1、11 实验：探究小车速度随时间变化的规律考试属性知识内容 探究小车速度随时间变化的规律课时要求1.知道实验目的，说出实验中各器材的作用，并进行实验操作.2.会近似计算各计数点的瞬时速度及加速度.3.会利用 v t 图象处理实验数据，能据此判断小车速度随时间变化的特点.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 v 为纵轴、时间 t 为横轴建立直角坐标系，用描点法画出小车的 v t 图象，图线的倾斜程度表示加速度的大小，如果 v t 图象是一条倾斜的直线，说明小车的速度是均匀变化
2、的.二、实验器材打点计时器、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、坐标纸、复写纸.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没有滑轮的一端，连接好电路.图 12.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.2四、数据处理1.采集数据如图 2
3、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 x1、 x2、 x3、 x4、 x5，再计算出相邻的两个计数点的距离. x1 x1， x2 x2 x1， x3 x3 x2， x4 x4 x3， x5 x5 x4.图 22.求解速度(1)各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替，即 v1 ， v2 ， x1 x22T x2 x32TT 为相邻两个计数点间的时间间隔，若交流电源频率为 50 Hz，每 5 个点取一个计数点(中间隔 4 个点)，则 T0.1 s.(2)设计表格并记录相关数据位置编号 1 2 3 4 5 6 7时刻 t/s 0.1 0.2 0.3 0
4、.4 0.5 0.6 0.7v/(ms1 )3.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，应使图象大致布满坐标纸.(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.4.分析数据并求出加速度(1)如果画出的 v t 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.图象和纵轴的交点表示开始计时时小车的速度 初速度.(2)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)，找出它们的坐标值，然后把它们的坐标值代入公式 a 中求出加速度，即用图线的斜率求加 v t速度.五、注意事项
5、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.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3时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔 T 等于多少.4.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 1 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 3(1)图中仪器 A 叫做_计时器，使用 220 V_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 A
6、的位置.(2)使用打点计时器来分析小车运动情况的实验中，有以下基本步骤：A.松开纸带让小车带着纸带运动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 A 叫做电火花计时器，使用 220 V 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)使用打点计时器来分析小车运动情况的实验中，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，之后松开纸带让小车带着纸带运动，故正确的顺序是 CBDA.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
7、记录小车运动情况的纸带，图中 A、 B、 C、 D、 E 为相邻的计数点( A 点为第一个点)，相邻计数点间的时间间隔 T0.1 s.图 44(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 v t 图线，并根据图线求出 a_.图 5(3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度的物理意义：_.答案 (1)某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度 3.90 2.64 1.38(2)见解析图 12.6 m/s 2(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，则这段时间内的平均速度可以代替中间时刻的瞬时速度.D
8、点的瞬时速度vD 390 cm/s3.90 m/sxCE2T 78.00 cm0.2 sC 点的瞬时速度vC 264 cm/s2.64 m/sxBD2T 52.80 cm0.2 sB 点的瞬时速度vB 138 cm/s1.38 m/sxAC2T 27.60 cm0.2 s(2)由上述数据画出小车的 v t 图象如图所示，由图线的斜率可求得它的加速度 a v t12.6 m/s 21.26 m/s0.1 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 A 点的速度大小.51.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.利用极限思想将平均值过渡到瞬时值是物理
9、学中常用的方法.纸带上某点的瞬时速度等于该点前、后相邻两点间的平均速度.3.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”实验中，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 0.1 s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；纸带上开始时
10、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 0.1 s，故 D 错误.2.(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，试找出其中错误和遗漏的步骤(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E.将纸带固定在小车尾部，并穿
11、过打点计时器的限位孔F.从所打的纸带中选取理想的纸带进行测量分析错误和遗漏：_；_；G._；正确的步骤顺序为_.答案 A 中应先接通电源，再放开小车 D 中应先断开电源，再取下纸带 换上新纸带，重复操作两次 BECADGF3.(实验数据的处理)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，下列说法不正确的是( )6A.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取一个计数点，A 对；使用刻度尺测量长度时，要进行估读，B 对；作 v t
12、 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，常选择公式法和图象法，D 对.4.(实验数据的处理)在“探究小车加速度随时间变化的规律”中，算出各计数点的瞬时速度如下表：计数点序号 1 2 3 4 5 6计数点对应的时刻 t/s 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6小车的瞬时速度 v/(cms1 ) 44.0 62.0 81.0 100.0 110.0 168.0为了算出小车的加速度，最好的方法是( )A.根据任意两个计数点的速度，用公式 a 算出加速度 v tB.依次算出连续两个计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度C.根据实验数据画出 v t 图象，
13、量出其倾角 ，由公式 atan 算出加速度D.根据实验数据画出 v t 图象，由图象上任意两点所对应的速度，用公式 a 算出加速 v t度答案 D解析 根据任意两个计数点的速度，用公式 a 算出加速度，偶然误差较大.依次算出连 v t续两个计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度，实际上只用到了首尾两个计数点的速度数据，中间各点的速度数据在计算中因相互抵消而丢失了，偶然误差也较大.用图象法处理实验数据是减小偶然误差的最好方法，但不能量角度算正切值求加速度，因为纵轴与横轴的标度不统一.故正确答案为 D.5.(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，用打点周期为 0.02
14、s 的计时器记录小车运动的纸带如图 6 所示，在纸带上选择 0、1、2、3、4、5 共 6 个计数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出，纸带旁并排放着带有最小分度为毫米的刻度尺，零刻度线跟“0”计数点对齐.由图可以读出三个计数点 1、3、5 跟 0 点的距离 d1、 d2、 d3.7图 6(1)读出距离： d11.20 cm， d2_cm， d3_cm.(2)计算小车通过计数点“2”的瞬时速度 v2_m/s；(结果保留两位有效数字)(3)小车的加速度大小 a_m/s 2.(结果保留两位有效数字)答案 (1)5.40 12.00 (2)0.21 (3)0.60解析 (1)刻度尺的读数规则估读到最
15、小刻度的下一位.由毫米刻度尺的刻度可知d25.40 cm， d312.00 cm.最后一位“0”必须有.(2)小车通过计数点“2”的瞬时速度可用“1” 、 “3”间的平均速度表示，打点周期为 0.02 s，相邻两计数点之间还有四个点未画出，则计数点之间的时间间隔 T0.1 s， v2 0.21 m/s.d2 d12T(3)同样，可以计算小车通过计数点“4”的瞬时速度 v4 0.33 m/s，则小车加速d3 d22T度 a 0.60 m/s 2. v t v4 v22T6.(实验数据处理)(2018浙江 91 高中联盟联考)某同学用如图 7 甲所示器材探究小车速度随时间变化的规律，实验中得到如图
16、乙所示纸带，在纸带上确定出 A、 B、 C、 D、 E、 F 共6 个计数点，其中计数点 F 在图乙中未显示.图 7(1)下列说法正确的是_.A.释放小车前，小车应置于靠近滑轮处B.图示电火花计时器所需电源为 6 V 交流电C.需先接通计时器电源，再让小车运动D.若遇停电，可改用蓄电池给计时器供电8(2)计数点 B 对应的刻度尺读数为_mm；(3)计数点 B 对应小车速度大小为_m/s.(已知该实验中所用交流电源的频率为 50 Hz)(4)实验测得计数点 C、 D、 E 对应小车速度分别为 vC0.350 m/s、 vD0.398 m/s、 vE0.443 m/s，以打 A 点开始计时，在图
17、8 坐标中作出小车的 v t 图，并根据图线求出小车运动的加速度 a_m/s 2.图 8答案 (1)C (2)33.0(32.533.2) (3)0.303(0.3010.305) (4)如图所示 0.48(0.450.55)7.(实验数据处理)某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出 0、1、2、3、4、5、6 共 7 个测量点.其中相邻点间的距离如图 9 所示，每两个相邻的测量点之间的时间间隔为 0.1 s，则：图 99(1)根据纸带上各个测量点间的距离，某同学已将 1、2、3、5 点对应的瞬时速度进行计算并填入表中，请你将 4 点对应的瞬时速度填入表中.(要求保留三位有效数字).瞬时速度 v1 v2 v3 v4 v5数值/(ms1 ) 0.165 0.214 0.263 0.363(2)以打 0 点时开始计时，在图 10 所示直角坐标系中画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线.图 10(3)由图象求小车的加速度 a.(保留三位有效数字)答案 (1)0.314 (2)见解析图 (3)0.495 m/s 2解析 (1)4 点对应的瞬时速度v4 m/s0.314 m/s.11.95 5.6810 220.1(2)描点作图(3)根据图象得： a m/s20.495 m/s 2.0.363 0.1650.4
