實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律

實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．進(jìn)一步練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器2．利用v－t圖象處理數(shù)據(jù)，并據(jù)此判斷物體的運(yùn)動性質(zhì)3．能根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求加速度二、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、一端附有定滑輪的長木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、交流電源．三、實(shí)驗(yàn)原理1．利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打紙帶的信息，代入計(jì)算式vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)，即用以n點(diǎn)為中心的一小段位移的平均速度代替n點(diǎn)的瞬時(shí)速度．2．用描點(diǎn)法作出小車的v－t圖象，根據(jù)圖象的形狀判斷小車的運(yùn)動性質(zhì)．假設(shè)所得圖象為一條傾斜直線那么說明小車做勻變速直線運(yùn)動．3．利用v－t圖象求出小車的加速度.一、實(shí)驗(yàn)步驟1．如圖2－1－1所示，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，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(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，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一列小點(diǎn)．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)．二、數(shù)據(jù)處理1．表格法(1)從幾條紙帶中選擇一條比擬理想的紙帶，舍掉開始一些比擬密集的點(diǎn)，在后面便于測量的地方找一個(gè)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、4…測量各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)的距離x，并記錄填入表中，如圖2－1－2所示．圖2－1－2位置編號012345時(shí)間t/sx/mv/(m·s－1)(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．2．圖象法(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)，偏差比擬大的點(diǎn)忽略不計(jì)，如圖2－1－3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．(4)據(jù)所畫v－t圖象求出其斜率，就是小車運(yùn)動的加速度．三、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圖象時(shí)單位選擇不適宜或人為作圖不準(zhǔn)確帶來誤差．四、考前須知1．開始釋放小車時(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，立即斷開電源．4．選取一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，適當(dāng)舍棄點(diǎn)密集局部，適中選取計(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．5．要防止鉤碼落地，防止小車跟滑輪相碰，當(dāng)小車到達(dá)滑輪前及時(shí)用手按?。?．要區(qū)分打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的計(jì)時(shí)點(diǎn)和人為選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)，一般在紙帶上每隔4個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，即時(shí)間間隔為t＝0.02×5s＝0.1s.7．在坐標(biāo)紙上畫v－t圖象時(shí)，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)．實(shí)驗(yàn)過程的理解在“探究小車速度隨時(shí)間變化規(guī)律〞的實(shí)驗(yàn)中，按照實(shí)驗(yàn)進(jìn)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(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶固定在小車的后面B．把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板的沒有滑輪的一端，并連好電路C．換上新的紙帶，再重復(fù)做兩次D．把長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面E．使小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，接通電源，放開小車，讓小車運(yùn)動F．把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，另一端吊著適宜的鉤碼G．?dāng)嚅_電源，取出紙帶【解析】正確的實(shí)驗(yàn)步驟是：把長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面；把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板的一端，并連好電路；把穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶固定在小車的后面，把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，另一端吊著適宜的鉤碼；使小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，再放開小車，讓小車運(yùn)動；打完一條紙帶，斷開電源取下紙帶，換上新的紙帶；再重復(fù)做兩次．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理(2023·江蘇啟東中學(xué)高一檢測)在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律〞實(shí)驗(yàn)中，如圖2－1－4所示為記錄小車運(yùn)動情況的一條紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T＝0.1s.圖2－1－4(1)計(jì)算D、C、B各點(diǎn)的瞬時(shí)速度，vD＝________m/s，vC＝________m/s，vB＝________m/s.(2)在如圖2－1－5所示坐標(biāo)系中作出小車的v－t圖像，并根據(jù)圖像求出a＝________.1．關(guān)于“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律〞的實(shí)驗(yàn)操作，以下說法中錯(cuò)誤的選項(xiàng)是()A．長木板不能側(cè)向傾斜，但可一端高一端低B．在釋放小車前，小車應(yīng)靠近滑輪處C．應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開始打點(diǎn)后再釋放小車D．要在小車到達(dá)定滑輪前使小車停止運(yùn)動2．(多項(xiàng)選擇)在“探究小車速度隨時(shí)間變化規(guī)律〞實(shí)驗(yàn)中，以下方法中有助于減小實(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)間單位B．使小車運(yùn)動的加速度盡量小些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)間間隔適當(dāng)?shù)哪且痪植窟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)3．在研究勻變速直線運(yùn)動的實(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/s0.100.200.300.400.500.60通過計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)的速度/(cm·s－1)44.062.081.0100.0110.0168.0為了計(jì)算加速度，合理的方法是()A．根據(jù)任意兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度，用公式a＝eq\f(Δv,Δt)算出加速度B．根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出v－t圖象，量出其傾角α，由公式a＝tanα求出加速度C．根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出v－t圖象，由圖象上相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)所對應(yīng)的速度、時(shí)間，用公式a＝eq\f(Δv,Δt)算出加速度D．依次算出通過連續(xù)兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的加速度，算出平均值作為小車的加速度4．(2023·武漢一中高一檢測)在研究勻變速直線運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)操作以下實(shí)驗(yàn)步驟，其中錯(cuò)誤或遺漏的步驟有(遺漏步驟可編上序號G、H……)A．拉住紙帶，將小車移至靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處放開紙帶，再接通電源B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)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．將平板一端抬高，輕推小車，使小車能在平板上做勻速運(yùn)動F．將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔(1)所列步驟中有錯(cuò)誤的選項(xiàng)是：_________________.(2)遺漏的步驟：_________________.(3)將以上步驟完善后寫出合理的步驟順序：____________.5．一小球在桌面上從靜止開始做加速直線運(yùn)動，現(xiàn)用高速攝影機(jī)在同一底片上屢次曝光，記錄下小球每次曝光的位置，并將小球的位置編號．如圖2－1－6甲所示，1位置恰為小球剛開始運(yùn)動的瞬間，作為零時(shí)刻．?dāng)z影機(jī)連續(xù)兩次曝光的時(shí)間間隔均相同，小球從1位置到6位置的運(yùn)動過程中經(jīng)過各位置的速度分別為v1＝0，v2＝0.06m/s，v3＝__________m/s，v4＝0.18m/s，v5＝__________m/s.在圖2－1－6乙所示的坐標(biāo)紙上作出小球的速度—時(shí)間圖象(保存描點(diǎn)痕跡)．甲乙圖2－1－61【答案】DBAFEGC2【解析】(1)假設(shè)時(shí)間較短，用平均速度可以代替某點(diǎn)的瞬時(shí)速度．D點(diǎn)的瞬時(shí)速度vD＝eq\f(xCE,2T)＝eq\f(78.00,2×0.1)cm/s＝390cm/s＝3.90m/sC點(diǎn)的瞬時(shí)速度vC＝eq\f(xBD,2T)＝eq\f(52.80,2×0.1)cm/s＝264cm/s＝2.64m/sB點(diǎn)的瞬時(shí)速度vB＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f(27.60,2×0.1)cm/s＝138cm/s＝1.38m/s(2)由(1)中數(shù)據(jù)作出小車的v－t圖像如下圖，由圖線的斜率可求得它的平均加速度a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(1.26,0.1)m/s2＝12.6m/s2【答案】(1)3.902.641.381【解析】實(shí)驗(yàn)過程中，一般長木板應(yīng)平放，不能側(cè)向傾斜，但適當(dāng)一端高一端低，也是可以的，故A項(xiàng)正確．在釋放小車前，小車應(yīng)在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，故B項(xiàng)不正確．應(yīng)先接通電源，再放小車，故C項(xiàng)正確．不要讓小車碰在定滑輪上，故D項(xiàng)正確．【答案】B2【解析】選取計(jì)數(shù)點(diǎn)可以使相鄰點(diǎn)間的間隔增大，在用直尺測量這些點(diǎn)間的間隔時(shí)，在一次測量絕對誤差根本相同的情況下，相對誤差較小，因此選項(xiàng)A正確．在實(shí)驗(yàn)中如果小車運(yùn)動的加速度過小，打出的點(diǎn)子就很密，長度測量的相對誤差較大，測量的準(zhǔn)確度會降低，因此小車運(yùn)動的加速度適當(dāng)大一些較好．如果小車的加速度控制較好，以能在50cm長的紙帶上清楚地取出7～8個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜，所以選項(xiàng)B是錯(cuò)誤的．假設(shè)適當(dāng)增加掛在細(xì)繩下鉤碼的個(gè)數(shù)，意味著適當(dāng)增大小車運(yùn)動的加速度．所以選項(xiàng)D正確．為了減小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)是必要的．因此選項(xiàng)C正確．【答案】ACD3【解析】方法A偶然誤差較大．方法D求出的加速度實(shí)際上也僅由始、末兩個(gè)速度決定，偶然誤差也較大．只有利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出對應(yīng)的v－t圖象才可充分利用各次測量數(shù)據(jù)，減小偶然誤差．由于在物理圖象中，兩坐標(biāo)軸的分度大小往往是不等的，根據(jù)同一組數(shù)據(jù)，可以畫出傾角不同的許多圖線，方法B是錯(cuò)誤的．正確方法是根據(jù)圖象找出相距較遠(yuǎn)的兩時(shí)刻所對應(yīng)的速度值，然后利用公式a＝eq\f(Δv,Δt)算出加速度，即方法C.【答案】C4【解析】(1)步驟A中應(yīng)先通電，再放開紙帶，順序不能顛倒；D中取下紙帶前應(yīng)先斷開電源．(2)遺漏的步驟G：換上新紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次．(3)步驟完善后，合理的實(shí)驗(yàn)步驟順序?yàn)椋築FECADG【答案】(1)A中應(yīng)先通電，再放開紙帶；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(shí)驗(yàn)三次(3)BFEC