实验：探究小车速度随时间变化的规律+导学案 高一上学期物理人教版（2019）必修第一册+

实验：探究小车速度随时间变化的规律一、自主学习【实验目的】：1、了解电磁打点计时器和电火花打点计时器的基本构成，知道打点计时器的计时原理，并学会使用打点计时器。2、通过实例学会根据纸带上的点分析小车的运动性质。3、通过实例学会根据纸带上的点分析打点计时器打各点时的瞬时速度。4、通过实例学会根据纸带上的点求小车的加速度。【实验原理】：1、利用打出的纸带上记录的数据，以寻找小车速度随时间变化的规律。2、如果纸带上点之间的间隔均匀，则说明与纸带相连的物体作运动。若x为相邻两点之间的距离，T为打点周期，则物体速度的大小为v=。3、用x1、x2、x3、……表示相邻两点间的距离，若△x＝x2－x1＝x3－x2＝……＝恒量，即连续相等的时间间隔内物体的位移之差为恒量，则说明与纸带相连的物体的运动为运动。4、由纸带求作匀变速运动的物体的瞬时速度的方法：。5、由纸带求作匀变速运动的物体的加速度：（1）用“逐差法”求加速度：即根据（T为相邻两计数点间的时间间隔）求出、、，再求a1、a2、a3的平均值即为物体运动的加速度。（2）用v－t图法求加速度：作匀变速运动的物体在某段时间内的平均速度，等于物体在该段时间中间时刻的即时速度。求出各计数点对应的小车的速度，作出v－t图线，图线的斜率即为物体运动的加速度。【实验器材】：电火花打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、小车、钩码、细线、墨粉纸盘、刻度尺。【打点计时器】1、打点计时器是一种记录、的仪器。使用的是电，电源的频率为Hz，每隔s打一个点。2、电磁打点计时器与电火花计时器的对比工作电源打点原理误差电磁打点计时器电火花计时器【实验步骤】：1、把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。2、把一条细线拴在小车上，使细线跨过滑轮，下边挂上合适的。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，接通后，放开，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一行小点，随后立即关闭电源。换上新纸带，重复实验二次。4、从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头比较密集的点迹，在后边便于测量的地方找一个点做计时起点。为了测量方便和减少误差，通常不用每打一次点的时间作为时间的单位，而用每打五次点的时间作为时间的单位，就是T=0.02s×5=0.1s。在选好的计时起点（第1点）下面标明O，在第6点下面标明A，在第11点下面标明B……，点A、B、C……叫做计数点，两个相邻计数点间的距离分别是x1、x2、x3……填入下表。最后求得平均值。x1x2x3x4x5x6用逐差法计算加速度的值，a=m/s2。5、计算出各计数点对应的瞬时速度，以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系，做出图像，求得图线的斜率即为运动物体的加速度。【注意事项】：开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。先接通电源，计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源。要防止钩码落地及小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时用手按住它。4、牵引小车的钩码个数要适当，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无多大差别，从而使误差增大。加速度的大小以能在60cm长的纸带上清楚地取得六七个计数点为宜。一定要区别计时器打出的自然点和人为选取的计数点。一般在纸带上每5个自然点取一个计数点，间隔为0.1s。二、针对练习1．在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，下列做法不能减小实验误差的是（

）A．选取计数点，把每打五个点的时间间隔作为一个时间单位B．使小车运动的加速度尽量小些C．舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰、点间间隔适当的一部分进行测量、计算D．选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验2．在实验中，利用纸带上的数据得出各计数点的瞬时速度后，以速度v为纵轴，以时间t为横轴建立直角坐标系。某次实验中某同学描出的点如图所示。在直角坐标系上一共描出了10个点。下列思考有道理的是（）①这10个点无论如何也不在一条直线上，因此小车运动的v-t图线不可能为一条直线，而应为一条光滑的曲线②这10个点中有6个点虽然不在一条直线上，但它们在一条直线附近，只有F和B两点离这条直线太远③在8个点当中只有4个点能画在一条直线上（A、D、G、I），有6个点不在该直线上，这条直线肯定不能表示小车运动的规律④与直线偏差较小的点（C、E、H、J）可能是实验误差造成的，而与直线偏离较大的点（B、F）则可能是实验中出现错误造成的A．①③ B．②④ C．①② D．③④3．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法正确的是（

）A．通过调节滑轮的高度，使小车、纸带、细绳和定滑轮上边缘在一条水平线上B．坐标轴的单位长度越小越好C．开始打点前要先接通电源后释放小车，打完点后要先断开电源后取纸带D．槽码的质量越大越好4．下图所示是_____计时器（填“电磁”或“电火花”），其工作时使用______（选填“交变”或“直流”）电源，工作电压为______V，当电源的频率是50Hz时，每隔_____s打一次点。下列用一条纸带穿法正确的是______（填A或者B）5．（1）使用电磁打点计时器时，应将计时器接到______A．直流电源上

B．交流电源上

C．直流、交流电源均可（2）如图，使用电火花打点计时器来分析木块拖动纸带运动情况，如下基本步骤中，正确的排列顺序为：______A．安装好纸带

B．把电火花打点计时器固定在桌子上C．松开纸带让小车带着纸带运动开始打点

D．接通220V电源E．关闭电源，取下纸带6．在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中：（1）图1中打点计时器乙的工作电压为_______（填“交流”或“直流”）_______V。若提供的实验器材中同时有甲、乙两个打点计时器，优先选用_______（填“甲”或“乙”）。（2）下列操作中正确的有_______。A．在释放小车前，小车要靠近打点计时器B．打点计时器应放在长木板有滑轮的一端C．应先接通电源，后释放小车D．跨过滑轮所吊重物越重越好，可以减小阻力的影响（3）小兰同学打出的一条纸带如图2所示，为在纸带上所选的计数点，相邻计数点间的时间间隔为0.1s，则实验时纸带的_______端是和小车相连的（选填“左”或“右”）。打点计时器打下C点时小车的速度大小为_______m/s（结果保留两位有效数字）。7．（1）常用的打点计时器有电磁式和电火花式两种，它们都必须使用______（填“直流”或“交流”）电源才能工作，电火花打点计时器的工作电压为______V；如果使用的电源频率为，则打相邻两点的时间间隔为______s；（2）在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列做法正确的是_____；A．先使纸带运动，再接通电源B．先接通电源，再使纸带运动C．将接好纸带的小车停在靠近滑轮处D．将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处（3）某次实验打点计时器使用的交流电的频率为，纸带的记录如图所示，图中O点为纸带的第一个点，接下来的前几个点模糊，因此从A点开始每打五个点取一个计数点：推测纸带的运动是______运动；（填“加速”或“减速”或“匀速”）在打出A、F这两点的时间间隔中，纸带运动的平均速度是______；B点的瞬时速度为______。8．某同学利用如图所示装置研究小车的匀变速直线运动。（1）电磁打点计时器是一种使用________（选填“交流”或“直流”）电源的计时仪器，它的工作电压是，当电源的频率为时，它每隔________s打一次点。（2）某同学实验中获得一条纸带，如图所示，其中两相邻计数点间有四个点未画出。已知所用电源的频率为，则打A点时小车运动的速度大小________，小车运动的加速度大小________。（结果要求保留两位有效数字）（3）如果当时电网中交变电流的频率是，而做实验的同学并不知道，由此引起的系统误差将使加速度的测量值比实际值偏________。（选填“大”或“小”）9．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图6甲所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出，电火花计时器接220V、50Hz交变电源。他经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时小车的瞬时速度如下表：对应点BCDEF速度（m/s）0.1410.1850.2200.2540.301(1)设电火花计时器的打点周期为T，计算vF的公式为vF＝________；(2)根据(1)中得到的数据，以A点对应的时刻为t＝0，试在图乙所示坐标系中合理地选择标度，作出v－t图像。()(3)利用该图像求得小车的加速度a＝________m/s2；（结果保留2位有效数字）(4)如果当时电网中交变电流的电压变成210V，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比________（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。参考答案1．B2．B3．AC4．

电火花

交流

220

0.02

B5．

B