專題2.1實驗探究小車速度隨時間變化的規(guī)律

第二章勻變速直線運動的研究第1節(jié)實驗探究小車速度隨時間變化的規(guī)律【知識清單】一、實驗裝置按照圖示裝置探究小車速度隨時間變化規(guī)律時，目的是探究小車在恒力作用變速運動的規(guī)律。圖中長鋁板（填“要求”或“不要求”）水平放置，要求細線與平行。二、實驗操作１.為了能使紙帶上更多的記錄有效數(shù)據(jù)，釋放小車前應(yīng)使小車停在地方。２.關(guān)于釋放小車與接通電源的順序應(yīng)是先再。３.小車打下紙帶后應(yīng)隨即關(guān)閉電源再更換紙帶，關(guān)閉電源的目的是，增減槽碼的目的是。三、數(shù)據(jù)記錄在選好的紙帶上，舍掉的點，找一個適當?shù)狞c作為計時起點。選擇相隔0.1s的若干進行測量，填入設(shè)計好的表格中，并計算也填入表格中。四、數(shù)據(jù)分析以為縱軸、以為橫軸建立直角坐標系，根據(jù)表中的相應(yīng)數(shù)據(jù)，描點作出圖線。觀察所描點的分布規(guī)律，可猜想理想情況下速度與時間的關(guān)系上.【答案】一、不要求鋁板面二、１.靠近打點計時器２.接通電源釋放小車３.防止打點計時器線圈長時間工作而燒壞探究不同變速運動中速度變化規(guī)律三、開頭過于密集計數(shù)點每個計數(shù)點的瞬時速度四、速度時間vt線性關(guān)系【考點題組】【題組一】實驗原理及操作１.如圖甲所示，為某同學所安裝的“探究小車速度隨時間的變化規(guī)律”的實驗裝置，在圖示狀態(tài)下，開始做實驗，該同學的裝置中存在的主要錯誤是：

（1）

________；（2）

________；（3）

________；【答案】（1）小車左端細線未水平

（2）電源應(yīng)改用交流電源

（3）開始實驗時，小車離滑輪太近【解析】小車左端細線不水平，將導致小車在運動過程中所受合力不停發(fā)生變化，小車的運動不再是勻變速運動。打點計時器的工作電源均是交流電流。開始實驗時，小車應(yīng)停在靠近打點計時器有地方，以增加紙帶上能記錄的有效數(shù)據(jù)。２.在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，采取下列哪些措施，有利于減小紙帶因受到的摩擦而產(chǎn)生的誤差()A．改用直流6V的電源B．電源電壓越低越好C．用平整的紙帶，不用皺折的紙帶D．紙帶不要穿過限位孔【答案】C【解析】打點計時器使用的電源是交流電源，用直流電源不會工作，故A錯誤。電源電壓偏低會使得打出的點跡不夠清晰，故B錯誤。用平整的紙帶，不用皺折的紙帶，皺折的紙帶與計時器間的摩擦阻力較大且不穩(wěn)定，故C正確。紙帶不穿過限位孔，不能保證能在紙帶上打點，故D錯誤．３.接通打點計時器電源和讓紙帶開始運動，這兩個操作之間的時間順序關(guān)系是()A．先接通電源，后讓紙帶運動B．先讓紙帶運動，再接通電源C．讓紙帶運動的同時接通電源D．先讓紙帶運動或先接通電源都可以【答案】A【解析】如果先釋放紙帶后接通電源，有可能會出現(xiàn)小車已經(jīng)拖動紙帶運動一段距離，電源才被接通，那么紙帶上只有很小的一段能打上點，大部分紙帶沒有打上點，紙帶的利用率太低；所以應(yīng)當先接通電源，后讓紙帶運動，故A正確。４.用打點計時器可測紙帶運動的時間和位移．下面是沒有按操作順序?qū)懙牟煌暾膶嶒灢襟E，按照你對實驗的理解，在各步驟空白處填上適當?shù)膬?nèi)容，然后按實際操作的合理順序，將各步驟的字母代號按順序?qū)懺诳瞻滋帲瓵．在電磁打點計時器的兩接線柱上分別接上導線，導線的另一端分別接在低壓______(填“交流”或“直流”)電源的兩個接線柱上．B．把電磁打點計時器固定在桌子上，讓紙帶穿過______，并壓在________下面．C．用刻度尺測量從計時開始點到最后一個點間的距離Δx.D．切斷電源，取下紙帶，如果共有n個清晰的點，則這段紙帶記錄的時間Δt＝________________________．E．打開電源開關(guān)，再用手水平地拉動紙帶，紙帶上打下一系列小點．F．利用公式v＝eq\f(Δx,Δt)計算紙帶運動的平均速度．實驗步驟的合理順序是________________．【答案】交流限位孔復寫紙(n－1)×0.02sBAEDCF【解析】A項中電磁打點計時器應(yīng)使用低壓交流電源；B項中應(yīng)將紙帶穿過電磁打點計時器的限位孔，并放于復寫紙的下方；D項中紙帶上記錄的時間Δt＝(n－1)×0.02s．合理的實驗步驟為BAEDCF.５.用打點計時器可測物體運動的速度.下面是沒有按操作順序?qū)懙牟煌暾膶嶒灢襟E，按照你對實驗的理解，在各步驟空白處填上適當?shù)膬?nèi)容，然后按實際操作的合理順序，將各步驟的字母代號按順序?qū)懺诳瞻滋?A.把電火花計時器接在頻率為50Hz的高壓(選填“交流”或“直流”)電源上.B.把電火花計時器固定在桌子上，讓紙帶穿過限位孔，并壓在下面.C.用刻度尺測量從計時開始點到最后一個點間的距離Δx.D.切斷電源，取下紙帶，如果共有n個清晰的點，則這段紙帶記錄的時間Δt＝s.E.打開電源開關(guān)，再用手水平地拉動紙帶，紙帶上打下一系列小點.F.利用公式v＝eq\f(Δx,Δt)計算紙帶運動的平均速度.實驗步驟的合理順序是.【答案】交流墨粉紙盤BAEDCF【解析】電火花打點計時器利用的是交變電流產(chǎn)生的高壓脈沖形成火花放電的，其工作電源要求是220V的高壓（相對于電磁打點計時器的4~6V的電源電壓而言的）交流電源。打點時是通過火花熔化墨粉在紙帶上形成點跡的，故紙帶需壓在墨粉盤的下面。電火花放電周期仍與所使用的交變電流周期相同，即每隔0.02s打下一個點，故打下相鄰n個點的時間間隔為。每個實驗步驟中均可先劃分為準備、操作與處理三個階段，再考慮每個階段中步驟的邏輯性，故本實驗中的合理步驟順序為BAEDCF６.完成下列關(guān)于打點計時器的問題．(1)(多選)運動物體拉動穿過打點計時器的紙帶，紙帶上打下一系列點跡，紙帶上的點跡直接記錄了________．A．物體運動的時間B．物體的形狀和質(zhì)量C．物體在不同時刻的速度D．物體在不同時刻的位置和某段時間的位移(2)電火花打點計時器使用交流________V電源工作，它工作電源的頻率是50Hz，如果用它測量速度時，實驗者不知道工作電源的頻率已變?yōu)?0Hz，而仍按50Hz進行計算，這樣算出的速度值與物體速度的真實值相比________(填“偏大”或“偏小”)．【答案】(1)AD(2)220偏小【解析】(1)打點計時器每隔一個固定周期打一個點，因此記錄了物體運動的時間，故A正確；紙帶上的點跡與物體的形狀和質(zhì)量無關(guān)，故B錯誤；因為紙帶跟運動物體連在一起，打點計時器固定，所以紙帶上的點跡就相應(yīng)地記錄了物體在不同時刻的位置，用刻度尺量出各點跡間的距離可知道物體在不同時間內(nèi)的位移，再根據(jù)物體的運動性質(zhì)可算出物體在不同時刻的速度，但速度這個量不是紙帶上的點跡直接記錄的，故C錯誤，D正確．(2)電火花打點計時器使用交流220V電源工作，打點周期與交流電的周期相同，T＝eq\f(1,f)＝0.02s，當電源頻率變?yōu)?0Hz時，實際打點周期將變小，而進行計算時，時間間隔還是按照0.02s計算，因此算出的速度數(shù)值將比物體速度的真實數(shù)值?。绢}組二】數(shù)據(jù)分析與處理１.電磁打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器．當電源的頻率是50Hz時，它每隔0.02s打一次點．如圖所示為某次實驗打出的一條紙帶，其中1、2、3、4為依次選定的計數(shù)點，相鄰兩個計數(shù)點的時間間隔為________s，根據(jù)圖中標出的數(shù)據(jù)，可以得到實驗物體運動的速度v2的大小為________m/s.【答案】0.11.23【解析】打點計時器的打點周期為0.02s，相鄰計數(shù)點之間有5個時間間隔，因此計數(shù)點之間的時間間隔是0.1s；計數(shù)點2的瞬時速度可以用中間時刻的速度等于該過程中的平均速度求出，因此有：v2＝eq\f(x13,2T)＝eq\f(（15.30＋9.30）,2×0.1)×10－2m/s＝1.23m/s.２.某次實驗打點計時器使用的交流電的頻率為50Hz，紙帶的記錄如圖所示，圖中O點為紙帶的第一個點，接下來的前幾個點模糊，因此從A點開始每打五個點取一個計數(shù)點：(1)推測紙帶的運動是加速運動還是減速運動？________________________________________________________________________(2)在打出A、F這兩點的時間間隔中，紙帶運動的平均速度是________.(3)B點的瞬時速度為________.【答案】(1)加速運動(2)36.50cm/s(3)25.20cm/s【解析】(1)從A點開始相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T＝0.02×5s＝0.1s，每隔0.1s紙帶運動的位移分別是x1＝2.15cm、x2＝2.89cm、x3＝3.74cm、x4＝4.32cm、x5＝5.15cm，間距逐漸增加，說明紙帶做加速運動.(2)A、F間紙帶運動的平均速度為v＝eq\f(xAF,5T)＝eq\f(19.55－1.30,5×0.1)cm/s＝36.50cm/s.(3)B點的瞬時速度可以用AC段的平均速度表示，故vB＝eq\x\to(v)AC＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f(6.34－1.30,2×0.1)cm/s＝25.20cm/s.３.（1）下圖是某同學在做勻變速直線運動實驗中獲得的一條紙帶。①已知打點計時器電源頻率為50Hz，則紙帶上打相鄰兩點的時間間隔為_________。②ABCD是紙帶上四個計數(shù)點，每兩個相鄰計數(shù)點間有四個點沒有畫出。從圖13中讀出A、B兩點間距s=__________；C點對應(yīng)的速度是________(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)?！敬鸢浮竣?.02s，②0.70cm，0.100m/s【解析】（1）①②讀A、B兩點數(shù)值：1.00cm、1.70cm故：s=1.70cm1.00cm=0.70cm４.一輛小車沿一條直線運動，車上放著盛水的漏滴，每隔2.0s滴一滴水，水在車行駛的路面上留下水滴的痕跡如圖所示，圖中還放著一把刻度尺，其零刻度線與O點對齊，若從小車通過O點開始計時，則當?shù)蜗滤蜧時，小車的運動時間是________________s，AH段的平均速度為________________m/s(保留三位有效數(shù)字)．【答案】14.02.14【解析】O點開始計時，到G時共有7個時間間隔，每個時間間隔為2.0s，則總時間為14.0s，AH段的平均速度eq\o(v,\s\up6(－))＝eq\f(xAH,tAH)＝eq\f(32－2,14)m/s＝2.14m/s.５.如圖甲所示是用小車拖動紙帶、用打點計時器打出的一條紙帶，A、B、C、D、E為我們在紙帶上所選的計數(shù)點．相鄰計數(shù)點間的時間間隔為0.1s．試求：圖甲(1)打點計時器打下B點時小車的瞬時速度；(2)在圖乙中作出速度—時間圖象．圖乙【答案】(1)0.26m/s(2)見解析圖【解析】(1)vB＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f(52.0×10－3,2×0.1)m/s＝0.26m/s.(2)vC＝eq\f(xBD,2T)＝eq\f(（84.0－24.0）×10－3,2×0.1)m/s＝0.30m/s，vD＝eq\f(xCE,2T)＝eq\f(（120.0－52.0）×10－3,2×0.1)m/s＝0.34m/s.速度—時間圖象如圖所示．６.在做“研究勻變速直線運動”的實驗時，某同學得到一條用電火花計時器打下的紙帶如圖甲所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G

7個計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點圖中沒有畫出．

（1）設(shè)電火花計時器的周期為T，根據(jù)甲圖中標出的量得計算vc的公式為vc=________；

（2）該同學經(jīng)過測測量并計算得到電火花計時器在打B、C、D、E、F各點時物體的瞬時速度如下表：對應(yīng)點BC