1实验：探究小车速度随时间变化的规律［学习目标］1.进一步练习使用打点计吋器.2.会利用平均速度求瞬吋速度.3.会利用l十图彖处理实验数据，并据此判断物体的运动性质.4.能根据实验数据求加速度.明确原理提炼方法技能储备一、实验原理1.利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点为中间时刻取一小段位移，用这段位移的平均速度表示这点的瞬时速度.2.用v-t图象表示小车的运动情况：以速度y为纵轴、时间r为横轴建立直角坐标系,用描点法画出小车的y—r图象，图线的倾斜程度表示加速度的大小,如果y—十图象是一条倾斜的直线，说明小车的速度是均匀变化的.二、实验器材打点计时器（带导线）、交流电源、纸带、一端附有定滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、复写纸、坐标纸.三、实验步骤1.如图1所示，把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，打点计时器固定在长木板程宜泄轮的一端，连接好电路.2.把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下面挂上适当的钩码，把纸带穿过打点计时器,并把纸带的一端连在小车的后面.3.把小车停在靠近打点计时器的位置，先接通电源,后释放小车（填“接通电源”或“释放小车”），让小车拖着纸带运动，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.换上新纸带，重复操作两次.四、数据处理1.采集数据如图2所示，一般不是直接测量相邻两个计数点间的距离，而是先测量出各个计数点到计时零点的距离盘、疋、尢、卫、尢，再计算岀相邻的两个计数点间的距离.=5=X2—X\9卜X3=X3—XzyAX\—X\—卜X§=X5—X\.
1.求各讣数点的瞬时速度A曲+Ax-i(1)各计数点对应的瞬吋速度用平均速度来代替，即旳J"士7为相邻两个计数点I'可的时I'可I'可隔，若交流电源频率为50Hz,每5个点取一个讣数点(中问隔4个点)，则7=0.1s.(2)设计表格并记录相关数据位置编号1234567时刻t/s0.10.20.30.40.50.60.7v/(m•s-1)2.作出小车运动的v-t图象(1)定标度：坐标轴的标度选取要合理，应使图彖人致布满坐标纸.(2)描点：在坐标纸上描出各个坐标点的位置.(3)连线：用一条平滑的曲线或直线“拟合”这些点.3.分析数据并求出加速度(1)如果画出的y—十图象是一条倾斜的直线，说明小车做速度均匀变化的直线运动.图竝纵轴的交点表示开始计吋吋小车的速度.⑵求出小车的加速度在v-t图象上任意取两个间隔较远的点(这两个点不一定是我们表格中已测得的点)，找出它Av们的坐标值，然后把它们的坐标值代入公式心P屮求出加速度，即用图线的斜率求加速度.五、注意事项1.开始释放小车时，应使小车靠近(填“靠近”或“远离”)打点计时器.2.先接通电源,等打点稳定后，再释放小车(填“接通电源”或“释放小车”).3.打点完毕，立即关闭电源.4.选収一条点迹清晰的纸带，舍掉开头点迹密集部分，选収适当的计数点(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，应尽可能地一次测量完毕(可统一塑出各计数点到计数起点0之间的距离).
1.在坐标纸上画v-t图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象大致布满坐标纸.一、实验器材和操作【例11某同学按图3所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验.图3⑴图中仪器昇叫做计时器，使用220V电源(选填“交流”或“直流”),释放小车前，小车应停在(填“靠近”或“远离”)仪器〃的位置.(1)使用打点计时器来分析物体运动情况的实验中，有以下基本步骤：A.松开纸带让物体带着纸带运动B.穿好纸带C.把计时器固定好D.接通电源，进行打点以上步骤的正确顺序是・答案(1)电火花交流靠近(2)CBDA解析(1)题图中仪器昇叫做电火花计时器，使用220V交流电源，实验过程中，放开小车前,小车要靠近打点计时器；(2)使用打点计吋器来分析物体运动情况的实验中，基本步骤为：先把计时器固定好，穿好纸带，再接通电源，进行打点，之后松开纸带让物体带着纸带运动，故正确的顺序是CBDA.【考点】实验器材和操作【题点】实验操作过程二、实验数据处理【例2】在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图4所示为一次记录小车运动情况的纸带，图屮久B、C、D、F为相邻的计数点U点为第一个点)，相邻计数点间的吋间I'可隔T=Q.1s.“I位：cm60.30105.60图4
(1)根据计算各点的瞬时速度，则VD=m/s,Vc=m/s,vB=m/s.(2)在如图5所示坐标系中画出小车的y—广图线，并根据图线求出日=
Ut/s图5(1)将图线延长与纵轴相交，交点的速度的物理意义：答案(1)利用某段时间内的平均速度表示中间时刻的瞬时速度3.902.641.38(2)见解析图12.6m/s2(3)表示零时刻小车经过A点的速度大小解析(1)若时间较短，平均速度可以代替屮间时刻的瞬时速度.〃点的瞬时速度%=茅7腭J=390cm/s=3.90m/s――nc亠.亠宀xbd52・80cmzzG点的瞬时速度=—=264cm/s=2.64m/sZ1U.Zs一/nc4亠宀xm27・60cmzz〃点的瞬时速度r^=—=—=138cm/s=1.38m/s2/1v.Zs⑵由⑴中数据画出小车的u—Z图彖如图所示，由图线的斜率可求得小车的加速度Av.2日=厶£~12・6m/sy/(ms_l)/////0().10.20.3t/s(3)将图线延长后，与纵轴的交点的速度表示零时刻小车经过点的速度大小.【考点】实验数据的处理【题点】v~t图象描绘及加速度的求解厂总结提升)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工2.利用极限思想将平均值过渡到瞬时值是物理学屮常用的方法.纸带上某点的瞬时速度等于
以此点为屮间时刻的前、后相邻两点间的平均速度.1.标度的选择要结合数据及其分布特点制定，以使图象在坐标系中合理分布，大小适中.
1.（实验器材和操作）在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，所需器材有：打点计时器（带导线）、长木板、纸带、复写纸、小车、钩码、细线，此外还需要的器材有（）A.直流电源、天平及祛码B.直流电源、毫米刻度尺C.交流电源、天平及舷码D.交流电源、毫米刻度尺答案D解析在实验中无需测小车质量，故不用天平和耘码；测量纸带数据需要使用毫米刻度尺；打点计时器使用的是交流电源，故D正确.【考点】实验器材和操作【题点】实验器材2.（实验器材和操作）在“探究小车速度随时间变化的规律”实验屮，下列说法正确的是（）A.小车在钩码的牵引下运动时只需打一条纸带，然后进行数据处理B.为使测量更为严谨，应把打下的第一个点作为第一个测量点C.为了便于测量，应舍掉开头一些过于密集的点，找一个适当的点当作计时起点D.两相邻计数点间的时间间隔必须是0.1s答案C解析小车在钩码的牵引下运动时，需要采用多次测量，打出多条纸带，进行数据处理，有利于减小误差，故A错误；纸带上开始吋打的点比较密集，点距过小，测量误差较大，故应舍去，找一个适当的点当作计时起点，故B错误，C正确；选取计数点，可增加测量距离，减小测量过程所产生的误差，两相邻计数点间的时间间隔不一定取0.1s,故D错误.【考点】实验器材和操作【题点】实验操作过程3.（实验器材和操作）在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学进行了以下实验操作步骤，试找出其屮错误和遗漏的步骤（遗漏步骤已编上序号G）.A.拉住小车，将小车移到靠近打点计时器的一端后，放开小车，再接通电源B.将打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，并接好电路C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的钩码D.取下纸带，再断开电源R.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔（2）；
（3）G.；正确的步骤顺序为.答案（1）A中应先接通电源，再放开小车（2）D中应先断开电源，再取下纸带（3）换上新纸带，重复操作两次BECADGF【考点】实验器材和操作【题点】实验操作过程1.（实验数据的处理）在“探究小车速度随吋间变化的规律”实验屮，下列说法不正确的是（）A.纸带上可以每隔任意相同数量的点选取一个计数点B.使用刻度尺测量长度时，要进行估读C.作v~t图象时，所描曲线必须经过每一个点D.在数据处理时，常用公式法和图象法答案C解析实验中可以每隔任意相同数量的点选収一个计数点，A对；使用刻度尺测量长度时，要进行估读，B对；作y—r图象时，应使尽量多的点落在线上，离线较远的点舍弃，C错；处理数据时，常选择公式法和图彖法，D对.【考点】实验数据的处理【题点】实验数据的处理2.（实验数据的处理）在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图6甲所示，并在其上取了水B、C、D、E、F、G共7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点图屮没有画出，电火花计时器接220V、50Hz交流电源.他经过测量并计算得到电火花计时器在打从C、D、E、F各点时小车的瞬时速度如下表：对应点BCDEF速度(m/s)0.1410.1850.2200.2540.301甲
|V/(乙r/s图6（1）设电火花计时器的打点周期为7；计算〃的公式为你=；⑵根据⑴中得到的数据，以力点对应的时刻为（=0,试在图乙所示坐标系中合理地选择标度,作出v~t图象.（3）利用该图象求小车的加速度尸m/s2；（结果保留2位有效数字）⑷如果当时电网屮交变电流的电压变成210V,而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比（选填“偏大”“偏小”或“不变”）.答案⑴临#（2）见解析图（3）0.40（4）不变解析（1）若时间较短，平均速度可代替屮间时刻的瞬时速度，电火花计时器的打点周期为T,所以从F点到&点时间为107；有：半.（2）根据图小数据，利用描点法作出图象如图:0.2・・・・.■・・Z■・■■■■■■■■■■・■■■iMMMMI■W—IMWI—F"ww：BB3«S3：SS：♦■••••Meoeoooeo•・•■•■・・・■■“・■•・♦■■■■•・■■・・・■■・・S:"!::::::;::::::::MMMMI:s::■MSBO().102030.4().50.6t/s（3）图象斜率大小等于加速度大小，故$=*=0.40m/s2.（4）电网电压变化，并不改变打点的周期，故测量值与实际值相比不变.【考点】实验数据的处理【题点】卩一方图象的描绘及加速度的求解1.（实验数据的处理）如图7所示为一次记录小车运动情况的纸带，图屮久B、C、D、E、F、G为相邻的计数点，相邻计数点的时间I'可隔7-0.1s.
山・钳」・。0占2・38小2.88占3.39片3・87』cmABC
图7（1）在图8所示的坐标系中作出小车的y—广图线.（2）将图线延长与纵轴相交，交点的速度大小是cm/s,此速度的物理意义是⑶小车的加速度为.（保留3位有效数字）答案（1）见解析图（2）11.50表示力点的瞬时速度（3）0.495m/f解析根据图屮数据计算岀各点的速度，然后描点连线作岀图彖，如图所示.从图象上可以看出，将图线延长与纵轴相交，交点的速度大小是11.50cm/s,此速度的物理意义是表示力点的瞬时速度，在方图象中的斜率大小表示加速度的大小，求得加速度日=0.495m/s2.【考点】实验数据的处理【题点】方图象的描绘及加速度的求解
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