第一节实验：探究小车速度随时间变化的规律doc.pdf

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1、第二章匀变速直线运动的研究 第一节实验：探究小车速度随时间变化的规律 【知能准备】 1实验目的 （1）练习使用打点计时器。 （2）利用打上点的纸带研究小车的运动情况，分析小车的速度是怎样随时间变化的。 2实验原理 （1）电磁打点计时器：它是利用电磁感应原理打点计时的一种仪器。当交流电源频率为50Hz 时，它每隔0.02s 打一次点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔为0.02s 。 （2）vt图象法： 根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均 速度，即 1 2 nn n ss v T 。求出打第n个计数点时纸带的瞬时速度，再作出vt图象，分析v与 t的关系。 3实验器

2、材 打点计时器、纸带、导线、小车、钩码。 4实验步骤 （1）如图 1 所示，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）把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上适量的钩码，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，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列小点。换上新的纸带，重复实验三次。 （4）从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，在后边便于测量的地 方找一个开始点，为了测量方便和减小误差，通常不用每打一次点的时间作为时间的

3、单位， 而用每打五次点的时间作为时间的单位，就是T= 。在选好的开始点 下面标 A，在第六个点下面标B，在第十一个点的下面标C，依此类推A、B、C、D叫做计 数点，如图两个相邻计数点的距离分别是 1 s、 2 s、 3 s （5）测出六段位移 1 s、 2 s、 3 s、 4 s、 5 s、 6 s长度，把测量结果记入下表中。 （6）根据测量结果，利用“实验原理”中给出的公式计算瞬时速度的值填入下表。 导线 纸带 图 1 位置编号A B C D E F 1 1 1 2 1 3 / / / / t s vm s vm s vm s 时间 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 【同步导学】

4、1操作注意点： （1）交流电源的电压及频率要符合要求。 （2）实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时要调节振针的高度和更换复写纸。 （3）接通和切断电源要及时，要先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再让纸带运动。 （4）复写纸不要装反，每打完一条纸带，应调整一下复写纸的位置，以保证打点清晰。 例 1 在探究小车速度随时间变化的规律的实验中，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木板的没有滑轮的一端，并连好电路 C换上新的纸带，再重做两次 D把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面 E使小车停在靠近打点计时器处，接

5、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，下边吊着合适的钩码 G 断开电源，取出纸带 解析 ：正确的实验步骤是：把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 定在木板的没有滑轮的一端，并连好电路，把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，另一 端吊合适的钩码，把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面，使小车停在靠近打点计时器处， 先接通电源，再放开小车，让小车运动，打完一条纸带，断开电源，取下纸带，换上新纸带， 再重做两次，即顺序为：DBFAEGC。 例 2 电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源的频率为50Hz时，振针每隔 s打一点。现在用打点计时

6、器测定物体的速度，当电源的频率低于50Hz 时，如果仍 按 50Hz 的时间间隔打一个点计算，则测出的速度值将比物体真实的速度值。 解析 ：打点计时器打点的频率是由电源的频率决定的，且打点的频率等于电源的频率。当交 流电的频率为50Hz 时，打点计时器每隔0.02s 打一个点，当交流电的频率低于50Hz时，打 点计时器打点的时间间隔将大于0.02s ，计算速度时如果仍按0.02s 计算，由 s v t 可得，测 量值t偏小将导致测出的速度大于真实值。 例 3 课本上“将细绳绕过滑轮，下面挂上适当的钩码，小车在钩码的牵引下运动。”其 中，你对“适当的钩码”如何理解？ 解析： 钩码的个数决定小车所

7、受的牵引力，小车在不同牵引力作用下的运动不同。若钩码个 数过多，在纸带上打的点过少；若钩码个数过少，在纸带上打的点过密，这两种情况都不利 于对实验数据的分析。 2实验结果处理： 对本实验得到的纸带要求同学们能够：（1）求出某时刻的瞬时速度；（2）由计算出的速度值 作出vt图象； （3）由vt图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律；（ 4）由vt 图象求出小车运动的加速度。 例 4 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图2 所示给出了从0 点开始，每5 个 点 取 一 个 计 算 点 的 纸 带 ， 其 中1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6都 为 计 数 点 ， 测 得

8、123456 1.40,1.90,2.38,2.88,3.39,3.87xcm xcm xcm xcm xcm xcm那么： （ 1）在计时器打出点1、 2、 3、 4、5 时，小车的速度分别为： 1 v 2 / ,cm s v 3 / ,cm s v 4 / ,cm s v 5 / ,cm s v/cm s。 （2）在平面直角坐标系中作出vt图象。 （3）分析小车运动速度随时间变化的规律。 解析：（1）显然，两相邻的计数点之间的时间间隔 ssT1.0502.0 。对应各点的速度分 别为： scmscm T xx v scmscm T xx v scmscm T xx v scmscm T x

9、x v scmscm T xx v /30.36/ 1. 02 87.339. 3 2 /35.31/ 1 .02 39.388.2 2 /30.26/ 1. 02 88.238. 2 2 /40.21/ 1. 02 38.290. 1 2 /50.16/ 1 . 02 90.140.1 2 65 5 54 4 43 3 32 2 21 1 （2）利用描点法作出vt图象，如图3 所示 （3） 小车运动的vt图象是一条倾斜的直线，说明速度随时间均匀增加，它们成“线性关系”。 o 2 3 1 4 5 6 x1 x2 x3 x 4 x 5 x 6 图 2 0 1 2 3 4 5 6 7 t/10-1

10、s 10 20 30 40 50 )/( 1 scmv 图 3 例 5 在“探究小车速度随时间变化规律”实验中，某同学改变钩码个数，得到两条点迹清晰 的纸带，描点画出的vt图象，如图4 所示，试根据图象描述小车运动速度随时间变化的规 律。 解析 ：因为vt图象是一条倾斜的直线，说明小车的速度随时间均匀增加，即都做匀加速直 线运动， A的初速度为零，B的初速度为 0 v。 例 6 如图 5 是某同学打点计时器研究物体运动规律时得到的一段纸带。根据图中的数据， 计算物体在AB段、 BC段、 CD段和 DE段的平均速度大小，判断物体运动的性质。 解析 ：通过数相邻计数点间的间隔个数，找出每段的时间，

11、然后利用平均速度的公式 s v t 进 行计算。由 s v t 可得 1 1 2 2 3 3 4 4 1.90 19/0.19/ 5 0.02 2.40 60/0.60/ 2 0.02 1.20 60/0.60/ 0.02 2.38 59.5/0.595/ 2 0.02 AB BC CD DE scm vcm sm s ts scm vcm sm s ts scm vcm sm s ts scm vcm sm s ts 由以上计算数据可以判断出在误差允许的范围内，物体运动的性质是：先加速运动后匀速运 动。 规律总结 根据打点的纸带判断物体的运动情况，一般的方法是取连续相等的时间间隔， 看相等时

12、间内发生的位移是否相等来判断是匀速运动还是变速运动；相等时间内的位移是逐 渐增大还是逐渐减小来判断是加速运动还是减速运动。当然也可以先求出每段上的平均速度， 看这些平均速度是否相等来判断。 0 v 1 /smv O A B t/s 图 4 A B C D E 1.90cm 2.40cm 1.20cm 2.38cm 图 5 例 7 在研究匀变速直线运动的实验中，算出小车经过各计数点的瞬时速度如下： 计数点序号1 2 3 4 5 6 计数点对应的时刻(s) 010 020 030 040 050 060 通过计数点的速度（cm/s）440 620 81 0 1000 110 0 1680 为了计算

13、加速度，合理的方法是（） A根据任意两计数点的速度用公式/avt算出加速度 B根据实验数据画出vt图象，量出其倾角，由公式tana求出加速度 C根据实验数据画出vt图象，由图线上相距较远的两点所对应的速度、时间用公式 /avt算出加速度 D依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度 解析 ：方法 A 偶然误差较大，方法D实际上也仅由始末两个速度决定，偶然误差也比较大， 只有利用实验数据画出对应的vt图象，才可充分利用各次测量数据，减少偶然然误差，由 于在物理图象中，两坐标轴的分度大小往往是不相等的，根据同一组数据，可以画出倾角不 同的许多图象，方法B 是错误的，正确的方法是

14、根据图象找出不同时刻所对应的速度值，然 后利用公式 /avt算出加速度，即方法 C。 【同步检测】 1在下列给出的器材中，选出“探究小车速度随时间变化的规律的实验”中所需的器材并填 在横线上（填编号） （1）打点计时器（2）天平（ 3）低压交流电源（4）低压直流电源（5）细绳和纸带（6）钩 码和小车（ 7）秒表（ 8）一端有滑轮的长木板（9）刻度尺 选出的器材是。 2关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作，下列说法错误的是（） A长木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低 B在释放小车前，小车应紧靠在打点计时器上 C应选接通电源，待打点计时器开始打点后再释放小车 D要在小车到达定滑轮前使小

15、车停止运动 3如图是某一做直线运动的小车（后连纸带） 通过打点计时器时打出的一段纸带，图中的 0、 1、2、3、4、 5、6 为按时间顺序选取的7 个计数点，每相邻两个点中间都有4 个点未画出， 用米尺量出1、2、3、4、 5、6 点到 0 点的距离分别是8.78cm,16.08cm,21.87cm,26.16cm, 28.84cm,30.07cm.请作出其vt图象，并分析小车的运动特点。 4在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，依vt图象求小车的加速度时，交流电 的频率为60Hz而未被发觉，仍用50Hz进行数据处理，这样计算的加速度值比真实值是 （填“偏大” 、 “偏小”或“不变” ）

16、 0 1 2 3 4 5 6 第 3 题 【综合评价】 1如图为打点计时器打出的一条纸带，从纸带上看，打点计时器出了什么问题？（） A错接在直流电源上 B电源频率不稳 C电源电压不稳 D打点针压得过紧 2采取下列哪些措施，有利于减少纸带受到摩擦而产生的误差（） A改用直流6V 电源 B电源电压越低越好 C使用平整、不卷曲的纸带 D使运动物体运动方向与纸带在一条直线上 3运动物体拉动穿过打点计时器的纸带，纸带上打下一系列小点，打点计时器打下的点直接 记录了（） A物体运动的时间 B物体在不同时刻的位置 C物体在不同时刻的速度 D物体在不同时间内的位移 4运动小车拖动的纸带经过打点计时器后，在纸带

17、上留下的点中有6 个连续清晰的点，测出 这 6 个点的第1 点到第 6 点的距离为18cm，则（） A小车运动的平均速度为0.03m/s B小车运动的平均速度为1.5m/s C小车运动的平均速度1.8m/s D小车运动的平均速度为180m/s 5关于匀变速直线运动，下列说法中正确的是（） A相同时间内速度的变化相同 B任何时刻的加速度相同 C相同时间内位移的变化相同 D相同时间内平均速度的变化相同 6从下列所给器材中，选出本实验所需要的器材有；为达到实验目 的，还缺少。 （1）打点计时器（2）天平（ 3）低压直流电源（4）细绳（ 5）纸带（ 6）小车（ 7）钩码（ 8） 秒表（ 9）一端有滑轮

18、的长木板 7在测定匀变速直线运动加速度的实验中，某同学操作中有以下实验步骤，其中错误和遗漏 的步骤有（遗漏步骤可编上序号G、H）。 A拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处先放开纸带，再接通电源。 B将打点计时器固定在平板上，并接好电路。 C把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码。 D取下纸带。 E将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速运动。 F将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔。 将以上步骤完善并按合理顺序填写在横线上。 8在研究匀变速直线运动的实验中，如图（a）所示为一次记录小车运动情况的纸带。图中 A、B、C、D 、 E相邻记数点间的时间间隔T=0

19、.1s 。 （1）根据可判定小车做运动。 第 1 题 （2）根据计算各点瞬时速度， A v= / , B m s v / , C m s v/ , D m s v/ , E m s v/m s。 （3）在如图 (b) 所示坐标中作出小车的vt图线，并根据 图线求出a= 。 9用接在50Hz 交流电源上的打点计时器，测定小车的运动情况，某次实验中得到一条纸带 如图所示，从比较清晰的点起，每5 个打印点取一个记数点，分别标示0、1、2、3量得 0 与 1 两点间距离 1 30smm，2 与 3 两点间的距离 3 48smm，则小车在0 与 1 两点间平均 速度 1 v为多少？在2 与 3 两点间的

20、平均速度 2 v为多少？据此可判定小车做什么运动？ 10在用计算机来绘制匀变速直线运动速度图象的过程中，首先在EXCEL软件工作薄的相邻 两列单元格中输入测量的时间和对应的速度值，然后用鼠标选中这些数据，接下来再用鼠标 依次点击“插入- 图表向导 - 标准类型 - -完成”。这一过程微机的运作相当于画图过程 中的，要画出vt图象，再依次点击“图表- 添加趋势线 - 类型 - -确定”，这 一过程微机的运作相当于画图过程中的。 答案 ： 知能准备 ：刻度尺低压交流电源接通电源0.10s 同步检测 ：1. 2.B 3.v1=80.40cm/s v2=65.45cm/s v3=50.40cm/s v

21、4=34.85cm/s v5=19.55cm/s 图略小车速度随时间均匀减小 4.偏小 A B C D E 7.00 17.50 31.50 49.00 cm 第 8 题图（ a） 1 /smv O t/s 第 8 题图（b） o 2 3 1 第 9 题 综合评价 ：1.D 2.CD 3.AB 4.C 5.ABD 6. , 交流电源 7.A是应先接通电源, 再放 纸带 ;D 中取下纸带前应先断开电源; 补充步骤G:换上新纸带重复三次. 步骤顺序为 :BFECADG 8.(1)s恒定值、匀变速直线（ 2） T ss v nn n 2 1 0.53,0.88,1.23,1.58,1.93 (3) 图线略 3.5m/s 2 9.v1=S1/T=0.30m/s v2=S2/T=0.48m/s ，小车做加速运动 10.xy散点图， 描点， 线性，作图象