1、实验1探究小车速度随时间变化的规律一、实验原理1.2.二、实验过程三、注意事项1.平行:纸带和细绳都要和木板平行。2.两先两后:实验中应先接通电源,后让小车运动;实验完毕应先断开电源,后取纸带。3.防止碰撞:在到达长木板末端前应让小车停止运动,要防止钩码落地时小车与滑轮相撞。4.减小误差:小车的加速度要适当大些,可以减小长度的测量误差,加速度大小以能在约50cm的纸带上清楚地取出67个计数点为宜。5.纸带选取:选择一条点迹清晰的纸带,舍弃点密集部分,适当选取计数点。6.准确作图:在坐标纸上,纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏,而导致误差过大),仔细描点连线,不能连成折线,应作一条直线
2、,让各点尽量落到这条直线上,落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧。7.区别“两种点”(1)计时点和计数点计时点是打点计时器打在纸带上的实际点,两相邻点间的时间间隔为0.02s;计数点是根据需要选择一定数目的点,两个相邻计数点间的时间间隔由选择点的个数确定。(2)纸带上相邻两点的时间间隔均相同,速度越大,纸带上的计数点越稀疏。考点一实验原理与实验操作例12021浙江1月选考,17(1),3分用如图1所示装置进行“探究功与速度变化的关系”实验。装有砝码的盘用绕过滑轮的细线牵引小车,盘和砝码的重力可当作牵引力。小车运动的位移和速度可以由打点纸带测出,以小车为研究对象,改变砝码质量,便可探究牵引力
3、所做的功与小车速度变化的关系。图1关于这个实验,下列说法正确的是(多选)。A.需要补偿小车受到阻力的影响B.该实验装置可以“验证机械能守恒定律”C.需要通过调节定滑轮使细线与长木板平行D.需要满足盘和砝码的总质量远小于小车的质量如图2所示是两条纸带,实验时打出的应是第条(填写“”或“”)纸带。图2根据实验数据,在坐标纸上画出的W-v2图像是一条过原点的直线,据此图像(填“能”或“不能”)求出小车的质量。答案ACD能解析通过本实验装置验证做功与速度之间关系的实验时,需要平衡摩擦力,选项A正确;本实验装置机械能不守恒,不能验证机械能守恒定律,选项B错误;本实验细线必须平行于长木板,选项C正确;在满
4、足盘和砝码质量远小于小车质量的前提下,小车所受的拉力约等于盘和砝码总重力,选项D正确。由于盘和砝码质量远小于小车质量,因此小车运动加速度不大,第条纸带的加速度接近12m/s2,所以第条纸带为实验的数据。能。考点二数据处理与误差分析1.计算时应注意的问题(1)时间间隔:“相邻计数点间有4个点未画出”或“每5个点取1个计数点”的含义:相邻计数点间的时间间隔为0.1s。(2)单位换算:本实验长度测量数据一般是“厘米”,要换算成“米”。(3)有效数字:按有效数字的要求取计算结果。2.减小实验误差的措施(1)舍弃点密集部分,适当选取计数点。(2)多测几组数据,用尽量多的数据计算。(3)将纸带分成等时的两
5、大段处理,与逐差法取平均值结果相同。(4)作v-t图像时,要适当选取坐标轴的单位长度,使图像分布在坐标平面尽量大的面积上。例2实验操作与画图(2020浙江萧山模拟)同学们利用如图甲所示装置做“研究匀变速直线运动”的实验。请你完成下列有关问题:甲(1)实验室提供如图乙、丙两种打点计时器,某实验小组决定使用电火花计时器,则应选用图(填“乙”或“丙”)中的计时器。(2)另一实验小组使用的是电磁打点计时器,如图丁、戊所示,接线正确的是图(填“丁”或“戊”)。丁戊(3)小宇同学选取一条点迹清晰的纸带进行研究,在纸带上确定出9个计数点,如图己所示,相邻两个计数点间的时间间隔为0.1s,根据纸带信息,纸带上
6、3、5两点间距离为cm。己(4)如图庚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T=0.1s。由此计算各点的瞬时速度:则vD=3.90m/s,vC=m/s,vB=1.38m/s,在如图庚所示的坐标系中画出小车的v-t图线,并根据图线求出a=m/s2。将v-t图线延长与纵轴相交,交点的物理意义:。庚答案(1)丙(2)戊(3)3.50(4)2.64见解析图12.6零时刻小车经过A点的速度解析(1)电火花计时器不用复写纸,图丙中的计时器是电火花计时器,图乙中的计时器是电磁打点计时器;(2)电磁打点计时器,是使用交流电源的计时仪器,
7、工作电压46V,所以接线正确的是图戊;(3)根据纸带信息,纸带上3、5两点间距离为:x=6.00cm-2.50cm=3.50cm;(4)根据一段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度,打C点时小车的瞬时速度vC=(60.30-7.50)10-20.2m/s=2.64m/s由题述数据作出小车的v-t图像如图所示由图像斜率知小车的加速度a=vt=3.90-1.380.2m/s2=12.6m/s2将图线延长与纵轴相交,交点的物理意义是零时刻小车的速度。针对训练1(2018北京理综,21,18分)用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。图1主要实验步骤如下:a.安装好实验器材,接通电源
8、后,让拖着纸带的小车沿长木板运动,重复几次。b.选出一条点迹清晰的纸带,找一个合适的点当作计时起点O(t=0),然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点,如图2中A、B、C、D、E、F所示。图2c.通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E点时小车的速度,分别记作v1、v2、v3、v4、v5。d.以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系,在坐标纸上描点,如图3所示。结合上述实验步骤,请你完成下列任务:(1)在下列仪器和器材中,还需要使用的有和(填选项前的字母)。A.电压合适的50Hz交流电源B.电压可调的直流电源C.刻度尺D.秒表E.天平(含砝码)(2)在图3中已标出计数点A、B、D、E对应
9、的坐标点,请在该图中标出计数点C对应的坐标点,并画出v-t 图像。图3(3)观察v-t图像,可以判断小车做匀变速直线运动,其依据是。v-t图像斜率的物理意义是。(4)描绘v-t图像前,还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度xt表示各计数点的瞬时速度,从理论上讲,对t的要求是(选填“越小越好”或“与大小无关”);从实验的角度看,选取的x大小与速度测量的误差(选填“有关”或“无关”)。(5)早在16世纪末,伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的。当时只能靠滴水计时,为此他设计了如图4所示的“斜面实验”,反复做了上百次,验证了他的猜想。图4请你结合匀变速直线运动的知识,分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的。答案(1)AC(2)如图所示(3)小车的速度随时间均匀变化加速度(4)越小越好有关(5)如果小球的初速度为0,其速度vt,那么它通过的位移xt2。因此,只要测量小球通过不同位移所用的时间,就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。解析(1)打点计时器所用电源为50Hz的交流电源,测量各计数点间距离需用刻度尺。(2)见答案图。(3)因为小车的速度随时间均匀变化,所以小车做匀加速直线运动。由匀加速直线运动中速度v=v0+at,可知v-t图像斜率的物理意义是加速度。(4)
