1、1实验：探究小车速度随时间变化的规律知识内容探究小车速度随时间变化的规律考试属性必考加试课时要求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vt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vt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vt图象，图线的倾斜程度表示加速度的大小，如果vt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、交
2、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.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.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
3、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.x1x1，x2x2x1，x3x3x2，x4x4x3，x5x5x4.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，T为相邻两个计数点间的时间间隔，若每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1234567时刻t/s0.10.20.30.40.50.60.7v/(ms1)3.作出小车运动的vt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
4、直线“拟合”这些点.4.分析数据并求出加速度(1)如果画出的vt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vt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(
5、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.要逐次测量各段距离，应尽可能地一次测量完毕.6.在坐标纸上画vt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. 实验原理及操作例1在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法正确的是()A.通过调节滑轮的高度，使小车、纸带、细绳和定滑轮上边缘在一条直线上B.坐标轴单位长度越小越好C.开始前要先接通电源后松开纸带，打完点要先取纸带后断开电源D.钩码的质量越大越好答案A解析实验中调节滑轮的高度使小车、纸带、细绳和定滑轮上边缘在一条直线上，可以减小误差，A正确；要适当地选取坐标轴的单位长度，使图象尽量分布在坐标平面中
6、央，B错误；开始前要先接通电源后松开纸带，打完点要先断开电源后取纸带，C错误；钩码的质量要适中，不要太大也不要太小，D错误.例2在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图3所示为一次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3(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4所示坐标系中画出小车的vt图线，并根据图线求出a_.图4(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3.902.641.38(2)见解析图1
7、2.6 m/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，平均速度可以代替中间时刻的瞬时速度.D点的瞬时速度vD390 cm/s3.90 m/sC点的瞬时速度vC264 cm/s2.64 m/sB点的瞬时速度vB138 cm/s1.38 m/s(2)由上述数据画出小车的vt图象如图所示，由图线的斜率可求得它的加速度a12.6 m/s2(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.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
8、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.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(遗漏步骤可编上序号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
9、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BECADGF2.如图5所示是某同学用打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出，其中x17.05 cm、x27.68 cm、x38.33 cm、x48.95 cm、x59.61 cm、x610.27 cm.图5(1)下表列出了打点计时器打下B、D、F三点时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下C、E两点时小车的瞬时速度(保留三位有效数字).位置BCDEF速度(ms1)0.7370.8640.994(2)以A点为计时起点，在图6中画出小车的速度时间关系图线.图6(3)根据你画出的小车的速
10、度时间关系图线计算出小车的加速度a_m/s2(保留两位有效数字).答案(1)0.8010.928(2)如图所示(3)0.63(0.610.65均可)3.(2015温州市十校期中)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中：小车拖着穿过打点计时器的纸带做匀变速运动，如图7是经打点计时器打出纸带的一段，打点顺序是A、B、C、D、E，已知交流电频率为50 Hz，纸带上每相邻两个计数点间还有4个点未画出.现把一刻度尺放在纸带上，其零刻度线和计数点A对齐.请回答以下问题：图7(1)下列操作正确的有()A.在释放小车前，小车要靠近打点计时器B.打点计时器应放在长木板有滑轮的一端C.应先释放小车，后接通电源
11、D.电火花计时器应使用低压交流电源(2)根据该同学打出的纸带我们可以判断小车与纸带的_(填“左”或“右”)端相连.(3)用该刻度尺测量出计数点A、B之间的距离为_cm.(4)打B这个计数点时纸带的瞬时速度vB_m/s.(5)小车运动的加速度大小是_m/s2.答案(1)A(2)左(3)1.50(4)0.18(5)0.60解析(1)在释放小车前，小车要紧靠打点计时器，故A正确；打点计时器应固定在无滑轮的一端，故B错误；实验时应先接通电源，再释放小车，故C错误；电火花打点计时器应使用220 V的交流电源，故D错误.(2)因为相等时间内的位移越来越大，可知纸带的左端与小车相连.(3)由刻度尺读数知，A
12、B间的距离为1.50 cm.(4)B点的瞬时速度vBm/s0.18 m/s.(5)根据xaT2，运用逐差法得，a m/s20.60 m/s2.课时作业一、单选题1.在做“探究小车速度随时间变化的规律”实验时，根据打点计时器打出的纸带，我们可以不利用公式计算就能直接得到的物理量是()A.时间间隔 B.瞬时速度C.加速度 D.平均速度答案A2.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()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vt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
13、数量的点选取一个计数点，但相隔四个点时取计数点时间间隔为0.1 s(打点频率为50 Hz)，计算时更方便，A对；使用刻度尺测量长度时，要进行估读，B对；作vt图象时，应使尽量多的点落在线上，离线较远的点大胆舍弃，C错；处理数据时，常选择公式法和图象法，D对.3.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
14、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.4.(2015绍兴期中)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123456计数点对应的时刻t/s0.10.20.30.40.50.6小车的瞬时速度v/(cms1)44.062.081.0100.0110.0168.0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
15、速度，用公式a算出加速度B.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vt图象，量出其倾角，由公式atan 算出加速度D.根据实验数据画出vt图象，由图象上任意两点所对应的速度，用公式a算出加速度答案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.二、非选择题
16、5.(2015台州期中)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，得到的记录纸带如图1所示.图1(1)电火花计时器应接在_电源上(填“直流”或“交流”)，工作电压为_V.(2)图中读取或记录的数据有误的是_.(3)图中的点为记数点，在每两个相邻的记数点间还有4个点没有画出，则从打下A点到打下E点共历时_s，打下C点时小车的瞬时速度为_m/s.(4)纸带的_端(选填“左”或“右”)与小车相连.答案(1)交流220(2)2.1(3)0.40.51(4)左解析(1)电火花计时器应接在交流电源上，工作电压为220 V.(2)由图可知，刻度尺的读数小数点后面保留两位，所以记录数据有误的是2.1.(3)
17、相邻计数点间的时间间隔为0.1 s，从打下A点到打下E点共历时0.4 s.C点的瞬时速度vC m/s0.51 m/s.(4)因为小车的速度越来越大，相等时间内的位移越来越大，可知纸带的左端与小车相连.6.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2所示，每两个相邻的测量点之间的时间间隔为0.1 s，则：图2(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v1v2v3v4v5数值/(ms1)0.1650.2140.2630.363(2)在图3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3(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/s2解析(1)4点对应的瞬时速度v4 m/s0.314 m/s.(2)描点作图(3)根据图象得：a m/s20.495 m/s2.