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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) v-t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Vn二勺 Z。求出打第n个计数点时纸带的瞬时速度， 再作出V-t图象，分析V与 2Tt的关系。3 实验器材打点计时器、纸带、导线、小
2、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。图1(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单位，而用每打五次点的时间作为时
3、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,在第一个点的下面标C,依此类推A、B、CD叫做计数点，如图两个相邻计数点的距离分别是s,、S、s3(5) 测出六段位移 $、S2、S3、S4、S5、s6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。位置编号ABCDEF时间t/s1v1/m s1v2/m sv3/m s00.10.20.30.40.5【同步导学】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
4、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
5、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
6、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s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v 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
7、某时刻的瞬时速度；(2)由计算出的速度值作出V-t图象；(3)由V-t图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律；(4)由V-t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x-i = 1.40cm,x2= 1.90cm, x3= 2.38cm, x4= 2.88cm, x5 =3.39cm,x6= 3.87cm 那么:o 1234* 4 * 4* f *xix2x3kx 5x 6图2(1 )在计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为：W =cm / s
8、,v2口cm/s,v3二cm/ s,v4 =cm/ s, v5二cm/s。(2) 在平面直角坐标系中作出 V -1图象。(3) 分析小车运动速度随时间变化的规律。T =0.02 5s=0.1s。对应各点的速度分解析：(1)显然，两相邻的计数点之间的时间间隔 别为：v1x1x21.40 1.902T2 0.1X2X31.90 2.382T-2 0.1X3X4_ 2.38 2.882T2 0.1X4X52.88 3.392T-2 0.1X5X63.39 3.872T一 2 0.1v3v4v5s = 16.50cm/scm/ s 二 21.40cm/scm/s = 26.30cm/scm/s 二 3
9、1.35cm/scm/s 二 36.30cm/s图3(2)利用描点法作出 v-t图象，如图3 所示(3) 小车运动的v-t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”。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 V-t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v-t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D
10、E段的平均速度大小，判断物体运动的性质。 4*i1.90cm2.40cmJ.20cm2.38cmABDEC图5解析：通过数相邻计数点间的间隔个数，找出每段的时间，然后利用平均速度的公式行计算。Vabs由v =-可得tS 1.90cm 彳19cm/s = 0.19m/sti 5 0.02sVbcs22.40cm =60cm/s =0.60m/st22 0.02sVCDs31.20cm60cm/s = 0.60m/st30.02sVdes4-2 =59.5cm/ 0.595m/s2 0.02st4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
11、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。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123456计数点对应的时刻（s）0. 100. 200. 300. 400. 500. 60通过计数点的速度（cm/s）44. 062. 081. 0100. 0110. 0168. 0为了计算加速度，合理的方法是（）A根据任意两计数点的速度用公式a = N/
12、t算出加速度B. 根据实验数据画出 v-t图象，量出其倾角，由公式 a =tan求出加速度C. 根据实验数据画出v-t图象，由图线上相距较远的两点所对应的速度、时间用公式a Y v/ t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V-t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，正确的方法是根据图象找出不同时刻所对应的速度值，然后利用
13、公式V/ t算出加速度，即方法 Co【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） 端有滑轮的长木板（9）刻度尺选出的器材是 o2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车停止运动3. 如图是某一做直线运动的小车（后连
14、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v-t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v-t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”）【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？（）第1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
