2017-2018學(xué)年高中物理第二章勻變速直線運動的研究2.1實驗：探究小車速度隨時間變化的

1、第 1 節(jié) 實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律實臉要處梳理I”記雯蟲苓支墾卅一、實驗?zāi)康? 進一步練習(xí)使用打點計時器及利用紙帶求瞬時速度。2 探究小車速度隨時間的變化規(guī)律。3 會用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)。二、實驗原理1 瞬時速度的計算：各計數(shù)點的瞬時速度可用以該點為中間時刻的一段時間內(nèi)的平均2根據(jù)vt圖象判斷運動性質(zhì)：用描點法可作出小車的vt圖象，根據(jù)圖象的形狀可判斷小車的運動性質(zhì)。3.加速度的計算：利用vt圖象的斜率求出小車的加速度。三、實驗器材電磁打點計時器(或電火花計時器)、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、一端附有定滑輪的長木板、小車、 紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、交流電源。四、實驗步驟1 如圖所示，把附有滑輪

2、的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路。2 把一條細(xì)繩拴在小車上，使細(xì)繩跨過滑輪，下邊掛上鉤碼，把紙帶穿過打點計時器,并把紙帶的一端固定在小車的后面。3 把小車停在靠近打點計時器處，接通電源后，釋放小車，讓小車拖著紙帶運動，打 點計時器就在紙帶上打下一系列小點，關(guān)閉電源。4 換上新的紙帶，重復(fù)實驗兩次。5增減所掛鉤碼的個數(shù)，按以上步驟再做兩次實驗。五、數(shù)據(jù)處理1 瞬時速度的計算(1)從幾條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開始一些比較密集的點，在后面便于速度來代替:Vn=Xn+Xn+ 12T紙帶電源馭2測量的地方找一個點，作為計數(shù)始點，以后

3、依次每五個點取一個計數(shù)點，并標(biāo)明0、1、2、33、4如圖所示。0 12 S45I.M ! IB M IB bl IB IB ig H Bl In Ml Ml ! . M IBIBigBl1p匚二J:%依次測出 01、02、03、04的距離Xi、X2、X3、X4，填入表中。位置123456長度X1X2X3X4X5X6各段長度0213243546時間間隔v/(ms1)、X2X3XiX4X2X5X3(3)1、2、3、4各點的瞬時速度分別為：Vi= 2T、V2=2、V3=2、V4=2將計算得出的各點的速度填入表中。(4) 根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，分析速度隨時間變化的規(guī)律。2.作出小車運動的vt圖象(1) 定

4、標(biāo)度、描點：坐標(biāo)軸的標(biāo)度選取要合理，應(yīng)使圖象大致分布在坐標(biāo)平面中央。描點時要用平行于兩坐標(biāo)軸的虛線標(biāo)明該點的位置坐標(biāo)。(所描的點一般用“ ”標(biāo)明)(2) 連線：畫一條直線，讓這條直線通過盡可能多的點，不在線上的點均勻分布在直線 的兩側(cè)，偏差比較大的點忽略不計，如圖所示。(3) 觀察所得到的直線，分析物體的速度隨時間的變化規(guī)律。3求解加速度根據(jù)所畫vt圖象的斜率求出小車運動的加速度3=詈。六、誤差分析產(chǎn)生原因減小方法偶然誤差根據(jù)紙帶測量的位移有誤差測量各計數(shù)點到起始點的距離而不是直接測量相鄰計數(shù)點間的距離4系統(tǒng)作vt圖象不準(zhǔn)確有誤差實驗中作圖時應(yīng)選取合適的坐標(biāo)單位誤差木板的粗糙程度不完全相同盡量

5、選粗糙程度均勻的木板七、注意事項(1) 開始釋放小車時，應(yīng)使小車靠近打點計時器。(2) 先接通電源，等打點穩(wěn)定后，再釋放小車。(3) 打點完畢，應(yīng)立即斷開電源。(4) 要防止鉤碼落地，避免小車跟滑輪相碰，在小車到達滑輪前及時用手按住。(5) 牽引小車的鉤碼個數(shù)要適當(dāng)，以免加速度過大而使紙帶上的點太少，或者加速度太 小，而使各段位移差別不大，誤差增大。(6) 要區(qū)分打點計時器打出的計時點和人為選取的計數(shù)點，一般在紙帶上每隔四個計時點取一個計數(shù)點，即時間間隔t= 0.1 s。(7) 在坐標(biāo)紙上畫v-1圖象時，注意坐標(biāo)軸單位長度的選取，應(yīng)使圖象盡量分布在較大的坐標(biāo)平面內(nèi)。諜堂互勸探知豔欝黯蠶量聶矗義

6、義蠡豈站蠡崙億探魏騒突破要點一實驗原理及操作例 1 (2017 德州高一檢測)在研究勻變速直線運動的實驗中，某同學(xué)操作以下實驗 步驟，A. 拉住紙帶，將小車移至靠近打點計時器處放開紙帶，再接通電源B. 將打點計時器固定在平板上，并接好電路C. 把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下面吊著適當(dāng)重的鉤碼D. 取下紙帶E. 將平板一端墊高，輕推小車，使小車能在平板上做勻速運動F. 將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔(1)_ 所列步驟中有錯誤的是： _(2)遺漏的步驟(遺漏步驟可編上序號 G H):(3) 將以上步驟完善后寫出合理的步驟順序:解析(1)步驟 A 中應(yīng)先通電，再放紙帶，順序

7、不能顛倒；D 中取下紙帶前應(yīng)先斷開電5源。(2) 遺漏的步驟 G:換上新紙帶，重復(fù)實驗三次。(3) 步驟完善后，合理的實驗步驟順序為：BFECADG6答案(1)A 中應(yīng)先通電，再放紙帶；D 中取下紙帶前應(yīng)先斷開電源(2) G :換上新紙帶，重復(fù)實驗三次(3) BFECADG1 所示的裝置做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗,做法正確的是()A. 小車從靠近定滑輪處釋放B. 先啟動計時器，再釋放小車C. 實驗前要平衡小車受到的阻力D. 電火花計時器接學(xué)生電源直流輸出端解析 在釋放小車前，小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，遠(yuǎn)離滑輪處，以便在紙帶上打出更多的點，有利于實驗數(shù)據(jù)的處理和誤差的減小，A 錯誤；

8、實驗中為了在紙帶上打出更多的點，也為了打點的穩(wěn)定，應(yīng)先啟動打點計時器，然后釋放小車，B 正確；該實驗不需要平衡小車受到的阻力，C 錯誤；電火花計時器接 220 V 交流電源，D 錯誤。答案 B要點二實驗數(shù)據(jù)處理例 2 (2017 天水高一檢測)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，如圖 2所示為記錄小車運動情況的一條紙帶，圖中A、B C、D E為相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔T= 0.1 s。/ABCDE )- 27.6()-*-I_曲初_s.- -I牴柏-單位：C1B圖 2(1) 計算D C B各點 的瞬時速度，VD=_ m/s ,vc=_m/s ,VB=_m/s。(2) 在如圖

9、 3 所示坐標(biāo)系中作出小車的V-t圖象，并根據(jù)圖象求出a=_。針對訓(xùn)練 1用如圖圖 17(LI 0.2 US 0.48解析(1)若時間較短，平均速度可以代替某點的瞬時速度。D點的瞬時速度78.02rcm/s=390 cm/s=彳90 m/sC點的瞬時速度XBD52.8vC=2T=cm/s=264 cm/s=264 m/sB點的瞬時速度XAC27.6VB=2T=2Tcm/s=138 cm/s=1.38 m/s由(1)中數(shù)據(jù)作出小車的vt圖象如圖所示,由圖線的斜率可求得它的平均加速度v1.262T=6Tm/s=佗6 m/s答案(1)3.92.641.38. 2圖見解析12.6 m/s方法總結(jié)|由紙

10、帶求加速度的方法如圖所示的紙帶各計數(shù)點1、2、3、4、5、所對應(yīng)的速度分別是W、V2、V3、V4、V5、T為計數(shù)點間的時間間隔。(1) 圖象法由多組數(shù)據(jù)描繪出vt圖象，vt圖象中直線的斜率即為物體運動的加速度。此方法 準(zhǔn)確、科學(xué)，但較繁瑣。(2) 逐差法分別以 1、4,2、5,3、6,的速度計算加速度，即V4V1V5V2V6V3 a1=，a2=，a3=，人則XCEVD=2T=9a1+82+a3V4V1+V5V2+V6V3a=9T109T此方法中各點的瞬時速度都參與了運算，可減小誤差。(3)平均值法V2ViV3V2ai=T，a2=T，求加速度的平均值ai+a2+ana=nV2Vi+V3V2+Vn

11、+ 1VnVn+1 Vi=nT=nT。從結(jié)果看，真正參與運算的只有Vi和Vn+ 1,中間各點的瞬時速度在運算中都未起作用，一般不用此方法。針對訓(xùn)練 2利用打點計時器“探究小車的速度隨時間變化的規(guī)律”，打出的紙帶如圖 4 所示，已知交流電源的頻率為50 Hz,從計數(shù)點 1 開始，每相鄰兩個計數(shù)點之間還有四個點沒有畫出，圖中 1、2、3、4、5、6、7 為連續(xù)的計數(shù)點， 測得S1= 1.40 cmS2= 2.00 cm,S3= 2.60 cm ,S4= 3.20 cm ,S5= 3.80 cm ,S6= 4.40 cm。(1)相鄰計數(shù)點之間的時間間隔為 _s。小車的加速度為_ m/s2。解析(1)

12、由于每相鄰兩個計數(shù)點之間還有4 個點未畫出，所以相鄰計數(shù)點之間的時間間隔為 0.1 s。計算出各點的瞬時速度，即V4+V5+V6Vl+V2+V3V4V3a3=TVn+ 1一Vnan=T。圖 411答案（1）0.1（2）0.6諫B?達標(biāo)訓(xùn)媒I應(yīng)達標(biāo)反慣檢測1. （2017 濰坊市高一上學(xué)期期中）在探究小車速度隨時間變化規(guī)律的實驗中。（1）_電磁打點計時器是一種使用（填“交流”或“直流”）電源的儀器。當(dāng)所接電源頻率是 50 Hz 時，它每隔 _ s 打一次點。（2）接通電源與釋放紙帶，讓紙帶_（隨小車）開始運動，操作正確的是。A. 先接通電源，后釋放紙帶B. 先釋放紙帶，后接通電源C. 釋放紙帶的

13、同時接通電源D. 先接通電源或先釋放紙帶都可以解析 電磁打點計時器是使用交流電源的計時儀器，當(dāng)電源的頻率為50 Hz 時，它每隔 0.02 s 打一次點。（2）開始記錄時，應(yīng)先給打點計時器通電打點， 然后釋放紙帶讓紙帶（隨物體）開始運動， 如果先放開紙帶開始運動， 再接通打點計時器的電源， 由于重物運動較快， 不利于數(shù)據(jù)的采 集和處理，會對實驗產(chǎn)生較大的誤差；同時先打點再釋放紙帶，可以使打點穩(wěn)定，提高紙帶利用率，可以使紙帶上打滿點。答案交流 0.02（2）A2在“研究勻變速直線運動”的實驗中，使用電磁打點計時器（所用交流電的頻率為50 Hz），得到如圖 5 所示的紙帶。圖中的點為計數(shù)點，相鄰兩

14、計數(shù)點間還有四個點未畫出來， 下列表述正確的是（）S1+S2h10 + 2JJ0XII-22t=2X0.1s2+S32J：X + 2.Xlfl-22t=2X0. 1s3+S4孰+；L期xifr22t=2X0.1s4+S5:UO+3.前xio22t=2X0.1S5+S6+一2=0.17 m/s=0.23 m/s=0.29 m/s=0.35 m/s2tm/s =0.41 m/s根據(jù)a=，可得加速度為0.6 m/sm/sV2=m/sV3=m/sV4=m/s2X0.112圖 5A. 實驗時應(yīng)先放開紙帶再接通電源B.從紙帶上不可能求出計數(shù)點C 對應(yīng)的速率C.從紙帶上可以求出計數(shù)點B 對應(yīng)的速率D.相鄰兩

15、個計數(shù)點間的時間間隔為0.02 s解析在“研究勻變速直線運動”的實驗中，實驗時應(yīng)先接通電源再放開紙帶，A 錯誤;根據(jù)C點為B與D的中間時刻點有Vc=譯，B 錯誤；同理，C 正確；由于相鄰的計數(shù)點之間 還有 4 個點沒有畫出，所以時間間隔為0.1 s , D 錯誤。答案 C3在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，得到如圖6 所示的紙帶，其中AB C DE、F、G為計數(shù)點，相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔為T,X1、X2、x“X4、x“X6分別13為AB BC CD DE EF FG間的位移，下列可用來計算打D點時小車速度的表達式中誤差 最小的是（ ）解析 瞬時速度可用以該點為中間時刻的一段時間內(nèi)的

16、平均速度來代替：Xn+Xn+ 1Vn2T，而且所選時間段不宜過長，選項B 正確。答案 B4在實驗中，利用紙帶上的數(shù)據(jù)得出各計數(shù)點的瞬時速度后，以速度v為縱軸，以時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系。某次實驗中某同學(xué)描出的點如圖 7 所示。在直角坐標(biāo)系上一共而應(yīng)為一條光滑的曲線2這 10 個點中有 8 個點雖然不在一條直線上，但它們都在一條直線附近，只有F和B兩點離這條直線太遠(yuǎn)3在 10 個點當(dāng)中只有 4 個點能畫在一條直線上（A D G I），有 6 個點不在該直線上,這條直線肯定不能表示小車運動的規(guī)律4與直線偏差較小的點（C E、H J）可能是實驗誤差造成的,F）則可能是實驗中出現(xiàn)錯誤造成的A.B.C

17、.而若理想化，則這些點應(yīng)在一直線上，錯誤，正確。故選BoA.X3+X4X3+X42TC.X2+X3+X4+X54TD.Xl+X62T描出了 10 個點。下列思考有道理的是1這 10 個點無論如何也不在一條直線上,因此小車運動的v-t圖象不可能為一條直線,而與直線偏離較大的點（BD.解析 考慮有誤差，才不可能在一直線上,而偏離則不屬于誤差，而是錯誤。圖 614答案 B5.如圖 8 所示，某同學(xué)在做“研究小車速度隨時間的變化規(guī)律”的實驗中，由打點計15時器得到表示小車運動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計數(shù)點的時間間隔為T= 0.10 s,其中xi= 7.05 cm ,X2= 7.68 cm、X3= 8.33 cm、X4