高中物理-探究小车速度随时间变化的规律实验30.pdf

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1、 第 1 节 实验：探究小车速度随时间变化的规律 学习目标要求 1.进一步巩固打点计时器的使用及利用纸带测量瞬时速度。2.探究小车在重物的牵引下运动的速度随时间变化的规律。3.能对实验数据进行记录并会用图像法分析数据，从而形成结论。一、实验目的 1.巩固打点计时器的使用、纸带数据处理和测量瞬时速度的方法。2.通过实验探究，体验如何从实验中获取数据，学会利用图像处理实验数据的科学方法。3.知道小车在重物牵引下运动速度随时间变化的规律。二、实验原理 1.利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点为 取一小段位移，用这段位移的平均速度表示这点的 。2.用 vt 图像表示小车的运动情况：以速度 v 为 轴、时

2、间 t 为 轴建立直角坐标系，用描点法画出小车的 vt 图像，图线的 表示加速度的大小，如果 vt 图像是一条倾斜的直线，说明小车的速度是 变化的。三、实验器材 打点计时器、学生电源、复写纸、纸带、导线、一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、坐标纸。四、实验步骤 1.如图所示，把一端带有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。2.把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的槽码，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行，然后把纸带穿过打点计时器，并把纸带的另一端固定在小车后面。3.把小车停在靠近打点计时器处，先启动计时器，后

3、释放小车，让小车拖着纸带运动，于是打点计时器就在纸带上打下一行小点。随后，立即关闭电源。4.增减所挂的槽码(或在小车上放置重物)，更换纸带，再做两次实验。五、数据处理 1.纸带的选取与测量(1)在三条纸带中选择一条点迹最清晰的纸带。(2)为了便于测量，一般舍掉纸带开头一些过于密集的点迹，找一个适当的点作计时起点(0 点)。(3)每 5 个点(相隔 0.1 s)取 1 个计数点进行测量(如图所示，相邻两点中间还有 4 个点未画出)。(4)采集数据的方法：不要直接去测量两个计数点间的距离，而是要量出各个计数点到计时零点的距离 d1、d2、d3、然后再算出相邻的两个计数点的距离 x1d1；x2d2d

4、1；x3d3d2；x4d4d3；2.瞬时速度的计算(1)瞬时速度的求解方法：时间间隔很短时，可用某段时间的平均速度表示这段时间内中间时刻的瞬时速度，即 vnxnxn12T。例如，图中计数点 4 的瞬时速度 v4x4x52T。(2)设计表格并记录相关数据。位置编号 0 1 2 3 4 5 时间 t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 v1/(ms1)v2/(ms1)v3/(ms1)3.画出小车的 vt 图像(1)定标度：坐标轴的标度选取要合理，应使图像大致分布在坐标平面中央。(2)描点：描点时要用平行于两坐标轴的虚线标明该点的位置坐标(所描的点一般用“”标明)。(3)连线：用一条平滑

5、的曲线或直线“拟合”这些点。仔细观察所描各点的分布情况。用一条直线“拟合”这些点，即让所画的直线连接尽可能多的点，不能连接的点应均匀分布在直线两侧，舍弃离直线较远的点。4.实验结论 如果画出的 vt 图像是一条倾斜的直线，说明小车做速度均匀变化的直线运动。图像和纵坐标轴的交点表示开始计时时小车的速度初速度。六、注意事项 1.开始放开小车时，应使小车靠近打点计时器。2.先启动打点计时器，等打点稳定后，再放开小车。3.打点完毕，立即关闭电源。4.选取一条点迹清晰的纸带，舍掉开头点迹密集部分，选取适当的计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔 T 等于多少。5.不要分段测量各段距离，

6、应尽可能地一次测量完毕(可统一量出各计数点到计时起点的距离)。6.在坐标纸上画 vt 图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像大致布满坐标纸。探究 1 实验原理与操作【例 1】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，(1)下列给出的器材中，有一部分已经选好了，请选出还需要的器材。A.电磁打点计时器 B.天平 C.低压交变电源 D.低压直流电源 E.细绳和纸带 F.槽码和小车 G.秒表 H.一端有滑轮的长木板 I.刻度尺 选出的器材有 AEFH，还需要_。(2)某同学按照以下步骤进行操作：A.换上纸带重复做三次，选择一条较为理想的纸带；B.将电磁打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，接上

7、电源；C.把小车停在靠近电磁打点计时器的地方，先放开小车，再启动电磁打点计时器；D.断开电源，取下纸带；E.把一条细绳拴在小车前端，绳跨过滑轮挂上槽码，把纸带固定在小车后端并让纸带穿过电磁打点计时器。以 上 步 骤 有 错 误 的 是 _(填 步 骤 前 的 字 母)，应 更 正 为_；步骤合理的顺序是_(填步骤前的字母)。【训练 1】关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作，下列说法不正确的是()A.长木板不能侧向倾斜，但可适当一端高一端低 B.牵引小车的槽码个数越多越好 C.应先接通电源，待计时器打点稳定后再释放小车 D.要在小车到达定滑轮前使小车停止运动 探究 2 数据处理与误差分

8、析【例 2】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器使用的交变电源的频率为 50 Hz，记录小车运动的一段纸带如图所示，在纸带上选取 A、B、C、D、E、F 六个计数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出。(1)由纸带提供的数据求出打下 C、E 两点时小车的速度，填入下表：计数点序号 B C D E 计数点对应的时刻 t/s 0 0.1 0.2 0.3 打下计数点时小车的速度v/(ms1)0.25 0.45 (2)根据上表中的数据，在图中作出小车运动的 vt 图线，分析可知小车速度随时间变化的规律为_。(3)根据作出的 vt 图线可得小车运动的加速度为_m/s2。数据处理的规范要求

9、(1)处理纸带时，一定要分清计时点和计数点，搞清计数点之间的时间间隔 T。(2)明确坐标轴的意义并选取合适标度，既要把数据标注在坐标系中，又要匀称直观，合理分布，大小适中。(3)如果坐标系中的数据点大致落在一条直线上，作图线时应使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应均匀分布在直线两侧；如果图线是曲线，要用平滑的曲线连接各点。【训练 2】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器的工作频率为 50 Hz，如图甲所示是一次记录小车运动情况的纸带，图中 A、B、C、D、E、F、G 为计数点，相邻计数点间还有四个点未画出。(1)根据运动学有关公式可求得 vB16.50 cm/s，vC_

10、 cm/s，vD26.30 cm/s；(2)利用求得的数值在图乙所示的坐标系中作出小车的 vt 图线(以打 A 点时开始计时)，并根据图线求出小车运动的加速度 a_ m/s2；(3)将图线延长使其与纵轴相交，交点的纵坐标是_ cm/s，此速度的物理意义是_。探究 3 实验创新【例 3】如图是小球沿斜面滚下的频闪照片，照片中相邻小球像间的时间间隔是0.1 s，这样便记录了小球运动的时间。小球运动的位移可以通过刻度尺读出。(1)试作出小球滚下过程的 vt 图像；(2)求出小球滚下过程的加速度大小。【训练 3】做加速直线运动的小车，牵引一条纸带通过打点计时器，交流电源的频率是 50 Hz，由纸带上打

11、出的某一点开始，每 5 个点剪下一段纸带，如图所示，每一小段纸带的一端与 x 轴相重合，左边与 y 轴平行，将纸带贴在坐标系中。(1)仔细研究图像，找出小车在相邻时间内位移存在的关系；(2)设 T0.1 s，请画出该小车的 vt 图像；(3)根据图像求其加速度。1.(2022湖北部分重点高中高一上期中)小明同学按如图所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验。(1)释放小车时，实验装置如图甲所示，指出该装置中操作错误的是_。A.电磁打点计时器接在直流电源上了 B.小车质量没有远大于槽码质量 C.小车离打点计时器过远(2)如图乙为改正装置后打下的一条纸带的中间部分，A、B、C、D 为其中连

12、续打出的四个点(已知打点计时器打点时间间隔 T0.02 s)。由于操作不慎，C 点模糊了，小明仍用此纸带来研究。从图上可以读得 A 点在刻度尺上位置的读数为_ cm，在打下C 点时小车的速度最接近于 _ m/s(结果保留3 位有效数字)。2.如图所示是用打点计时器测瞬时速度实验时得到的一条纸带的一部分，从 0 点开始依照打点的先后依次标为 0、1、2、3、4、5、6、，相邻两计数点的时间间隔用 T 来表示，现在量得 0、1 间的距离 x15.18 cm，1、2 间的距离 x24.40 cm，2、3 间的距离 x33.62 cm，3、4 间的距离 x42.78 cm，4、5 间的距离 x52.0

13、0 cm，5、6 间的距离 x61.22 cm(电源频率为 50 Hz)。(1)根据上面记录，计算打点计时器在打 3 点时的速度并填在下表中(保留到小数点后 2 位)。位置 1 2 3 4 5 v/(ms1)1.20 1.00 0.60 0.40(2)根据(1)中表格，在图中画出小车的速度时间图像。(3)在“使用打点计时器测速度”的实验中，除电源、纸带外，还需选用的仪器是_。A.停表 B.刻度尺 C.天平 D.打点计时器(4)计算小车的加速度 a_(保留 2 位有效数字)。3.某同学在玩具赛车的赛车场看赛车比赛时，用相机连拍功能对经过的某玩具赛车进行了连拍，然后他把连拍后的照片对应赛道位置排列好，排列好的位置关系如图所示。已知该照相机的连拍频率是每秒 10 片，照片与实物的比例为 110。为了判断该赛车的运动情况，该同学对整理好的照片进行了研究。请根据图中数据回答下列问题：(1)该照相机连拍时，其拍摄周期为 T_ s。(2)图中从左向右玩具赛车在第二个位置的速度 v2_ m/s，赛车在第五个位置的速度 v5_ m/s。(3)该玩具赛车在连拍时间内的平均加速度 a_ m/s2。