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1、1 实验：探究小车速度随时间变化的规律实验：探究小车速度随时间变化的规律 考试属性 知识内容探究小车速度随时间变化的规律 课时要求 1.知道实验目的，说出实验中各器材的作用，并进行实验操作. 2.会近似计算各计数点的瞬时速度及加速度. 3.会利用 vt 图象处理实验数据，能据此判断小车速度随时间变化的特点. 一、实验原理 1.利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点为中间时刻取一小段位移，用这段位移的平均速度 表示这点的瞬时速度. 2.用 vt 图象表示小车的运动情况：以速度 v 为纵轴、时间 t 为横轴建立直角坐标系，用描 点法画出小车的 vt 图象，图线的倾斜程度表示加速度的大小，如果 vt 图
2、象是一条倾斜 的直线，说明小车的速度是均匀变化的. 二、实验器材 打点计时器、交流电源、纸带、一端附有定滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、坐 标纸、复写纸. 三、实验步骤 1.如图 1 所示，把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，打点计时 器固定在长木板没有滑轮的一端，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，下面挂上适当的钩码，把纸带穿过打点计时器， 并把纸带的一端连在小车的后面. 3.把小车停在靠近打点计时器的位置，先接通电源，后释放小车(填“接通电源”或“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行小点，随后立即关闭电源
3、. 4.换上新纸带，重复操作两次. 四、数据处理 1.采集数据 如图 2 所示，一般不是直接测量相邻两个计数点间的距离，而是先测量出各个计数点到计时 零点的距离 x1、x2、x3、x4、x5，再计算出相邻的两个计数点的距离. x1x1，x2x2x1，x3x3x2，x4x4x3，x5x5x4. 图 2 2.求解速度 (1)各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替，即 v1，v2， x1x2 2T x2x3 2T T 为相邻两个计数点间的时间间隔，若交流电源频率为 50 Hz，每 5 个点取一个计数点(中间 隔 4 个点)，则 T0.1 s. (2)设计表格并记录相关数据 位置编号1234567 时
4、刻 t/s0.10.20.30.40.50.60.7 v/(ms1) 3.作出小车运动的 vt 图象 (1)定标度：坐标轴的标度选取要合理，应使图象大致布满坐标纸. (2)描点：在坐标纸上描出各个坐标点的位置. (3)连线：用一条平滑的曲线或直线“拟合”这些点. 4.分析数据并求出加速度 (1)如果画出的 vt 图象是一条倾斜的直线，说明小车做速度均匀变化的直线运动.图象和纵 轴的交点表示开始计时时小车的速度初速度. (2)求出小车的加速度 在 vt 图象上任意取两个间隔较远的点(这两个点不一定是我们表格中已测得的点)，找出它 们的坐标值，然后把它们的坐标值代入公式 a中求出加速度，即用图线的
5、斜率求加速度. v t 五、注意事项 1.开始释放小车时，应使小车靠近(填“靠近”或“远离”)打点计时器. 2.先接通电源，等打点稳定后，再释放小车(填“接通电源”或“释放小车”). 3.选取一条点迹清晰的纸带，舍掉开头点迹密集部分，选取适当的计数点(注意计数点与计 时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔 T 等于多少. 4.在坐标纸上画 vt 图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象大致布满坐标纸. 一、实验器材和操作 例 1 某同学按图 3 所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验. 图 3 (1)图中仪器 A 叫做_计时器，使用 220 V_电源(选填“交流”或“直流”)， 释放小
6、车前，小车应停在_(填“靠近”或“远离”)仪器 A 的位置. (2)使用打点计时器来分析小车运动情况的实验中，有以下基本步骤： A.松开纸带让小车带着纸带运动 B.穿好纸带 C.把计时器固定好 D.接通电源，进行打点 以上步骤的正确顺序是_. 答案 (1)电火花 交流 靠近 (2)CBDA 解析 (1)题图中仪器 A 叫做电火花计时器，使用 220 V 交流电源，实验过程中，放开小车 前，小车要靠近打点计时器； (2)使用打点计时器来分析小车运动情况的实验中，基本步骤为：先把计时器固定好，穿好 纸带，再接通电源，进行打点，之后松开纸带让小车带着纸带运动，故正确的顺序是 CBDA. 二、实验数据
7、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 4 所示为一次记录小车运动 情况的纸带，图中 A、B、C、D、E 为相邻的计数点(A 点为第一个点)，相邻计数点间的时 间间隔 T0.1 s. 图 4 (1)根据_计算各点的瞬时速度，则 vD_m/s，vC_m/s，vB_m/s. (2)在如图 5 所示坐标系中画出小车的 vt 图线，并根据图线求出 a_. 图 5 (3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度的物理意义： _ _. 答案 (1)某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度 3.90 2.64 1.38 (2)见解析图 12.6 m/s2 (3)表示零时刻小车经过 A 点的
8、速度大小 解析 (1)若时间较短，则这段时间内的平均速度可以代替中间时刻的瞬时速度. D 点的瞬时速度 vD390 cm/s3.90 m/s xCE 2T 78.00 cm 0.2 s C 点的瞬时速度 vC264 cm/s2.64 m/s xBD 2T 52.80 cm 0.2 s B 点的瞬时速度 vB138 cm/s1.38 m/s xAC 2T 27.60 cm 0.2 s (2)由上述数据画出小车的 vt 图象如图所示，由图线的斜率可求得它的加速度 a v t 12.6 m/s2 1.26 m/s 0.1 s (3)将图线延长后，与纵轴的交点的速度表示零时刻小车经过 A 点的速度大小
9、. 1.处理纸带时，一定要分清计时点和计数点，搞清计数点之间的时间间隔 T. 2.利用极限思想将平均值过渡到瞬时值是物理学中常用的方法.纸带上某点的瞬时速度等于该 点前、后相邻两点间的平均速度. 3.标度的选择要结合数据及其分布特点制定，以使图象在坐标系中合理分布，大小适中. 1.(实验器材和操作)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，下列说法正确的是( ) A.小车在钩码的牵引下运动时只需打一条纸带，然后进行数据处理 B.为使测量更为严谨，应把打下的第一个点作为第一个测量点 C.为了便于测量，应舍掉开头一些过于密集的点，找一个适当的点当作计时起点 D.两相邻计数点间的时间间隔必须是 0.
10、1 s 答案 C 解析 小车在钩码的牵引下运动时，需要采用多次测量，打出多条纸带，进行数据处理，有 利于减小误差，故 A 错误；纸带上开始时打的点比较密集，点距过小，测量误差较大，故 应舍去，找一个适当的点当作计时起点，故 B 错误，C 正确；选取计数点，可增加测量距 离，减小测量过程所产生的误差，两相邻计数点间的时间间隔不一定取 0.1 s，故 D 错误. 2.(实验器材和操作)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学进行了以下实 验操作步骤，试找出其中错误和遗漏的步骤(遗漏步骤已编上序号 G). A.拉住小车，将小车移到靠近打点计时器的一端后，放开小车，再接通电源 B.将打点计时
11、器固定在长木板无滑轮的一端，并接好电路 C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的钩码 D.取下纸带，再断开电源 E.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔 F.从所打的纸带中选取理想的纸带进行测量分析 错误和遗漏： _； _； G._； 正确的步骤顺序为_. 答案 A 中应先接通电源，再放开小车 D 中应先断开电源，再取下纸带 换上新纸 带，重复操作两次 BECADGF 3.(实验数据的处理)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，下列说法不正确的是( ) A.纸带上可以每隔任意相同数量的点选取一个计数点 B.使用刻度尺测量长度时，要进行估读 C.作 vt 图象时，所
12、描曲线必须经过每一个点 D.在数据处理时，常用公式法和图象法 答案 C 解析 实验中可以每隔任意相同数量的点选取一个计数点，A 对；使用刻度尺测量长度时， 要进行估读，B 对；作 vt 图象时，应使尽量多的点落在线上，离线较远的点舍弃，C 错； 处理数据时，常选择公式法和图象法，D 对. 4.(实验数据的处理)在“探究小车加速度随时间变化的规律”中，算出各计数点的瞬时速度 如下表： 计数点序号123456 计数点对应的时刻 t/s0.10.20.30.40.50.6 小车的瞬时速度 v/(cms1)44.062.081.0100.0110.0168.0 为了算出小车的加速度，最好的方法是( )
13、 A.根据任意两个计数点的速度，用公式 a算出加速度 v t B.依次算出连续两个计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度 C.根据实验数据画出 vt 图象，量出其倾角 ，由公式 atan 算出加速度 D.根据实验数据画出 vt 图象，由图象上任意两点所对应的速度，用公式 a算出加速 v t 度 答案 D 解析 根据任意两个计数点的速度，用公式 a算出加速度，偶然误差较大.依次算出连 v t 续两个计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度，实际上只用到了首尾两个计数点 的速度数据，中间各点的速度数据在计算中因相互抵消而丢失了，偶然误差也较大.用图象 法处理实验数据是减小偶然误差的最好方
14、法，但不能量角度算正切值求加速度，因为纵轴与 横轴的标度不统一.故正确答案为 D. 5.(实验数据的处理)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，用打点周期为 0.02 s 的计时器记录小车运动的纸带如图 6 所示，在纸带上选择 0、1、2、3、4、5 共 6 个计数点， 相邻两计数点之间还有四个点未画出，纸带旁并排放着带有最小分度为毫米的刻度尺，零刻 度线跟“0”计数点对齐.由图可以读出三个计数点 1、3、5 跟 0 点的距离 d1、d2、d3. 图 6 (1)读出距离：d11.20 cm，d2_cm，d3_cm. (2)计算小车通过计数点“2”的瞬时速度 v2_m/s；(结果保留两位有效数字) (3)小车的加速度大小 a_m/s2.(结果保留两位有效数字) 答案 (1)5.40 12.00 (2)0.21 (3)0.60 解析 (1)刻度尺的读数规则估读到最小刻度的下一位.由毫米刻度尺的刻度可知 d25.40 cm，d312.00 cm.最后一位“0”必须有. (2)小车通过计数点“2”的瞬时速度可用“1” 、 “3”间的平均速度表示，打点周期为 0.02 s，相邻两计数点之间还有四个点未画出，则计数点之间的时间间隔 T0.1 s，v20.21 m/s. d2d1 2T (3)同样，可以计算小车通过计数点“4”
