實(shí)驗(yàn)探究速度隨時(shí)間變化的規(guī)律

1、實(shí)驗(yàn)學(xué)案5 探究速度隨時(shí)間變化的規(guī)律實(shí)驗(yàn)?zāi)康?練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，利用打點(diǎn)紙帶探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律2能畫出小車運(yùn)動(dòng)的vt圖象，并根據(jù)圖象求加速度實(shí)驗(yàn)原理1打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(1)作用：計(jì)時(shí)儀器，每隔0.02_s打一次點(diǎn)(2)工作條件：電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：4 V6 V的交流電源電火花計(jì)時(shí)器：220_V的交流電源(3)紙帶上各點(diǎn)的意義：表示和紙帶相連的物體在不同時(shí)刻的位置通過研究紙帶上各點(diǎn)之間的間隔，可以判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況2利用紙帶判斷物體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的方法(1)沿直線運(yùn)動(dòng)的物體，若相等時(shí)間內(nèi)的位移相等，即x1x2x3，則物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)(2)沿直線運(yùn)動(dòng)的物體在連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移分別為x1，x2，x3

2、，x4，若xx2x1x3x2x4x3，則說明物體在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，且xaT2.3速度、加速度的求解方法(1)“平均速度法”求瞬時(shí)速度，即vn，如圖1所示圖1(2)“逐差法”求加速度，即a1，a2，a3，然后取平均值，即，這樣可以使所給數(shù)據(jù)全部得到利用，以提高結(jié)果的準(zhǔn)確性(3)“圖象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多個(gè)點(diǎn)的速度，畫出vt圖，直線的斜率即加速度實(shí)驗(yàn)器材電火花計(jì)時(shí)器(或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)，一端附有滑輪的長木板，小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、交流電源、復(fù)寫紙片實(shí)驗(yàn)步驟1儀器安裝(1)把附有滑輪的長木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板上沒有滑輪的一端，

3、連接好電路(2)把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并將它的一端固定在小車的后面實(shí)驗(yàn)裝置見圖2所示，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行圖22測量與記錄(1)把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，后放開小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)，隨后立即關(guān)閉電源換上新紙帶，重復(fù)三次(2)從三條紙帶中選擇一條比較理想的，舍掉開頭一些比較密集的點(diǎn)，從后邊便于測量的點(diǎn)開始確定計(jì)數(shù)點(diǎn)，為了計(jì)算方便和減小誤差，通常用連續(xù)打點(diǎn)五次的時(shí)間作為時(shí)間單位，即T0.1 s，如圖3所示，正確使用毫米刻度尺測量每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離圖3(3)利用一段

4、時(shí)間內(nèi)的平均速度等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求得各計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5的瞬時(shí)速度(4)增減所掛鉤碼數(shù)，或在小車上放置重物，再做兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及實(shí)驗(yàn)結(jié)論1由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出vt圖象圖4(1)根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù)，在平面直角坐標(biāo)系中仔細(xì)描點(diǎn)，如圖4，可以看到，對于每次實(shí)驗(yàn)，描出的幾個(gè)點(diǎn)大致落在一條直線上(2)做一條直線，使同一次實(shí)驗(yàn)得到的各點(diǎn)盡量落到這條直線上，落不到直線上的點(diǎn)，應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè)，這條直線就是本次實(shí)驗(yàn)的vt圖象，它是一條傾斜的直線2由實(shí)驗(yàn)得出vt圖象后，進(jìn)一步分析得出小車運(yùn)動(dòng)的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律(1)小車運(yùn)動(dòng)的vt圖象是一條傾斜的直線如圖5所示，當(dāng)時(shí)間增加相同的值t時(shí)

5、，速度也會(huì)增加相同的值v，由此得出結(jié)論：小車的速度隨時(shí)間均勻變化圖53求出小車的加速度：利用vt圖象的斜率求加速度a或利用逐差法求加速度a注意事項(xiàng)1紙帶和細(xì)繩要和木板平行，小車運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)2實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源，后讓小車運(yùn)動(dòng)；實(shí)驗(yàn)后先斷開電源后取紙帶3要防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞4小車的加速度宜適當(dāng)大些，可以減小長度的測量誤差，加速度大小以能在約50 cm的紙帶上清楚地取出67個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜5選擇一條理想的紙帶，是指紙帶上的點(diǎn)跡清晰，舍棄打點(diǎn)密集的部分，適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)(注意計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)時(shí)點(diǎn)的區(qū)別)，弄清楚所選的時(shí)間間隔T等于多少題型一對實(shí)驗(yàn)原理的正確理解【例1】 在做“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，

6、為了能夠較準(zhǔn)確地測出加速度，將你認(rèn)為正確的選項(xiàng)前面的字母填在橫線上：_A把附有滑輪的長木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面B把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路C再把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，每次必須由靜止釋放小車D把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并把它的一端固定在小車的后面E把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，接通直流電源后，放開小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)，隨后立即關(guān)閉電源，換上新紙帶，重復(fù)三次F從三條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開頭比較密集的點(diǎn)，在后邊便于測量的地方找一個(gè)開始點(diǎn)，并把每打五個(gè)點(diǎn)的時(shí)間作為時(shí)間單位在選好的開始點(diǎn)下

7、面記作0，往后第六個(gè)點(diǎn)作為計(jì)數(shù)點(diǎn)1，依此標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)2、3、4、5、6，并測算出相鄰兩點(diǎn)間的距離G根據(jù)公式a1(x4x1)/3T2，a2(x5x2)/3T2，a3(x6x3)/3T2及(a1a2a3)/3求出答案ABCDFG解析在實(shí)驗(yàn)中盡可能地保證小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也要求紙帶能盡可能地直接反映小車的運(yùn)動(dòng)情況，既要減小運(yùn)動(dòng)誤差也要減小紙帶的分析誤差其中E項(xiàng)中的電源應(yīng)采用交流電，而不是直流電題型二紙帶數(shù)據(jù)的處理【例2】 (2010·重慶·22)某同學(xué)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的物體的加速度，電源頻率f50 Hz，在紙帶上打出的點(diǎn)中，選出零點(diǎn)，每隔4個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，因

8、保存不當(dāng)，紙帶被污染，如圖6所示，A、B、C、D是依次排列的4個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，但僅能讀出其中3個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到零點(diǎn)的距離：xA16.6 mm，xB126.5 mm，xD624.5 mm圖6若無法再做實(shí)驗(yàn)，可由以上信息推知：(1)相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為_ s(2)打C點(diǎn)時(shí)物體的速度大小為_ m/s(取2位有效數(shù)字)(3)物體的加速度大小為_(用xA、xB、xD和f表示)答案(1)0.1(2)2.5(3) f2解析(1)由電源頻率f50 Hz，可知電源周期T00.02 s所以打點(diǎn)周期T5×0.02 s0.1 s(2)打C點(diǎn)時(shí)物體的速度vC m/s2.5 m/s(3)xABxBxA，xBCxCxB，

9、xCDxDxC又因xCDxBCxBCxABaT2a()2所以a f2規(guī)范思維高考對“紙帶”的命題往往從以下三個(gè)方面設(shè)置問題：(1)利用連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移之差x2x1x3x2x4x3等于恒量進(jìn)行有關(guān)計(jì)算或判斷(2)利用平均速度法求瞬時(shí)速度；(3)利用xaT2(或逐差法)求a.針對訓(xùn)練某同學(xué)在研究小車的運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，獲得一條點(diǎn)跡清楚的紙帶，如圖7所示，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s 打一個(gè)點(diǎn)，該同學(xué)選擇了A、B、C、D、E、F六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，測量數(shù)據(jù)如圖所示，單位是cm.圖7(1)小車做什么運(yùn)動(dòng)？(2)試計(jì)算瞬時(shí)速度vB、vC、vD、vE各多大？(3)計(jì)算小車的加速度多大？答案(1)勻加速直線運(yùn)動(dòng)(2

10、)0.415 m/s0.495 m/s0.575 m/s0.655 m/s(3)2.0 m/s2解析(1)因?yàn)橄噜彽奈灰撇顇BCABCDBCDECDEFDE常數(shù)，所以小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)(2)由圖可知，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔T2×0.02 s0.04 s由求瞬時(shí)速度的方法可得：vB m/s0.415 m/svC m/s0.495 m/svD m/s0.575 m/svE m/s0.655 m/s(3)a1，a2a m/s22.0 m/s21(2010·雞西一模)在“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，下列方法中有助于減少實(shí)驗(yàn)誤差的是()A選取計(jì)數(shù)點(diǎn)，把每打5個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔作為一個(gè)時(shí)

11、間單位B使小車運(yùn)動(dòng)的加速度盡量小些C舍去紙帶上開始時(shí)密集的點(diǎn)，只利用點(diǎn)跡清晰、點(diǎn)間隔適當(dāng)?shù)哪且徊糠诌M(jìn)行測量、計(jì)算D適當(dāng)增加掛在細(xì)繩下鉤碼的個(gè)數(shù)答案ACD解析選取計(jì)數(shù)點(diǎn)可以使用于測量和計(jì)算的相鄰點(diǎn)的間隔增大，在用直尺測量這些點(diǎn)間的間隔時(shí)，在測量絕對誤差基本相同的情況下，相對誤差較小，因此A正確；在實(shí)驗(yàn)中，如果小車運(yùn)動(dòng)的加速度過小，打出的點(diǎn)很密，長度測量的相對誤差較大，測量準(zhǔn)確性降低，因此小車的加速度應(yīng)適當(dāng)大些，而使小車加速度增大的常見方法是，適當(dāng)增加掛在細(xì)繩下鉤碼的個(gè)數(shù)，以增大拉力，故B項(xiàng)錯(cuò)，D項(xiàng)對；為了減少長度測量的相對誤差，舍去紙帶上過于密集，甚至分辨不清的點(diǎn)，因此C項(xiàng)正確2“研究勻變速直線

12、運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(所用交流電的頻率為50 Hz)，得到如圖8所示的紙帶圖中的點(diǎn)為計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出來，下列表述正確的是()圖8A實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先放開紙帶再接通電源B(x6x1)等于(x2x1)的6倍C從紙帶可求出計(jì)數(shù)點(diǎn)B對應(yīng)的速率D相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.02 s答案C3在研究變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，算出小車經(jīng)過各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度如下：計(jì)數(shù)點(diǎn)序號123456計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻/s0.10.20.30.40.50.6通過計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度/(cm·s1)44.062.081.0100.0110.0168.0為了算出加速度，合理的方法是()A根據(jù)任意兩個(gè)計(jì)數(shù)

13、點(diǎn)的速度，由公式a算出加速度B根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出vt圖線，量出其傾角，由公式atan 算出加速度C根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出vt圖線，由圖線上任意兩點(diǎn)所對應(yīng)的速度，用公式a算出加速度D依次算出通過連續(xù)兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的加速度，算出平均值作為小車的加速度答案C解析方法A偶然性較大，方法D實(shí)際上也僅由始末兩個(gè)速度決定，偶然誤差也比較大，只有利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出對應(yīng)的vt圖線，才可充分利用各次測量數(shù)據(jù)，減少偶然誤差由于物理圖象中，坐標(biāo)軸的分度大小往往是不相等的，根據(jù)同一數(shù)據(jù)，可以畫出傾角不同的許多圖線，方法B是錯(cuò)誤的，另外測量角度誤差較大正確的方法是根據(jù)圖線找出任意兩個(gè)時(shí)刻對應(yīng)的速度值，由a計(jì)算C正確4(2010

14、83;廣東·34改編) 圖9是某同學(xué)在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶(1)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50 Hz，則紙帶上打相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為_(2)ABCD是紙帶上四個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每兩個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出從圖中讀出A、B兩點(diǎn)間距x_；C點(diǎn)對應(yīng)的速度是_(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)圖9答案(1)0.02 s(2)0.70 cm10.0 cm/s5一個(gè)小球沿斜面向下運(yùn)動(dòng)，用每間隔 s曝光一次的頻閃相機(jī)拍攝不同時(shí)刻小球位置的照片，如圖10所示，即照片上出現(xiàn)的相鄰兩個(gè)小球的像之間的時(shí)間間隔為 s，測得小球在幾個(gè)連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移數(shù)據(jù)如下表所示圖10x1(cm)x2(cm)x3(

15、cm)x4(cm)8.209.3010.4011.50(1)小球在相鄰的相等時(shí)間內(nèi)的位移差_(填“相等”或“不相等”)，小球運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)屬_直線運(yùn)動(dòng)(2)有甲、乙兩同學(xué)計(jì)算小球加速度的方法如下：甲同學(xué)：a1，a2，a3，.乙同學(xué)：a1，a2，.你認(rèn)為甲、乙中兩位同學(xué)的計(jì)算方法更準(zhǔn)確的是_，加速度值為_答案(1)相等勻加速(2)乙同學(xué)1.10 m/s2解析(1)x2x19.30 cm8.20 cm1.10 cmx3x210.40 cm9.30 cm1.10 cmx4x311.50 cm10.40 cm1.10 cm由以上數(shù)據(jù)可以得出，小球在相鄰的相等的時(shí)間間隔內(nèi)位移差相等即xK(恒量)，所以小球的

16、運(yùn)動(dòng)性質(zhì)屬勻加速直線運(yùn)動(dòng)(2)用逐差法求加速度可以減小實(shí)驗(yàn)誤差故乙同學(xué)計(jì)算方法更準(zhǔn)確a1 cm/s21.10 m/s2a2 cm/s21.10 m/s21.10 m/s26(2009·天津理綜)如圖11所示，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺上，使重物帶動(dòng)紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置可以測定重力加速度圖11(1)所需器材有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(帶導(dǎo)線)、紙帶、復(fù)寫紙、帶鐵夾的鐵架臺和帶夾子的重物，此外還需_(填字母代號)中的器材A直流電源、天平及砝碼B直流電源、毫米刻度尺C交流電源、天平及砝碼 D交流電源、毫米刻度尺(2)通過作圖象的方法可以剔除偶然誤差較大的數(shù)據(jù)，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確程度為使圖線的斜率

17、等于重力加速度，除作vt圖象外，還可作_圖象，其縱軸表示的是_，橫軸表示的是_答案(1)D(2)h速度平方的二分之一重物下落的高度解析(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需接交流電源重力加速度與物體的質(zhì)量無關(guān)，所以不要天平和砝碼計(jì)算速度需要測相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，需要毫米刻度尺，選D.(2)由公式v22gh，如繪出h圖象，其斜率也等于重力加速度7某同學(xué)用如圖12所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究小車在斜面上的運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)步驟如下：圖12a安裝好實(shí)驗(yàn)器材b接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿平板斜面向下運(yùn)動(dòng)，重復(fù)幾次選出一條點(diǎn)跡比較清晰的紙帶，舍去開始密集的點(diǎn)跡，從便于測量的點(diǎn)開始，每兩個(gè)打點(diǎn)間隔取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖13甲中0、1、2、6點(diǎn)所示

18、乙圖13c測量1、2、3、6計(jì)數(shù)點(diǎn)到0計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離，分別記作：x1、x2、x3、x6.d通過測量和計(jì)算，該同學(xué)判斷出小車沿平板做勻加速直線運(yùn)動(dòng)e分別計(jì)算出x1、x2、x3、x6與對應(yīng)時(shí)間的比值、.f以為縱坐標(biāo)、t為橫坐標(biāo)，標(biāo)出與對應(yīng)時(shí)間t的坐標(biāo)點(diǎn)，畫出t圖線結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)步驟，請你完成下列任務(wù)；(1)實(shí)驗(yàn)中，除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(含紙帶、復(fù)寫紙)、小車、平板、鐵架臺、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下面的儀器和器材中，必須使用的有_和_(填選項(xiàng)代號)A電壓合適的50 Hz交流電源 B電壓可調(diào)的直流電源C刻度尺D秒表E天平F重錘(2)將最小刻度為1 mm的刻度尺的0刻線與0計(jì)數(shù)點(diǎn)對齊，0、1、2、5計(jì)數(shù)點(diǎn)所在位置如圖乙所示，則x2_ cm，x5_ cm.(3)該同學(xué)在圖14中已標(biāo)出1、3、4、6計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，請你在該圖中標(biāo)出與2、5兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，并畫出t圖線圖14(4)根據(jù)t圖線判斷