专题2.1实验探究小车速度随时间变化的规律

第二章匀变速直线运动的研究第1节实验探究小车速度随时间变化的规律【知识清单】一、实验装置按照图示装置探究小车速度随时间变化规律时，目的是探究小车在恒力作用变速运动的规律。图中长铝板（填“要求”或“不要求”）水平放置，要求细线与平行。二、实验操作１.为了能使纸带上更多的记录有效数据，释放小车前应使小车停在地方。２.关于释放小车与接通电源的顺序应是先再。３.小车打下纸带后应随即关闭电源再更换纸带，关闭电源的目的是，增减槽码的目的是。三、数据记录在选好的纸带上，舍掉的点，找一个适当的点作为计时起点。选择相隔0.1s的若干进行测量，填入设计好的表格中，并计算也填入表格中。四、数据分析以为纵轴、以为横轴建立直角坐标系，根据表中的相应数据，描点作出图线。观察所描点的分布规律，可猜想理想情况下速度与时间的关系上.【答案】一、不要求铝板面二、１.靠近打点计时器２.接通电源释放小车３.防止打点计时器线圈长时间工作而烧坏探究不同变速运动中速度变化规律三、开头过于密集计数点每个计数点的瞬时速度四、速度时间vt线性关系【考点题组】【题组一】实验原理及操作１.如图甲所示，为某同学所安装的“探究小车速度随时间的变化规律”的实验装置，在图示状态下，开始做实验，该同学的装置中存在的主要错误是：

（1）

________；（2）

________；（3）

________；【答案】（1）小车左端细线未水平

（2）电源应改用交流电源

（3）开始实验时，小车离滑轮太近【解析】小车左端细线不水平，将导致小车在运动过程中所受合力不停发生变化，小车的运动不再是匀变速运动。打点计时器的工作电源均是交流电流。开始实验时，小车应停在靠近打点计时器有地方，以增加纸带上能记录的有效数据。２.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，采取下列哪些措施，有利于减小纸带因受到的摩擦而产生的误差()A．改用直流6V的电源B．电源电压越低越好C．用平整的纸带，不用皱折的纸带D．纸带不要穿过限位孔【答案】C【解析】打点计时器使用的电源是交流电源，用直流电源不会工作，故A错误。电源电压偏低会使得打出的点迹不够清晰，故B错误。用平整的纸带，不用皱折的纸带，皱折的纸带与计时器间的摩擦阻力较大且不稳定，故C正确。纸带不穿过限位孔，不能保证能在纸带上打点，故D错误．３.接通打点计时器电源和让纸带开始运动，这两个操作之间的时间顺序关系是()A．先接通电源，后让纸带运动B．先让纸带运动，再接通电源C．让纸带运动的同时接通电源D．先让纸带运动或先接通电源都可以【答案】A【解析】如果先释放纸带后接通电源，有可能会出现小车已经拖动纸带运动一段距离，电源才被接通，那么纸带上只有很小的一段能打上点，大部分纸带没有打上点，纸带的利用率太低；所以应当先接通电源，后让纸带运动，故A正确。４.用打点计时器可测纸带运动的时间和位移．下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤，按照你对实验的理解，在各步骤空白处填上适当的内容，然后按实际操作的合理顺序，将各步骤的字母代号按顺序写在空白处．A．在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在低压______(填“交流”或“直流”)电源的两个接线柱上．B．把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过______，并压在________下面．C．用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离Δx.D．切断电源，取下纸带，如果共有n个清晰的点，则这段纸带记录的时间Δt＝________________________．E．打开电源开关，再用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列小点．F．利用公式v＝eq\f(Δx,Δt)计算纸带运动的平均速度．实验步骤的合理顺序是________________．【答案】交流限位孔复写纸(n－1)×0.02sBAEDCF【解析】A项中电磁打点计时器应使用低压交流电源；B项中应将纸带穿过电磁打点计时器的限位孔，并放于复写纸的下方；D项中纸带上记录的时间Δt＝(n－1)×0.02s．合理的实验步骤为BAEDCF.５.用打点计时器可测物体运动的速度.下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤，按照你对实验的理解，在各步骤空白处填上适当的内容，然后按实际操作的合理顺序，将各步骤的字母代号按顺序写在空白处.A.把电火花计时器接在频率为50Hz的高压(选填“交流”或“直流”)电源上.B.把电火花计时器固定在桌子上，让纸带穿过限位孔，并压在下面.C.用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离Δx.D.切断电源，取下纸带，如果共有n个清晰的点，则这段纸带记录的时间Δt＝s.E.打开电源开关，再用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列小点.F.利用公式v＝eq\f(Δx,Δt)计算纸带运动的平均速度.实验步骤的合理顺序是.【答案】交流墨粉纸盘BAEDCF【解析】电火花打点计时器利用的是交变电流产生的高压脉冲形成火花放电的，其工作电源要求是220V的高压（相对于电磁打点计时器的4~6V的电源电压而言的）交流电源。打点时是通过火花熔化墨粉在纸带上形成点迹的，故纸带需压在墨粉盘的下面。电火花放电周期仍与所使用的交变电流周期相同，即每隔0.02s打下一个点，故打下相邻n个点的时间间隔为。每个实验步骤中均可先划分为准备、操作与处理三个阶段，再考虑每个阶段中步骤的逻辑性，故本实验中的合理步骤顺序为BAEDCF６.完成下列关于打点计时器的问题．(1)(多选)运动物体拉动穿过打点计时器的纸带，纸带上打下一系列点迹，纸带上的点迹直接记录了________．A．物体运动的时间B．物体的形状和质量C．物体在不同时刻的速度D．物体在不同时刻的位置和某段时间的位移(2)电火花打点计时器使用交流________V电源工作，它工作电源的频率是50Hz，如果用它测量速度时，实验者不知道工作电源的频率已变为60Hz，而仍按50Hz进行计算，这样算出的速度值与物体速度的真实值相比________(填“偏大”或“偏小”)．【答案】(1)AD(2)220偏小【解析】(1)打点计时器每隔一个固定周期打一个点，因此记录了物体运动的时间，故A正确；纸带上的点迹与物体的形状和质量无关，故B错误；因为纸带跟运动物体连在一起，打点计时器固定，所以纸带上的点迹就相应地记录了物体在不同时刻的位置，用刻度尺量出各点迹间的距离可知道物体在不同时间内的位移，再根据物体的运动性质可算出物体在不同时刻的速度，但速度这个量不是纸带上的点迹直接记录的，故C错误，D正确．(2)电火花打点计时器使用交流220V电源工作，打点周期与交流电的周期相同，T＝eq\f(1,f)＝0.02s，当电源频率变为60Hz时，实际打点周期将变小，而进行计算时，时间间隔还是按照0.02s计算，因此算出的速度数值将比物体速度的真实数值小．【题组二】数据分析与处理１.电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器．当电源的频率是50Hz时，它每隔0.02s打一次点．如图所示为某次实验打出的一条纸带，其中1、2、3、4为依次选定的计数点，相邻两个计数点的时间间隔为________s，根据图中标出的数据，可以得到实验物体运动的速度v2的大小为________m/s.【答案】0.11.23【解析】打点计时器的打点周期为0.02s，相邻计数点之间有5个时间间隔，因此计数点之间的时间间隔是0.1s；计数点2的瞬时速度可以用中间时刻的速度等于该过程中的平均速度求出，因此有：v2＝eq\f(x13,2T)＝eq\f(（15.30＋9.30）,2×0.1)×10－2m/s＝1.23m/s.２.某次实验打点计时器使用的交流电的频率为50Hz，纸带的记录如图所示，图中O点为纸带的第一个点，接下来的前几个点模糊，因此从A点开始每打五个点取一个计数点：(1)推测纸带的运动是加速运动还是减速运动？________________________________________________________________________(2)在打出A、F这两点的时间间隔中，纸带运动的平均速度是________.(3)B点的瞬时速度为________.【答案】(1)加速运动(2)36.50cm/s(3)25.20cm/s【解析】(1)从A点开始相邻计数点间的时间间隔为T＝0.02×5s＝0.1s，每隔0.1s纸带运动的位移分别是x1＝2.15cm、x2＝2.89cm、x3＝3.74cm、x4＝4.32cm、x5＝5.15cm，间距逐渐增加，说明纸带做加速运动.(2)A、F间纸带运动的平均速度为v＝eq\f(xAF,5T)＝eq\f(19.55－1.30,5×0.1)cm/s＝36.50cm/s.(3)B点的瞬时速度可以用AC段的平均速度表示，故vB＝eq\x\to(v)AC＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f(6.34－1.30,2×0.1)cm/s＝25.20cm/s.３.（1）下图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。①已知打点计时器电源频率为50Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为_________。②ABCD是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出。从图13中读出A、B两点间距s=__________；C点对应的速度是________(计算结果保留三位有效数字)。【答案】①0.02s，②0.70cm，0.100m/s【解析】（1）①②读A、B两点数值：1.00cm、1.70cm故：s=1.70cm1.00cm=0.70cm４.一辆小车沿一条直线运动，车上放着盛水的漏滴，每隔2.0s滴一滴水，水在车行驶的路面上留下水滴的痕迹如图所示，图中还放着一把刻度尺，其零刻度线与O点对齐，若从小车通过O点开始计时，则当滴下水滴G时，小车的运动时间是________________s，AH段的平均速度为________________m/s(保留三位有效数字)．【答案】14.02.14【解析】O点开始计时，到G时共有7个时间间隔，每个时间间隔为2.0s，则总时间为14.0s，AH段的平均速度eq\o(v,\s\up6(－))＝eq\f(xAH,tAH)＝eq\f(32－2,14)m/s＝2.14m/s.５.如图甲所示是用小车拖动纸带、用打点计时器打出的一条纸带，A、B、C、D、E为我们在纸带上所选的计数点．相邻计数点间的时间间隔为0.1s．试求：图甲(1)打点计时器打下B点时小车的瞬时速度；(2)在图乙中作出速度—时间图象．图乙【答案】(1)0.26m/s(2)见解析图【解析】(1)vB＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f(52.0×10－3,2×0.1)m/s＝0.26m/s.(2)vC＝eq\f(xBD,2T)＝eq\f(（84.0－24.0）×10－3,2×0.1)m/s＝0.30m/s，vD＝eq\f(xCE,2T)＝eq\f(（120.0－52.0）×10－3,2×0.1)m/s＝0.34m/s.速度—时间图象如图所示．６.在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图甲所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G

7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出．

（1）设电火花计时器的周期为T，根据甲图中标出的量得计算vc的公式为vc=________；

（2）该同学经过测测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时物体的瞬时速度如下表：对应点BC