点的瞬时速度vd=等=cm/s=390cm/s=3.90m/s2I2XU.1c点的瞬时速度vc=xBD=-cm/s=264cm/s=2.64m/s212XU.1B点的瞬时速度vB=xAC=0276cm/s=138cm/s=1.38m/s212XU.1(2)由(1)中数据作出小车的vt图像如图所示,由图线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）图见解析12.6m/S2方法凝炼由纸带求加速度的方法如图所示的纸带各计数点1、2、3、4、5、所对应的速度分别是V1、V2、V3、V4、V5、，T为计数点间的时间问隔。fIS456J"上打上"、一马大.卜八彳.（1）图像法由多组数据描绘出Vt图像，Vt图像中直线的斜率即为物体运动的加速度。此法有利于减小偶然误差，并能剔除误差较大的数据。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从结果看，真正参与运算的只有V1和Vn+1,中间各点的瞬时速度在运算中都未起作用，一般不用此方法。针对训练2某同学利用图（a）所示的实验装置探究物块速度随时间的变化。物块放在桌面上，细纯的一端与物块相连，另一端跨过滑轮挂上钩码。打点计时器固定在桌面左端，所用交流电源频率为50Hz。纸带穿过打点计时器连接在物块上。启动打点计时器，释放物块，物块在钩码的作用下拖着纸带运动。打点计时器打出的纸带如图（b）所示（图中相邻两点间有4个点未画出）。册带物堆施下2rs(n)fA单位CUIw-l.ftl-i-G,i»'HAIU1n/»|IIIVI*(b)根据实验数据分析，回答下

13、列问题：(1)在打点计时器打出B点时，物块的速度大小为m/s。在打出D点时,物块的速度大小为m/s；(保留2位有效数字)(2)物块的加速度大小为m/s2。(保留2位有效数字)解析(1)根据纸带上某点的瞬时速度等于一小段时间内的平均速度，所以XAC0.0461+0.0659vb=万=0-2m/s=0.56m/s,XCE0.0861+0.1061vd=万=0-2m/s=0.96m/so(2)根据a=V21丫，代入数据整理可得a=2.0m/s2。答案(1)0.560.96(2)2.0学习评价反情深堂姓果|-HIILI；1 .(多选)下列关于打点计时器的说法中正确的是()A.电磁打点计时器是利用振针上

14、下振动，通过复写纸在纸带上留下一行小点B.电火花计时器是利用火花放电的原理来工作的C.我国中学实验室中的打点计时器直接接到实验台上的插座上使用，这种打点计时器是电磁打点计时器D.从减小纸带运动中所受阻力的角度考虑，选电火花计时器较电磁打点计时器好解析根据电磁打点计时器和电火花计时器的构造知，选项A、B正确；电火花计时器由于利用的是火花放电的原理来工作的，使用时摩擦较电磁打点计时器的小，选项D正确；我国使用的是220V交流电，所以直接接到实验台上的插座上使用的打点计时器应该是电火花计时器，选项C错误。答案ABD2 .下列实验过程中正确使用打点计时器的步骤顺序是（）启动电源，用手水平拉动纸带，纸带

15、上就打出一行小点关掉电源取下纸带，从能够看清的某个点开始，往后数若干个点，如果数出n个点，这些点划分出的间隔数是（n1）,由此计算出纸带从第1个点到第n个点的运动时间把纸带装好了解打点计时器的结构，然后把它固定的桌子上用刻度尺测量出从第1个点到第n个点的距离A.B.C.D.解析进行实验前应充分了解打点计时器的结构和工作原理，并安装好打点计时器，在接通电源前，要将纸带装好，实验开始时应先接通电源，等打点计时器工作稳定后再拉动纸带，打点结束后，应立即关闭电源以保护打点计时器，将纸带与打点计时器分离后，进行纸带的处理，故选项A正确。答案A3 .“利用电火花计时器研究小车速度随时间变化的规律”的实验中

16、。（1）下述器材中不需要的是（用代号表示）。220V交流电源；电火花计时器；秒表；小车；带滑轮的长铝板；纸带；天平；刻度尺（2）如图所示是某同学实验时得到的一条纸带（实验中交流电源的频率为50Hz）,依照打点的先后顺序取计数点1、2、3、4、5、6、7,相邻两计数点间还有4个点未画出，测得X1=1.42cm,X2=1.91cm,X3=2.40cm,X4=2.91cm,X5=3.43cm,X6=3.92cm。打计数点2时纸带的速度大小V2=m/s（保留2位有效数字）；如果当时电网中交流电的频率f=49Hz,而做实验的同学并不知道，那么由此引起速度的测量值比实际值偏（选填“大”或“小”）。解析(1

17、)电火花计时器使用220V的交流电源，可以直接记录时间，不需要秒表。在该实验中，不需要测量质量，所以不需要天平。故不需要的器材为(2)打计数点2时纸带的瞬时速度为xi+x2(1.42+1.91)X10-X2410.0X10解析丫3=齐=m/s=0.50m/s212X0.1v2=2T=0-2m/s=0.17m/so如果当时电网中交流电的频率f=49Hz,则实际的打点周期大于0.02s,而进行计算时仍用0.02s,所以速度的测量值比实际值偏大。答案（1）（2）0.17大4 .一个物体拖动纸带运动，获得打点计时器打出的一段纸带如图所示，每两个计数点之间的时间间隔为0.1s,打点计时器打下计数点3时物

18、体的瞬时速度为;打点计时器打下计数点4时物体的瞬时速度为;物体的加速度为。_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 .如图所示，某同学在做“研究小车速度随时间变化的规律”的实验中，由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点的时间问隔为T=0.10s,其中xi=7.05cm,x2=7.68cm、x3=8.33cm、x4=8.95cm、x5=9.61cm、x6=10.26cm。(1)求计数点3处的瞬时速度的大小;(保留2位(2)作出小车运动的速度一时间图像，由图像求小车运动的加速度有效数字)解析(1)计数点3的瞬时速度V3=X3+X4-=2T(8.33+8.95)X10-22X0.10m/s=0.86m/s,(2)同理可求_2X1+X2(7