第二章 1 实验：探究小车速度随时间变化的规律

1实验：探究小车速度随时间变化的规律实验目的、实验器材、实验原理实验目的1.练习使用打点计时器及利用纸带求速度.2.探究小车速度随时间变化的规律，学会用v－t图象处理实验数据．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、钩码、刻度尺、坐标纸．实验原理1.打点计时器打出的纸带能记录运动物体在不同时刻的位置.2.求纸带上某点的瞬时速度一般用一小段时间内的平均速度代替.3.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，说明物体的速度是均匀变化的.1．把长木板放在实验桌上，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．实验步骤图2-1-12．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上钩码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面．3．把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，释放小车．4．换上新的纸带，重复实验两次．5．增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验．1．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器．2．先接通电源，等打点稳定后，再释放小车．3．打点完毕，立即断开电源．4．要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰．5．选取一条点迹清晰的纸带，适当选取计数点，弄清时间

间隔T.6．画v－t图象时，应使图象尽量分布在较大的坐标平面内.注意事项【典例1】在探究“小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学操作以下实验步骤，其中错误或遗漏的步骤有(遗漏步骤可编上序号G……)________． A．将小车安放至靠近打点计时器处，先放开小车，再接

通电源

B．将打点计时器固定在平板上没有滑轮的一端，并接好

电路对基本实验要求的考查本实验中因考查基本实验要求的题目多有出现，所以对实验原理、实验器材、实验步骤及注意事项等应熟练掌握．C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适

当重的钩码D．取下纸带E．将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速

运动F．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔将以上步骤完善后写出合理的步骤顺序________．解析实验中，为保证纸带上的打点范围，充分利用纸带，应先接通电源，后放开小车．步骤A有错误；实验中为保护打点计时器，打完纸带应立即关闭电源，步骤D有遗漏；为了处理数据时有可选择性，实验应重复打三条纸带，应补充该步骤．答案

(1)步骤A中应先通电，再放纸带(2)步骤D中取下纸带前应先断开电源(3)补充步骤G：换上新纸带，重复三次实验步骤顺序BECFADG【跟踪1】在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，给你以下器材：打点计时器、电池组、纸带、复写纸、停表、天平(带砝码)、小车、钩码、细绳、一端带有定滑轮的长木板．其中不需要的器材是________、________、______，还需要增添的器材有________、________和________．

答案电池组停表天平(带砝码)导线低压交流电源刻度尺(1)在三条纸带中选择一条点迹最清晰的纸带．(2)找一个适当的点作计时起点(0点)．(3)每5个点(相隔0.1s)取1个计数点进行测量．(如图2－1－2所示)(4)采集数据的方法：量出各个计数点到计时零点的距离：d1、d2、d3、……算出相邻的两个计数点的距离：x1＝d1；x2＝d2－d1；x3＝d3－d2；x4＝d4－d3；……数据处理1．纸带的选取与测量图2－1－22．瞬时速度的计算(2)设计表格并记录相关数据位置编号012345时间t/s00.10.20.30.40.5x/m(dn－dn－1)/mv/(m·s－1)(1)定标度．(2)描点．(3)连线：用一条曲线或直线“拟合”这些点．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．分析小车运动的v－t图象，描述小车的运动速度随时间的变化规律．3.画出小车的v－t图象4．分析实验结果得出实验结论【典例2】在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，图2－1－3给出了从0点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6都为计数点，测得x1＝1.40cm，x2＝1.90cm，x3＝2.38cm，x4＝2.88cm，x5＝3.39cm，x6＝3.87cm.

那么：(1)在打点计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为v1＝________cm/s，v2＝________cm/s，v3＝________cm/s，v4＝________cm/s，v5＝________cm/s.图2－1－3(2)在平面直角坐标系中作出速度－时间图象．(3)分析小车运动速度随时间变化的规律．解析

(1)显然，两相邻的计数点之间的时间间隔为T＝0.02×5s＝0.1s．对应各点的速度分别为：(2)按照横坐标每0.1s为1个分度，纵坐标每10cm/s为1个分度建立直角坐标系，根据上面计算出来的各计数时刻的速度值，用描点法即可作出小车运动的v－t图象，如答案图所示．(3)根据小车运动的v－t图象是一条向上倾斜的直线，可判断小车运动的速度是随时间均匀增加的．答案

(1)16.50

21.40

26.30

31.35

36.30(2)如下图所示

(3)见解析 (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)利用极限思想将平均值过渡到瞬时值是物理学中常用的方法．纸带上某点的瞬时速度等于以此为中心的前、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．【跟踪2】运动小车拖动的纸带经过打点计时器后，在纸带上留下的点中有6个连续清晰的点，测出这6个点的第1点到第6点的距离为18cm，则小车运动的平均速度为(

)． A．0.03m/s B．1.5m/s C．1.8m/s D．180m/s

答案

C1．在实验过程中，对于减小实验误差来说，下列说法中有益的是 (

)． A．选取计数点，把每打5个点的时间间隔作为一个时间

单位

B．使小车运动的加速度尽量地小些 C．舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰、点间间隔

适当的一部分进行测量、计算

D．选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验对实验操作的考查解析要减小实验误差，应从误差产生的来源进行分析，从而采取措施，本实验主要从如何打好纸带和如何较准确地测量距离、实验器材的选取等几个方面来考虑．选取计数点时，利用点迹清晰、点间间隔适当的那一部分进行测量、计算可减小测量误差；选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验，可以减小因速度变化不均匀带来的误差．答案

ACD2．关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作，下列说法错误的是 (

)． A．长木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低 B．在释放小车前，小车应紧靠在打点计时器处 C．应先接通电源，待打点计时器开始打点后再释放小车 D．要在小车到达定滑轮前使小车停止运动

解析实验对长木板是否一端高一端低无要求，A错．释放小车前，小车应紧靠打点计时器，这样小车运动后才能带动纸带在纸带上打出更多的点，B对．先接通计时器电源使其打点，再释放小车，才能在纸带上打出初速度为零的点，为防止仪器受损，应在小车到达定滑轮前使小车停止运动，故应选A.

答案

A3．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，得到如图

2－1－4所示的纸带，其中A、B、C、D、E、F、G为计数点，相邻两计数点间的时间间隔为T，x1、x2、x3、x4、x5、x6分别为AB、BC、CD、DE、EF、FG间的位移，下列可用来计算打D点时小车速度的表达式是 (

)．实验数据处理及分析图2－1－4答案

BC4．在探究匀变速直线运动的实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz，记录小车运动的纸带如图2－1－5所示，在纸带上依次选择6个