1、1实验：探究小车速度随时间变化的规律实验目标1通过实验探究物体运动的速度随时间变化的规律，提升实验设计、处理信息、做出解释等科学探究方面的能力。2描绘物体运动的vt图像，并通过对拟合成的图线观察、思考，找出物体速度变化的规律。3经历探究小车速度随时间变化的规律，体会研究直线运动的一般思路。一、实验原理与方法1利用打点计时器所打纸带的信息，代入计算式vn，即用以n点为中心的一小段时间间隔的平均速度代替n点的瞬时速度。2用描点法作出小车的vt图像，根据图像的形状判断小车的运动性质。若所得图像为一条倾斜直线，则表明小车做匀变速直线运动。3利用vt图像求出小车的加速度。二、实验器材打点计时器、一端附有
2、定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、刻度尺、导线、交流电源。三、实验步骤1如图所示，把一端附有滑轮的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。2把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上槽码，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，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一列小点。4换上新的纸带，重复实验两次。5增减所挂槽码，按以上步骤再做两次实验。四、数据处理1表格法(1)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
3、为计数始点，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。(2)依次测出01、02、03、04的距离x1、x2、x3、x4，填入表中。位置123456长度x1x2x3x4x5x6各段长度021324354657时间间隔v/(ms1)(3)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速度填入表中。(4)根据表格中的数据，分析速度随时间变化的规律。2图像法(1)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。(2)画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略
4、不计，如图所示。(3)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律。(4)根据所画vt图像求出小车运动的加速度a。五、误差分析1木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀。2根据纸带测量的位移有误差，从而计算出的瞬时速度有误差。3作vt图像时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差。六、注意事项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选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点(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要防止槽码落地，避免小车跟滑轮相碰，当小车到达滑轮前及时用手按住。6要区分打点计时
5、器打出的计时点和人为选取的计数点，一般在纸带上每隔4个点取一个计数点，即时间间隔为t0.1 s。7在坐标纸上画vt图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像尽量分布在较大的坐标平面内。匀变速直线运动的研究 类型一实验原理与操作【典例1】(2020唐山一中检测)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，利用打点计时器在纸带上打的点记录小车的运动情况。某同学做此实验时步骤如下：A拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源；B将打点计时器固定在长木板上，并接好电路；C把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的槽码，放手后看小车是否能在木板上做平稳的加速运动；D取下纸带
6、；E把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使附有定滑轮的一端伸出桌面；F将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔。(1)其中错误或遗漏的步骤有(遗漏步骤可编上序号G、H)_ _。(2)将以上步骤完善并按合理顺序写在横线上：_。解析探究小车速度随时间变化的规律的实验中，要先接通电源，再放开纸带；在取下纸带前要先断开电源；为了减小实验误差，再重复实验两次，即打出三条纸带，然后选择理想纸带进行处理。 答案(1)A中应先接通电源，再放开纸带；D中取下纸带前应先断开电源；补充步骤G：换上新纸带，重复操作两次(2)E、B、C、F、A、D、G实验步骤可简化为：放置固定连接先接后放，开始实验重复实验
7、数据分析。同时要注意几步：“固定时定滑轮要伸出桌面，打点计时器固定于远离定滑轮一端；开始实验时先接通电源，后释放小车”。 类型二数据处理和误差分析【典例2】(2020山东潍坊高一检测)某学习小组利用图甲装置研究小车运动的规律。甲乙(1)实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交变电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图乙所示(每相邻两个计数点间还有4个点未画出)。x14.09 cm，x24.91 cm，x35.69 cm，x46.47 cm，x57.28 cm，x68.14 cm。根据测量数据，分别计算了打点计时器在打B、C、D、E、F点时小车的速度，请将你计算所得的打C点时的速度填入表格。
8、位置BCDEFv/(ms1)0.45_0.610.690.77(2)根据(1)中表格数据，以打A点时为计时起点，在坐标纸中画出小车运动的vt图像。(3)根据图像得出打A点时小车的速度为_m/s。(4)根据图像求得小车运动的加速度a_m/s2(结果保留一位有效数字)。解析(1)每相邻计数点之间有4个点未画出，故相邻计数点之间的时间间隔T0.1 s，由vC得vCm/s0.53 m/s。(2)描点作图如图所示。(3)由图可得vA0.37 m/s。(4)由vt图线斜率可得a0.8 m/s2。答案(1)0.53(2)如图所示(3)0.37(4)0.8数据处理的规范要求(1)处理纸带时，一定要分清计时点和
9、计数点，搞清计数点之间的时间间隔T。(2)明确坐标轴的意义并选取合适标度，既要把数据标注在坐标系中，又要匀称直观，合理分布，大小适中。(3)如果坐标系中的数据点大致落在一条直线上，作图线时应使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应均匀分布在直线两侧；如果图线是曲线，要用平滑的曲线连接各点。 类型三创新设计实验【典例3】如图中的甲是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图。1实验创新思路：测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收到的信号间的时间差，测出被测物体的速度。2实验步骤：(1)测速仪发出的超声波信号，图乙中P1、P2是测速仪发出的超声波信号。(2)由汽车反射回来的信号，n1、n
10、2分别是P1、P2反射回来的信号。(3)测出P1、P2之间的时间间隔t1.0 s，已知超声波在空气中传播的速度是v340 m/s，若汽车是匀速行驶的。3数据分析：根据图乙可知，汽车在接收到P1、P2两个信号之间的时间内前进的距离是_m，汽车的速度是_m/s。解析题图乙中每小格代表的时间间隔t0s，从发出超声波信号P1到接收到反射信号n1的时间为t112s0.4 s，信号P1到达汽车时汽车离测速仪的距离为x1vt13400.4 m68 m。从发出超声波信号P2到接收到反射信号n2的时间为t29s0.3 s。信号P2到达汽车时汽车离测速仪的距离为x2vt23400.3 m51 m。汽车接收到P1、
11、P2两个信号之间的时间内前进的距离为xx1x2(6851)m17 m。由题图乙可看出测速仪发出的超声波信号P1接触到汽车到测速仪发出的超声波信号P2接触到汽车的时间间隔t28.5s0.95 s。这段时间即为汽车前进17 m所用的时间，所以汽车的速度为17.9 m/s。答案1717.9(教师用书独具)1在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，(1)实验室提供了以下器材：电火花计时器、一端附有滑轮的长铝板、小车、纸带、细绳、槽码、刻度尺、交流电源、停表、弹簧测力计。其中在本实验中不需要的器材是_。(2)按照实验进行的先后顺序，将下述步骤的代号填在横线上_。A把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面
12、B把打点计时器固定在铝板没有滑轮的一端，并连好电路C换上新的纸带，再重做两次实验D把长铝板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面E使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动F把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的槽码G断开电源，取出纸带解析(1)本实验需要测量的物理量是位移和时间，用打点计时器打出的纸带上的点就可以算出时间，用刻度尺可以测出两点间的距离，因此，不需要弹簧测力计和停表。(2)根据实验的步骤，正确的顺序应为DBFAEGC。答案(1)弹簧测力计、停表(2)DBFAEGC2在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图所示为记录小车运动情况的一条纸带，图中A、
13、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔T0.1 s。(1)计算D、C、B各点的瞬时速度，vD_m/s，vC_m/s，vB_m/s。(2)在如图所示坐标系中作出小车的vt图像，并根据图像求出a_。解析(1)若时间较短，平均速度可以代替某点的瞬时速度。D点的瞬时速度vDcm/s390 cm/s3.90 m/s。C点的瞬时速度vCcm/s264 cm/s2.64 cm/sB点的瞬时速度vBcm/s138 cm/s1.38 cm/s。(2)由(1)中数据作出小车的vt图像如图所示，由图线的斜率可求得它的加速度am/s212.6 m/s2。答案(1)3.902.641.38(2)图见解析1
14、2.6 m/s23(2020天津新高考模拟)某实验小组利用如图甲所示的实验装置探究小车做匀变速直线运动的规律。甲乙(1)对于该实验，下列说法正确的是_。A实验前应抬高木板，使小车匀速下滑后再做实验B打点计时器的电源应选交流电源C应保证小车质量远大于钩码质量D开始时应让小车尽量靠近打点计时器(2)在测定小车做匀变速直线运动的加速度时，得到了几条较为理想的纸带，已知在每条纸带上每5个计时点取一个计数点，相邻两个计数点之间的时间间隔为0.1 s，依打点时间顺序编号为0、1、2、3、4、5，由于不小心，纸带被撕断了，如图乙所示。请根据给出的A、B、C、D四段纸带回答以下问题。在B、C、D三段纸带中选出
15、从纸带A上撕下的那段应是_。打A纸带时，小车的加速度大小是_m/s2。解析(1)为了让小车做匀加速直线运动，应使小车受力恒定，因此不需要平衡摩擦力而使小车匀速下滑，故A错误；打点计时器的电源应使用交流电源，故B正确；本实验只是研究匀变速直线运动的规律，故不需要让小车的质量远大于钩码的质量，只要能让小车做匀加速运动即可，故C错误；开始时应让小车尽量靠近打点计时器，从而使得纸带得到合理利用，故D正确。(2)相邻相等时间内的位移之差为：x36.0 cm30.0 cm6.0 cm，则4、5点间的距离为x45x123x36.0 cm6.03 cm54.0 cm，故纸带C为从纸带A上撕下的那段。根据题意知
16、v13.3 m/s，v45.1 m/sam/s26 m/s2。答案(1)BD(2)C65做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验。A B甲(1)用一条纸带穿过计时器，该同学发现有图甲中的两种穿法，感到有点犹豫。你认为_(选填“A”或“B”)的穿法效果更好。(2)完成实验后，小明用刻度尺测量纸带距离时如图乙，B点的读数是_cm，已知打点计时器每0.02 s打一个点，则B点对应的速度vB_m/s(vB结果保留三位有效数字)。(3)某实验小组中的四位同学利用同一条纸带的数据作vt 图像，分别作出了如图所示的四幅vt图像，其中最规范的是_。ABCD解析(1)纸带应穿过打点计时器的限位孔，压在复写纸下面，据图甲可知B穿法正确。(2)由图可知，B点的读数为：3.00 cm，A、C之间的距离为：xAC5.90 cm0.50 cm5.40 cm，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出B点瞬时速度的大小：vBm/s1.35 m/s。(2)描绘图像时取坐标单位时不能随意，要使得大部分点落在整个坐标区域中，描完点后，先大致地判断这些点是不是在一条直线上，然后画一条直线，让这些点均匀地散落在这条直线的两侧，故A正确，B、C、D错误。答案(1)B(2)3.001.35(3)A
