实验一探究小车速度随时间变化的规律

第一节研究小车速度随时间变化的规律【实验基础知识】一、实验原理与操作1.两种打点计时器(1)作用：计时仪器，当所用沟通电源的频次f＝50Hz时，每隔s打一次点。电磁打点计时器：6V以下沟通电源(2)工作条件电火花计时器：220V沟通电源2．判断物体能否做匀变速直线运动的方法设x1、x2、x3、x4为纸带上相邻两个计数点之间的距离，若是x＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝＝常数，则与纸带相连的物体做匀变速直线运动。3．注意事项(1)平行：纸带和细绳要和木板平行。(2)两先两后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验完成应先断开电源后取纸带。(3)防备碰撞：在抵达长木板尾端前应让小车停止运动，要防备钩码落地和小车与滑轮相撞。(4)减小偏差：小车的加快度要适合大些，能够减小长度的丈量偏差，加快度大小以能在约50cm的纸带上清楚地拿出6～7个计数点为宜。二、数据办理与偏差剖析1．实验数据的办理(1)由纸带求物体运动速度：依据匀变速直线运动某段时间中间时刻的刹时速度等于这段时xn＋xn＋1间内的均匀速度，vn＝。2T(2)利用纸带求物体加快度①逐差法：依据x4－x1＝x52632(T为相邻两计数点之间的时间间隔)，求出1－x＝x－x＝3aTa＝x－2x，a2＝x－2x，a3＝x－2x，再算出a1、a2、a3的均匀值a＝a＋a＋a＝1×4152631233T3T3T33x4－x1x5－x2x6－x3（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）3T2＋3T2＋3T2＝9T2，即为物体的加快度。xn＋xn＋1②图像法：如图实Ⅰ－1所示，以打某计数点时为计时起点，利用vn＝求出打各点2T时的刹时速度，描点得v-t图像，图像的斜率即为物体做匀变速直线运动的加快度。2．偏差剖析(1)有时偏差：①纸带上计数点间距丈量有有时偏差，故要多测几组数据，以尽量减小偏差。②用作图法做出的v-t图像其实不是一条直线。为此在描点时最好用坐标纸，在纵、横轴上选取适合的单位，用细铅笔认真描点。(2)系统偏差：纸带运动时摩擦不均匀，打点不稳固惹起偏差，所以安装时纸带、细绳要与长木板平行，同时选择切合要求的沟通电源的电压及频次。3．注意事项(1)纸带选用：选择一条点迹清楚的纸带，舍弃点密集部分，适入选用计数点。(2)正确作图：在座标纸上，纵、横轴选用适合的单位(防止所描点过密或过疏，而致使偏差过大)，认真描点连线，不可以连成折线，应作一条直线，让各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀散布在直线的双侧。【典型例题剖析】考点一实验原理与操作研究小车匀变速直线运动的实验装置如图实甲所示此中斜面倾角θ可调，打点计时器的工作频次为50Hz，纸带上计数点的间距如图乙所示，此中每相邻两点之间还有4个记录点未画出。(1)部分实验步骤以下：A．丈量完成，封闭电源，拿出纸带B．接通电源，待打点计时器工作稳固后松开小车C．将小车停靠在打点计时器邻近，小车尾部与纸带相连D．把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔上述实验步骤的正确次序是：________。(用字母填写)(2)图乙中标出的相邻两计数点的时间间隔T＝______s；(3)计数点5对应的刹时速度大小计算式为v5＝________；(4)为了充分利用记录数据，减小偏差，小车加快度大小的计算式应为a＝________。[答案](1)DCBA(2)(3)s4＋s5(4)s6＋s5＋s4－s3－s2－s12T9T21．(2018·合肥检测)某同学用如图甲所示的实验装置研究匀变速直线运动。实验步骤以下：A．安装好实验器械B．让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打下一系列小点，重复几次，选出一条点迹比较清楚的纸带，从便于丈量的点开始，每五个点取一个计数点，如图乙中a、b、c、d等点C．测出x1、x2、x3联合上述实验步骤，请你持续达成以下任务：(1)实验中，除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外，在以下仪器和器械中，一定使用的有________。(填选项代号)A．电压适合的50Hz沟通电源B．电压可调的直流电源C．停表D．刻度尺E．天平F．重锤G．弹簧测力计(2)假如小车做匀加快运动，

所得纸带如图实Ⅰ－

3乙所示，则

x1、x2、x3的关系是

________，已知打点计时器打点的时间间隔是

t，则打

c点时小车的速度大小是

________。分析(1)实验中打点计时器要使用50Hz的低压沟通电源；丈量x1、x2、x3要使用刻度尺；实验中无需使用停表、天平、重锤和弹簧测力计，应选A、D。(2)因小车做匀加快直线运动，

所以相邻相等时间内的位移之差是恒量，

故x3－x2＝x2－x1；c点是bd段的时间中点，则c点的刹时速度等于该段的均匀速度，即x2＋x3x2＋x3vc＝2×5t＝10t。x2＋x3答案(1)AD(2)x3－x2＝x2－x110t考点二实验数据的办理例题2：实验中，以下图为一次记录小车运动状况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔T＝s。(1)依据纸带可判断小车做________运动。(2)依据纸带计算各点刹时速度：vD＝________m/s，vC＝________m/s，vB＝________m/s。在如图实Ⅰ－5所示坐标中做出小车的v-t图线，并依据图线求出a＝________。(3)将图线延伸与纵轴订交，交点的速度的物理意义是________。[分析](1)依据纸带供给的数据可知x－xAB＝x－xBC＝xDE－x＝cm，BCCDCD故小车做匀加快直线运动。(2)依据vt＝v可知2vD＝错误!m/s＝m/svC＝错误!m/s＝m/svB＝错误!m/s＝m/s描点连线得以下图v-t图线，依据图线斜率知a＝m/s2(3)图线与纵轴交点的速度的物理意义是零时刻小车经过A点的速度。[答案](1)匀加快直线(2)看法析图m/s2(3)零时刻小车经过A点的速度2．(2016·天津理综)某同学利用图装置研究小车的匀变速直线运动。(1)实验中，必需的举措是________。A．细线一定与长木板平行B．先接通电源再开释小车C．小车的质量远大于钩码的质量D．均衡小车与长木板间的摩擦力(2)他实验时将打点计时器接到频次为50Hz的沟通电源上，获得一条纸带，打出的部分计数点如图实Ⅰ－7所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)。s12＝cm，s3＝cm，s＝cm，s4＝cm，s5＝cm，s6＝cm。则小车的加快度a＝________m/s2(要求充分利用丈量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度vB＝________m/s。(结果均保存两位有效数字)分析(1)若细线与长木板不平行，跟着小车渐渐凑近滑轮，细线与水平方向的夹角增大，小车所受协力随之变化，所以小车的加快度发生变化，即小车不做匀变速直线运动，故细线一定与长木板平行，A选项必需。先接通电源，待打点计时器稳固工作后再开释小车，点迹按匀变速运动规律展此刻纸带上；若先开释小车再接通电源，则开始阶段点迹不规律，偏差较大，故B项必需。该实验研究小车的匀变速直线运动，与小车所遇到的协力及协力大小的计算没关，故C、D项不用要。(2)沟通电的频次为f＝50Hz，相邻两计数点间的时间间隔t＝s，由逐差法可求小车的加快度。（s654321）（－）×10－2a＝＝－2m/s2＝m/s2（3t）29×10vB＝s1＋s2＝错误!m/s＝m/s。2t答案(1)AB(2)考点三实验的改良与创新本实验能够从实验装置和数据办理方案两个方面进行改良和创新。由小车的重力沿斜面方向的分力供给由遮光片的宽度d和遮光片挡光实验装置的创新t求速度v＝d动力时间t1.利用光电门：由v＝d求速度，而后由速度位移关系求加快度。t12.利用纸带或频闪照相测得运动的位移和时间：(1)若初速度为零，则x＝2数据办理方案创新at2，所以做出x－t2图线，图线斜率的2倍即为物体的加快度。若物体的初速度不为零，则x＝v0t＋1at2，可得x＝v0＋1at，所以做出－2t2txt图线，图线斜率的2倍即为物体的加快度。例题3光电计时器也是一种研究物体运动状况的常用计时仪器，其构造如图实甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间经过时，光电计时器就能够精准地把物体从开始挡光到挡光结束的时间记录下来。现利用图乙所示的装置丈量滑块和长木板间的动摩擦因数，图中MN是水平桌面，Q是长木板与桌面的接触点，1和2是固定在长木板适合地点的两个光电门，与之连结的两个光电计时器没有画出，长木板顶端P点悬有一铅锤，实验时，让滑块从长木板的顶端滑下，光电门1、2各自连结的计时器显示的挡光时间分别为×10－2s和×10－3s。用精度为mm的游标卡尺丈量滑块的宽度d，其示数如图丙所示。(1)滑块的宽度d＝________cm；(2)滑块经过光电门1时的速度v1＝________m/s，滑块经过光电门2时的速度v2＝________m/s。(结果保存两位有效数字)(3)由此测得的刹时速度v1和v2不过一个近似值，它们实质上是经过光电门1和2时的________，要使刹时速度的丈量值更凑近于真切值，可将________的宽度减小一些。[分析](1)d＝10mm＋mm×2＝mm＝cm。v1＝d＝错误!m/s＝m/st1dv2＝＝错误!m/s＝m/sv1、v2实质上是经过光电门1和2时的均匀速度，要使刹时速度的丈量值更凑近于真切值，可将滑块的宽度减小一些。[答案](1)(2)(3)均匀速度滑块例题4：某同学用如图甲所示的实验装置研究小车在圆滑斜面上匀加快下滑的运动规律。先从斜面高处静止开释小车，随后才开启位移传感器(一种丈量物体走开传感器距离的工具，以开启瞬时记为t＝0)丈量小车与传感器间距x与时间t的关系。可是因为操作失误，本应在计算机x屏幕上显示的x-t图像被改为-t图像，实验结果如图乙所示。依据此图像：t＝s末，小车与传感器间距x＝________；(2)传感器开启瞬时小车运动的