人教高中物理实验一 探究小车速度随时间变化的规律.docx

实验一　探究小车速度随时间变化的规律
1.实验器材
电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端带有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、刻度尺、导线、电源、复写纸。
2.实验原理(如图1所示)
图1
3.实验步骤
(1)按照如图所示实验装置，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源。
(2)把一细绳系在小车上，细绳绕过滑轮，下端挂合适的槽码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面。
(3)把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车。
(4)小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带。
(5)换纸带重复实验三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析。
4.注意事项
(1)平行：纸带、细绳要和长木板平行。
(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，后取下纸带。
(3)防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止槽码落地及小车与滑轮相撞。
(4)减小误差：小车的加速度宜适当大些，可以减小长度测量的相对误差，计算加
速度大小时以能在约50 cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜。
(5)小车从靠近打点计时器位置释放。
1.依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动
(1)x1、x2、x3…xn是相邻两计数点间的距离。
(2)Δx是两个连续相等的时间内的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2…。
(3)T是相邻两计数点间的时间间隔：T＝0.02n s(打点计时器的频率为50 Hz，n为两计数点间计时点的间隔数)。
(4)Δx＝aT2，只要小车做匀变速直线运动，它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就一定相等。
2.数据处理
(1)分析物体的运动性质——测量相邻计数点间的距离，计算相邻计数点距离之差，看其是否为常数，从而确定物体的运动性质。
(2)利用逐差法求解平均加速度
a1＝，a2＝，a3＝
a＝＝。
(3)利用平均速度求瞬时速度：vn＝。
(4)利用速度—时间图像求加速度
①作出速度—时间图像，通过图像的斜率求解物体的加速度；
②剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度。
命题点一　教材原型实验
【例1】 (2021·1月重庆市学业水平选择性考试适应性测试，11)某小组用打点计时器研究小车的匀变速直线运动，该打点计时器电源的频率为50 Hz，在打好的纸带上每5个点标记一个计数点，标记结果如图2所示，A、B、C、D为连续选
择的计数点，其位置分别为20.0 mm、34.0 mm、53.0 mm和77.0 mm。则：
图2
(1)图中相邻两计数点的时间间隔是________ s；
(2)打B点时小车的速度大小是________ m/s；
(3)小车运动的加速度大小是________ m/s2。
答案　(1)0.1　(2)0.165　(3)0.5
解析　(1)打点计时器的打点周期为
T＝＝＝0.02 s
相邻计数点之间的时间间隔
t＝5T＝0.1 s。
(2)匀变速直线运动中，中间时刻速度等于平均速度，所以B点速度为
vB＝＝
＝0.165 m/s。
(3)根据逐差法求解加速度
a＝＝ m/s2
＝0.5 m/s2。
【变式1】 (2020·江苏盐城市第三次模拟)小华同学在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，选出了如图3甲所示的一条纸带(每两个点间还有4个点没有画出)。打点计时器的电源频率为50 Hz。
甲
乙
图3
(1)根据纸带上的数据，计算E点时小车的瞬时速度并填入表中。
位置
A
B
C
D
E
v/(m·s－1)
0.61
0.81
1.00
1.18
(2)小华同学根据实验数据在图乙中画出了小车的图像。请你根据v－t图像判断小车做的是__________(填写序号)
A.匀速直线运动
B.匀变速直线运动
C.非匀变速直线运动
(3)小红同学用以下方法绘制了小车运动的v－t图像：
第一，先把纸带每隔0.1 s剪断，得到若干短纸条；
第二、再把这些纸条并排贴在一张纸上，使这些纸条下端对齐，作为时间坐标轴，标出时间；
第三，将纸条上端中心连起来，于是得到v－t图像。
请回答这样做__________(选填“可行”“不可行”)，简要说明其理由_____________________________________________________________________。
答案　(1) 1.39　(2)B　(3)可行　见解析
解析　(1)相邻两点间的时间间隔为T＝0.1 s，则E点的速度vE＝＝ m/s＝1.39 m/s
(2)根据v－t图像可知小车做的是匀变速直线运动，故选B