實(shí)驗(yàn)探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律

2023/5/32023/5/3一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)進(jìn)一步練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及利用紙帶求速度。

(2)學(xué)會(huì)用實(shí)驗(yàn)探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的方法，學(xué)會(huì)用v－t圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。二、實(shí)驗(yàn)原理利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上記錄的數(shù)據(jù)，計(jì)算出各時(shí)刻的速度，再作出速度—時(shí)間的關(guān)系圖像。

(1)某點(diǎn)的瞬時(shí)速度一般用一小段時(shí)間內(nèi)的平均速度代替。

(2)若v－t圖像為一傾斜直線，則物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，圖線的斜率表示加速度。2023/5/3三、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、復(fù)寫紙、紙帶、導(dǎo)線、一端帶有滑輪的長(zhǎng)木板、小車、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、坐標(biāo)紙。

2023/5/3四、實(shí)驗(yàn)步驟

(1)如圖2－1－1所示，把附有滑輪的長(zhǎng)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(zhǎng)木板上沒(méi)有滑輪的一端，連接好電路。圖2－1－12023/5/3(2)把一條細(xì)繩拴在小車上，使細(xì)繩跨過(guò)滑輪，下邊掛上鉤碼，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器處，接通電源后，釋放小車，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小點(diǎn)。關(guān)閉電流。

(4)換上新的紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次。

(5)增減所掛鉤碼，按以上步驟再做兩次實(shí)驗(yàn)。2023/5/3五、數(shù)據(jù)處理

1．表格法

(1)從幾條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開(kāi)始一些比較密集的點(diǎn)，在后面便于測(cè)量的地方找一個(gè)開(kāi)始點(diǎn)，作為計(jì)數(shù)始點(diǎn)，以后依次每五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，并標(biāo)明0、1、2、3…，測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)的距離x，并記錄填入表中。位置編號(hào)012345時(shí)間t/sx/mv/(m·s－1)2023/5/3(2)分別計(jì)算出與所求點(diǎn)相鄰的兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離Δx1、Δx2、Δx3…。

(3)計(jì)算平均速度，用平均速度代替相關(guān)計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，填入上面的表格中。

(4)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，分析速度隨時(shí)間怎么變化。2023/5/32．圖像法

(1)在坐標(biāo)紙上建立直角坐標(biāo)系，橫軸表示時(shí)間，縱軸表示速度，并根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)。

(2)畫一條直線，讓這條直線通過(guò)盡可能多的點(diǎn)，不在線上的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，偏差比較大的點(diǎn)忽略不計(jì)，如圖2－1－2所示。

(3)觀察所得到的直線，分析物體的速度隨時(shí)間的變化規(guī)律。圖2－1－22023/5/3六、注意事項(xiàng)

(1)開(kāi)始釋放小車時(shí)，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。

(2)先接通電源，等打點(diǎn)穩(wěn)定后，再釋放小車。

(3)打點(diǎn)完畢，立即斷開(kāi)電源。

(4)選取一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，適當(dāng)舍棄點(diǎn)密集部分，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等于多少秒。2023/5/3(5)牽引小車的鉤碼質(zhì)量要適宜。如果質(zhì)量過(guò)大，紙帶上打出的計(jì)時(shí)點(diǎn)太少；如果質(zhì)量過(guò)小，打出的點(diǎn)過(guò)于密集，不便于測(cè)量距離。

(6)要防止鉤碼落地，避免小車跟滑輪相碰，當(dāng)小車到達(dá)滑輪前及時(shí)用手按住。

(7)在坐標(biāo)紙上畫v－t圖像時(shí)，注意坐標(biāo)軸單位長(zhǎng)度的選取，應(yīng)使圖像盡量分布在較大的坐標(biāo)平面內(nèi)。2023/5/3七、誤差分析

(1)木板的粗糙程度不同，摩擦不均勻。

(2)根據(jù)紙帶測(cè)量的位移有誤差，從而計(jì)算出的瞬時(shí)速度有誤差。

(3)作v－t圖像時(shí)單位選擇不合適或人為作圖不準(zhǔn)確帶來(lái)誤差。2023/5/32023/5/3[例1]在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打的點(diǎn)記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況。某同學(xué)做此實(shí)驗(yàn)時(shí)步驟如下：

A．拉住紙帶，將小車移至靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，放開(kāi)紙帶，再接通電源。

B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上，并接好電路。

C．把一條繩拴在小車上，細(xì)繩跨過(guò)定滑輪，下面掛上適當(dāng)?shù)你^碼。2023/5/3D．小車停止運(yùn)動(dòng)后，直接取下紙帶。

E．將紙帶固定在小車尾部，并穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔。

F．換上新紙帶，重復(fù)操作三次，然后從所有紙帶中選取一條點(diǎn)跡清晰的進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。其中錯(cuò)誤或遺漏的步驟有：

(1)_________________________________________；

(2)_________________________________________。將以上步驟完善后按合理的順序填寫在下面橫線上。

______________________________________________。2023/5/3[解析]實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)先接通電源，再放開(kāi)紙帶，取紙帶前應(yīng)先斷開(kāi)電源，所以錯(cuò)誤操作是步驟A、D。錯(cuò)誤操作：(1)A選項(xiàng)中應(yīng)先接通電源，再釋放紙帶；

(2)D選項(xiàng)中取紙帶前應(yīng)先斷開(kāi)電源。合理順序：BECADF。

[答案]見(jiàn)解析2023/5/3[例2]在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，如圖2－1－3所示為一次記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，(A點(diǎn)為第一個(gè)點(diǎn))相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T＝0.1s。圖2－1－32023/5/3(1)根據(jù)________________計(jì)算各點(diǎn)瞬時(shí)速度，且vD＝________m/s，vC＝________m/s，vB＝________m/s。

(2)在如圖2－1－4所示坐標(biāo)系中畫出小車的v－t圖線，并根據(jù)圖線求出a＝________。圖2－1－4(3)將圖線延長(zhǎng)與縱軸相交，交點(diǎn)的物理意義是_____________________________________________________。2023/5/32023/5/32023/5/3(3)將圖線延長(zhǎng)后，與縱軸的交點(diǎn)的速度表示零時(shí)刻小車經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速度大小。

[答案](1)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度3.902.641.38(2)圖像見(jiàn)解析12.6m/s2(3)表示零時(shí)刻小車經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速度大小2023/5/3[例3]在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器“研究物體的速度隨時(shí)間的變化規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的三條紙帶，分別以間隔相同點(diǎn)跡的方式依次剪成短紙條，按先后順序一端對(duì)齊粘貼在一起。然后用平滑線段將各段紙帶頂端的中點(diǎn)連起來(lái)，形成如圖2－1－5所