人教版高中物理必修實驗探究小車速度隨時間變化的規(guī)律

第1節(jié)實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律一、實驗?zāi)康?.進一步練習使用打點計時器，通過打出的紙帶測量瞬時速度。2.通過實驗獲取數(shù)據(jù)，利用圖像處理實驗數(shù)據(jù)。3.通過數(shù)據(jù)分析得出小車速度隨時間變化的規(guī)律。二、實驗設(shè)計1.實驗方案：如圖所示，把一端帶有滑輪的長鋁板平放在實驗桌上，鋁板上放一小車，小車一端連接穿過打點計時器的紙帶，另一端連接繞過滑輪系有槽碼的細繩。小車在槽碼的牽引下運動，通過研究紙帶上的信息，探究小車的速度隨時間的變化規(guī)律。（2）根據(jù)v－t圖像判斷速度的變化規(guī)律

用描點法可作出小車的v－t圖像，根據(jù)圖像的形狀可判斷小車的運動性質(zhì)。利用v－t圖線的斜率可求出小車的加速度。3.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鋁板、小車、紙帶、細繩、槽碼、刻度尺、交流電源、坐標紙。三、實驗步驟1.如圖所示，把附有滑輪的長鋁板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長鋁板上沒有滑輪的一端，連接好電路。2.把一條細繩拴在小車上，使細繩跨過滑輪，下邊掛上槽碼，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，啟動計時器，然后釋放小車，一定先接通電源，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，隨后關(guān)閉電源。4.增減所掛槽碼的個數(shù)（或在小車上放置重物），換上新的紙帶，按以上步驟再做兩次實驗。四、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點跡最清晰的紙帶，紙帶的選取

一些比較密集的點，在后面便于測量的地方找一個點，作為計數(shù)始點，以后依次每五個點取一個計數(shù)點，并標明0、1、2、3、4、…如圖所示。（2）依次測出01、02、03、04、…的距離x1、x2、x3、x4、…，填入表中。位置123456長度x1x2x3x4x5x6

各段長度0～21～32～43～54～6—

時間間隔

—v/（m·s－1）

—2.作出小車運動的v－t圖像（1）定標度：坐標軸的標度選取要合理，應(yīng)使圖像大致分布在坐標平面中央。（2）描點：描點時要用平行于兩坐標軸的虛線標明該點的位置坐標。（所描的點一般用“·”標明）在描點時最好用坐標紙，使圖線占據(jù)坐標平面的大部分面積。（3）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)，偏差比較大的點舍去，如圖所示。（4）觀察所得到的直線，分析物體的速度隨時間的變化規(guī)律。計算小車的加速度時，應(yīng)選取相距較遠的兩點，可以減小誤差。五、誤差分析1.根據(jù)紙帶測量的位移有誤差。2.作v－t圖像不準確有誤差。3.鋁板的不同部位粗糙程度不完全相同。六、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.牽引小車的槽碼個數(shù)要適當，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。5.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，若電源頻率為50Hz，則時間間隔T＝0.1s。6.在坐標紙上畫v－t圖像時，注意坐標軸單位長度的選取，應(yīng)使圖像盡量分布在較大的坐標平面內(nèi)。要點1實驗原理和實驗操作[例1]

在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，（1）實驗室提供了以下器材：電火花計時器、一端附有滑輪的長鋁板、小車、紙帶、細繩、槽碼、刻度尺、交流電源、停表、彈簧測力計。其中在本實驗中不需要的器材是

。（2）按照實驗進行的先后順序，將下述步驟的代號填在橫線上

。 A.把穿過打點計時器的紙帶固定在小車后面 B.把打點計時器固定在鋁板沒有滑輪的一端，并連好電路C.換上新的紙帶，再重做兩次實驗D.把長鋁板平放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面E.使小車停在靠近打點計時器處，接通電源，放開小車，讓小車運動F.把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪，下邊吊著合適的槽碼G.斷開電源，取出紙帶解析（1）本實驗需要測量的物理量是位移和時間，用打點計時器打出的紙帶上的點就可以算出時間，用刻度尺可以測出兩點間的距離，因此，不需要彈簧測力計和停表。（2）根據(jù)實驗的步驟，正確的順序應(yīng)為DBFAEGC。答案（1）彈簧測力計、停表（2）DBFAEGC

[針對訓(xùn)練1]

如圖甲所示的（圖中長鋁板水平固定）是高中物理常用的力學(xué)實驗裝置，現(xiàn)用該裝置完成“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”。甲（1）圖乙中的實驗照片是否有實驗錯誤、不合理或不必要之處？若存在問題，請指明問題所在。乙（2）下列哪些措施能有助于減小實驗的誤差

。A.選用輸出電壓穩(wěn)定性更佳的恒定電源B.選用輸出電壓變化周期更穩(wěn)定的交流電源C.調(diào)節(jié)滑輪高度，使拉線與長鋁板平行D.實驗中滿足槽碼質(zhì)量m遠小于小車的質(zhì)量ME.實驗前先平衡小車與鋁板間的摩擦力解析（1）照片A：實驗有錯誤之處，選用蓄電池作為電源。照片B：實驗有不合理之處，小車起始點離打點計時器過遠。（2）選用輸出電壓穩(wěn)定性更佳的恒定電源，打點計時器不能計時，A錯誤；選用輸出電壓變化周期更穩(wěn)定的交流電源可使打點周期穩(wěn)定，減小誤差，B正確；調(diào)節(jié)滑輪高度，使拉線與長鋁板平行，可減小誤差，C正確；測定小車的速度不需要滿足槽碼的質(zhì)量m遠小于小車的質(zhì)量M，也不需要實驗前先平衡小車與鋁板間的摩擦力，D、E錯誤。答案（1）見解析（2）BC要點2實驗數(shù)據(jù)處理[例2]

在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，如圖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＝0.1s。（1）計算D、C、B各點的瞬時速度，vD＝

m/s，vC＝

m/s，vB＝

m/s。（2）在如圖所示坐標系中作出小車的v－t圖像，并根據(jù)圖像求出a＝

。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C點的瞬時速度B點的瞬時速度（2）由（1）中數(shù)據(jù)作出小車的v－t圖像如圖所示，由圖線的斜率可求得它的平均加速度答案（1）3.90

2.64

1.38（2）圖見解析12.6m/s2方法凝煉由紙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v1、v2、v3、v4、v5、…，T為計數(shù)點間的時間間隔。（1）圖像法由多組數(shù)據(jù)描繪出v－t圖像，v－t圖像中直線的斜率即為物體運動的加速度。此法有利于減小偶然誤差，并能剔除誤差較大的數(shù)據(jù)。

[針對訓(xùn)練2]

某同學(xué)利用圖（a）所示的實驗裝置探究物塊速度隨時間的變化。物塊放在桌面上，細繩的一端與物塊相連，另一端跨過滑輪掛上鉤碼。打點計時器固定在桌面左端，所用交流電源頻率為50Hz。紙帶穿過打點計時器連接在物塊上。啟動打點計時器，釋放物塊，物塊在鉤碼的作用下拖著紙帶運動。打點計時器打出的紙帶如圖（b）所示（圖中相鄰兩點間有4個點未畫出）。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，回答下列問題：（1）在打點計時器