1、高考资源网（） 您身边的高考专家1实验：探究小车速度随时间变化的规律1掌握打点计时器的使用、纸带数据处理和测量瞬时速度的方法。2了解如何从实验中获取数据，学会利用vt图像处理、分析实验数据的方法。3知道小车在重物牵引下运动速度随时间变化的规律。1.实验原理(1)瞬时速度的计算：可用以该点为中间时刻的一段时间内的平均速度来代替，即vn。(2)作出vt图像判断小车速度随时间变化的关系：以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标系中描点作出vt图像，根据点的分布规律思考小车速度与时间的关系。2实验器材打点计时器、一端附有定滑轮的长铝板、小车、纸带、细绳、槽码、刻度尺、导线、交流电源。课堂任务
2、探究过程获取数据仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：本实验要研究的对象是什么？研究的目的是什么？提示：研究的对象是小车，研究其速度随时间变化的规律。活动2：本实验的操作步骤是什么？提示：(1)按照实验装置图，把一端带有定滑轮的长铝板平放在实验桌上，并使定滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长铝板上没有定滑轮的一端，连接好电路。(2)铝板上放一个可以左右移动的小车，小车一端连接穿过打点计时器的纸带，另一端连接绕过定滑轮系有槽码的细绳。(3)把小车停在靠近打点计时器的位置，启动计时器，然后放开小车，让它拖着纸带运动，打点计时器会在纸带上打下一行小点，随后，立即关闭电源。(4)增减所挂的槽码
3、(或在小车上放置重物)，更换纸带，再做两次实验。活动3：本实验中有哪些注意事项？提示：(1)开始放开小车时，应使小车靠近打点计时器。(2)先启动打点计时器，再放开小车。(3)取下纸带前，先断开电源。(4)选取一条点迹最清晰的纸带，舍掉开头一些过于密集的点迹，找一个适当的点作为计时起点。适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚相邻两计数点的时间间隔T是多少。(5)不要逐次测量各段距离，应一次测量完毕各计数点与计时起点间的距离。(6)要防止槽码落地，避免小车跟定滑轮相碰，当小车到达定滑轮前及时用手按住。(7)牵引小车的槽码个数要适当，以免小车速度过大而使纸带上的点太少，或者速度太小，而使
4、各段位移差别不大，使误差增大。课堂任务分析数据得出结论活动1：分析数据有哪些方法？提示：分析数据有多种方法，比较常见的有列表法、作图法。活动2：本实验可以用哪些方法来分析实验数据？可以得出什么结论？提示：(1)表格法从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个点，作为计时起点(即计数点起点)，以后依次每五个点取一个计数点，并标明0、1、2、3、4、，如图所示。依次测出点01、02、03、04、的距离x1、x2、x3、x4、。1、2、3、4、各点的瞬时速度分别为：v1，v2，v3，v4，。将计算得出的各点的瞬时速度填入表中。同理，计算增减槽码后两次实验
5、的速度，分别填入表中标有“v2”和“v3”的两行内。表小车在几个时刻的瞬时速度根据表格中的数据，分析速度随时间变化的定量关系。(2)图像法在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点。用平滑曲线(包括直线)将这些点连起来，让这条线通过尽可能多的点，使不在线上的点均匀分布在线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，注意不可用折线连接，如图所示。观察所得到的图线，分析小车的速度随时间变化的定量关系。活动3：本实验有哪些实验误差？怎样减小这些实验误差？提示：课堂任务典例探究提升能力例1在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学使用频率为50 Hz的交流电，用
6、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 A、B、C、D、E共5个计数点。测得计数点间的距离如图1所示，每两个相邻的计数点之间还有四个点未画出。(1)试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下B、C、D三个点时小车的瞬时速度，则vB_ m/s，vC0.264 m/s，vD0.390 m/s(保留三位有效数字)。(2)在图2所示的坐标系中作出小车的vt图线。(3)将图线延长与纵轴相交，此交点纵坐标的物理意义是_。(1)如何根据纸带求瞬时速度？提示：用一小段时间内的平均速度可表示中间时刻的瞬时速度。(2)vt图像的斜率和纵截距表示什么？提示：加速度和初速度。规范解答(1)由于相邻
7、两计数点间还有四个点未画出，所以相邻两计数点间的时间间隔T0.1 s，则vB m/s0.138 m/s。(2)作图时需注意，尽量使描绘的点落在直线上，对于不能落在直线上的点，尽量让其均匀分布在直线两侧。个别偏离较远的点应舍去。(3)将图线延长并与纵轴相交，交点的纵坐标是零时刻的速度，此速度的物理意义是计时初始的速度。完美答案(1)0.138(2)图见规范解答(3)计时初始的速度(1)处理纸带时，要分清计时点和计数点，搞清相邻的两个计数点之间的时间间隔T。(2)纸带上某点的瞬时速度近似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，以使图像在坐标系中的分布合理
8、、大小适中。(4)作图时要先判断图像的大体走势，然后用平滑曲线(包括直线)“拟合”坐标系中的点，难以落在曲线上的点要大致均匀地分布在两侧，偏离曲线较远的点可略去。在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，用打点计时器在纸带上打的点记录了小车的运动情况。某同学做此实验时的步骤如下：A拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，放开纸带，再接通电源；B将打点计时器固定在长铝板上，并接好电路；C把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的槽码；D小车停止运动后，直接取下纸带；E将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔；F换上新纸带，再重复操作两次，然后从各纸带中选取一条点迹清晰的进行数据处
9、理。其中错误或遗漏的步骤有：(1)_；(2)_。将以上步骤完善后，其合理的顺序为_。答案(1)A中应先接通电源，再放开纸带(2)D中取纸带前应先断开电源BECADF解析实验过程中应先接通电源，再放开纸带；取纸带前应先断开电源，所以错误的步骤是A、D。该实验步骤的合理顺序为BECADF。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A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，其相邻点间的距离如图1所示，每两个相邻的计数点之间还有4个点未画出，打点计时器所接交流电源的频率为50 Hz。(1)试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下B、F
10、两个点时小车的瞬时速度，并将计算结果填入下表中(保留三位有效数字)。(2)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在图2的直角坐标系中，并作出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。(3)由所作速度时间图像求出小车的加速度为_ m/s2。(4)根据vt图像判断，在A计数点时，小车的速度vA_ m/s。(5)若在实验过程中打点计时器使用的交流电的频率实际为60 Hz，而误以为是50Hz，这样计算出的各点的速度值与真实值相比将_(填“偏大”“偏小”或“不变”)。答案(1)0.4000.721(2)图见解析(3)0.80(4)0.320(5)偏小解析(1)由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相
11、邻的计数点间的时间间隔T0.025 s0.1 s，根据瞬时速度的特点，可以求出纸带打某点时小车的瞬时速度大小，vB m/s0.400 m/s，vF m/s0.721 m/s。(2)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后作出图像如图所示：(3)由图像可知，图线是倾斜直线，即小车的速度随时间均匀增加，根据vt图像斜率表示加速度可知，加速度a m/s20.80 m/s2。(4)图线的纵轴截距表示打A点时小车的速度，vA0.320 m/s。(5)若电源频率实际为60 Hz，根据T可知，实际打点周期将变小，而进行计算时，时间间隔仍按照周期为0.02 s计算，则计算中所代入的时间间隔相较于实际值偏大，结合瞬时速度计算公式 vn，可知计算出的速度数值将比真实值偏小。- 7 - 版权所有高考资源网
