實驗一探究小車速度隨時間變化的規(guī)律

1、第一節(jié)探究小車速度隨時間變化的規(guī)律【實驗基礎知識】一、實驗原理與操作1.兩種打點計時器(1)作用：計時儀器，當所用交流電源的頻率f50 Hz時，每隔0.02 s打一次點。(2)工作條件2判斷物體是否做勻變速直線運動的方法設x1、x2、x3、x4為紙帶上相鄰兩個計數(shù)點之間的距離，假如xx2x1x3x2x4x3常數(shù)，則與紙帶相連的物體做勻變速直線運動。3注意事項(1)平行：紙帶和細繩要和木板平行。(2)兩先兩后：實驗中應先接通電源，后讓小車運動；實驗完畢應先斷開電源后取紙帶。(3)防止碰撞：在到達長木板末端前應讓小車停止運動，要防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞。(4)減小誤差：小車的加速度要適當大些，

2、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個計數(shù)點為宜。二、數(shù)據(jù)處理與誤差分析1實驗數(shù)據(jù)的處理(1)由紙帶求物體運動速度：根據(jù)勻變速直線運動某段時間中間時刻的瞬時速度等于這段時間內的平均速度，vn。(2)利用紙帶求物體加速度逐差法：根據(jù)x4x1x5x2x6x33aT2(T為相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔)，求出a1，a2，a3，再算出a1、a2、a3的平均值a×，即為物體的加速度。圖像法：如圖實1所示，以打某計數(shù)點時為計時起點，利用vn求出打各點時的瞬時速度，描點得v­t圖像，圖像的斜率即為物體做勻變速直線運動的加速度。2誤差分析(1)偶然誤差：

3、紙帶上計數(shù)點間距測量有偶然誤差，故要多測幾組數(shù)據(jù)，以盡量減小誤差。用作圖法做出的v­t圖像并不是一條直線。為此在描點時最好用坐標紙，在縱、橫軸上選取合適的單位，用細鉛筆認真描點。(2)系統(tǒng)誤差：紙帶運動時摩擦不均勻，打點不穩(wěn)定引起誤差，所以安裝時紙帶、細繩要與長木板平行，同時選擇符合要求的交流電源的電壓及頻率。3注意事項(1)紙帶選?。哼x擇一條點跡清晰的紙帶，舍棄點密集部分，適當選取計數(shù)點。(2)準確作圖：在坐標紙上，縱、橫軸選取合適的單位(避免所描點過密或過疏，而導致誤差過大)，仔細描點連線，不能連成折線，應作一條直線，讓各點盡量落到這條直線上，落不到直線上的各點應均勻分布在直線的

4、兩側?！镜湫屠}分析】考點一實驗原理與操作研究小車勻變速直線運動的實驗裝置如圖實甲所示其中斜面傾角可調，打點計時器的工作頻率為50 Hz，紙帶上計數(shù)點的間距如圖乙所示，其中每相鄰兩點之間還有4個記錄點未畫出。(1)部分實驗步驟如下：A測量完畢，關閉電源，取出紙帶B接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后放開小車C將小車?？吭诖螯c計時器附近，小車尾部與紙帶相連D把打點計時器固定在平板上，讓紙帶穿過限位孔上述實驗步驟的正確順序是：_。(用字母填寫)(2)圖乙中標出的相鄰兩計數(shù)點的時間間隔T_s；(3)計數(shù)點5對應的瞬時速度大小計算式為v5_；(4)為了充分利用記錄數(shù)據(jù)，減小誤差，小車加速度大小的計算式應為

5、a_。答案(1)DCBA(2)0.1(3)(4)1(2018·合肥檢測)某同學用如圖甲所示的實驗裝置研究勻變速直線運動。實驗步驟如下：A安裝好實驗器材B讓小車拖著紙帶運動，打點計時器在紙帶上打下一系列小點，重復幾次，選出一條點跡比較清晰的紙帶，從便于測量的點開始，每五個點取一個計數(shù)點，如圖乙中a、b、c、d等點C測出x1、x2、x3結合上述實驗步驟，請你繼續(xù)完成下列任務：(1)實驗中，除打點計時器(含紙帶、復寫紙)、小車、一端附有滑輪的長木板、細繩、鉤碼、導線及開關外，在下列儀器和器材中，必須使用的有_。(填選項代號)A電壓合適的50 Hz交流電源B電壓可調的直流電源C停表D刻度尺E

6、天平F重錘G彈簧測力計(2)如果小車做勻加速運動，所得紙帶如圖實3乙所示，則x1、x2、x3的關系是_，已知打點計時器打點的時間間隔是t，則打c點時小車的速度大小是_。解析(1)實驗中打點計時器要使用50 Hz的低壓交流電源；測量x1、x2、x3要使用刻度尺；實驗中無需使用停表、天平、重錘和彈簧測力計，故選A、D。(2)因小車做勻加速直線運動，所以相鄰相等時間內的位移之差是恒量，故x3x2x2x1；c點是bd段的時間中點，則c點的瞬時速度等于該段的平均速度，即vc。答案(1)AD(2)x3x2x2x1考點二實驗數(shù)據(jù)的處理例題2：實驗中，如圖所示為一次記錄小車運動情況的紙帶，圖中A、B、C、D、

7、E為相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔T0.1 s。(1)根據(jù)紙帶可判定小車做_運動。(2)根據(jù)紙帶計算各點瞬時速度：vD_m/s，vC_m/s，vB_m/s。在如圖實5所示坐標中做出小車的v­t圖線，并根據(jù)圖線求出a_。(3)將圖線延長與縱軸相交，交點的速度的物理意義是_。解析(1)根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)可知xBCxABxCDxBCxDExCD12.60 cm，故小車做勻加速直線運動。(2)根據(jù)v可知vD m/s3.90 m/svC m/s2.64 m/svB m/s1.38 m/s描點連線得如圖所示v­t圖線，根據(jù)圖線斜率知a12.60 m/s2(3)圖線與縱軸交點的速度

8、的物理意義是零時刻小車經(jīng)過A點的速度。答案(1)勻加速直線(2)3.902.641.38見解析圖12.60 m/s2(3)零時刻小車經(jīng)過A點的速度2(2016·天津理綜)某同學利用圖裝置研究小車的勻變速直線運動。(1)實驗中，必要的措施是_。A細線必須與長木板平行B先接通電源再釋放小車C小車的質量遠大于鉤碼的質量D平衡小車與長木板間的摩擦力(2)他實驗時將打點計時器接到頻率為50 Hz的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計數(shù)點如圖實7所示(每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，圖中未畫出)。s13.59 cm，s24.41 cm，s35.19 cm，s45.97 cm，s56.78 cm，

9、s67.64 cm。則小車的加速度a_m/s2(要求充分利用測量的數(shù)據(jù))，打點計時器在打B點時小車的速度vB_m/s。(結果均保留兩位有效數(shù)字)解析(1)若細線與長木板不平行，隨著小車逐漸靠近滑輪，細線與水平方向的夾角增大，小車所受合力隨之變化，因此小車的加速度發(fā)生變化，即小車不做勻變速直線運動，故細線必須與長木板平行，A選項必要。先接通電源，待打點計時器穩(wěn)定工作后再釋放小車，點跡按勻變速運動規(guī)律顯現(xiàn)在紙帶上；若先釋放小車再接通電源，則開始階段點跡不規(guī)律，誤差較大，故B項必要。該實驗研究小車的勻變速直線運動，與小車所受到的合力及合力大小的計算無關，故C、D項不必要。(2)交流電的頻率為f50

10、Hz，相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔t0.1 s，由逐差法可求小車的加速度。a m/s20.80 m/s2vB m/s0.40 m/s。答案(1)AB(2)0.800.40考點三實驗的改進與創(chuàng)新本實驗可以從實驗裝置和數(shù)據(jù)處理方案兩個方面進行改進和創(chuàng)新。實驗裝置的創(chuàng)新由小車的重力沿斜面方向的分力提供動力由遮光片的寬度d和遮光片擋光時間t求速度v數(shù)據(jù)處理方案創(chuàng)新1.利用光電門：由v求速度，然后由速度位移關系求加速度。2.利用紙帶或頻閃照相測得運動的位移和時間：(1)若初速度為零，則xat2，因此做出xt2圖線，圖線斜率的2倍即為物體的加速度。(2)若物體的初速度不為零，則xv0tat2，可得v0at，因

11、此做出t圖線，圖線斜率的2倍即為物體的加速度。例題3光電計時器也是一種研究物體運動情況的常用計時儀器，其結構如圖實甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當有物體從a、b間通過時，光電計時器就可以精確地把物體從開始擋光到擋光結束的時間記錄下來。現(xiàn)利用圖乙所示的裝置測量滑塊和長木板間的動摩擦因數(shù)，圖中MN是水平桌面，Q是長木板與桌面的接觸點，1和2是固定在長木板適當位置的兩個光電門，與之連接的兩個光電計時器沒有畫出，長木板頂端P點懸有一鉛錘，實驗時，讓滑塊從長木板的頂端滑下，光電門1、2各自連接的計時器顯示的擋光時間分別為1.0×102 s和4.0×103 s。用精度

12、為0.05 mm的游標卡尺測量滑塊的寬度d，其示數(shù)如圖丙所示。(1)滑塊的寬度d_cm；(2)滑塊通過光電門1時的速度v1_m/s，滑塊通過光電門2時的速度v2_m/s。(結果保留兩位有效數(shù)字)(3)由此測得的瞬時速度v1和v2只是一個近似值，它們實質上是通過光電門1和2時的_，要使瞬時速度的測量值更接近于真實值，可將_的寬度減小一些。解析(1)d10 mm0.05 mm×210.10 mm1.010 cm。(2)v1 m/s1.0 m/sv2 m/s2.5 m/s(3)v1、v2實質上是通過光電門1和2時的平均速度，要使瞬時速度的測量值更接近于真實值，可將滑塊的寬度減小一些。答案(1)1.010(2)1.02.5(3)平均速度滑塊例題4：某同學用如圖甲所示的實驗裝置研究小車在光滑斜面上勻加速下滑的運動規(guī)律。先從斜面高處靜止釋放小車，隨后才開啟位移傳感器(一種測量物體離開傳感器距離的工具，以開啟瞬間記為t0)測量小車與傳感器間距x與時間t的關系。但是由于操作失誤，本應在計算機屏幕上顯示的x­t圖像被改為­t圖像，實驗結果如圖乙所示。根據(jù)此圖像：(1)t0.4 s末，小車與傳感器間距x_；(2)傳感器開啟瞬間小車運動的速度v0_；(3)小車的加速度大小約為_。(結果均保留兩位有效數(shù)字)解