[學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.進一步練習(xí)使用打點計時器。2.會測量小車的瞬時速度。3.會用v－t圖像處理實驗數(shù)據(jù)，并計算小車的加速度(重點)。
一、實驗思路
1．實驗方案：槽碼牽引小車在長木板上運動。
2．物理量的直接測量
位移：用刻度尺測量；
時間：由紙帶獲取。
二、實驗裝置
打點計時器(帶導(dǎo)線)、交變電源、紙帶、一端帶有定滑輪的長木板、小車、細繩、槽碼、刻度尺、復(fù)寫紙、坐標(biāo)紙。
三、進行實驗
1．在長木板上固定打點計時器，并使滑輪伸出桌面，連接電路。讓小車停在靠近打點計時器的位置，安裝好紙帶，連接細繩和槽碼。
2．先啟動打點計時器，后釋放小車，打點完成后關(guān)閉電源，觀察紙帶的點跡是否清晰。
3．增減所掛的槽碼(或在小車上放置重物)，更換紙帶，再做兩次實驗。
四、數(shù)據(jù)分析
1．求解并記錄各計數(shù)點的瞬時速度
(1)取該計數(shù)點相鄰兩計數(shù)點，算出此段的平均速度，該點的瞬時速度近似等于此段的平均速度( 注意估讀、單位以及有效數(shù)字)。
v1＝eq \f(Δx1＋Δx2,2T)，v2＝eq \f(Δx2＋Δx3,2T)，…
T為相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔，若交變電源頻率為50 Hz，每5個點取一個計數(shù)點(中間隔4個點)，則T＝0.1 s。
(2)把各計數(shù)點的瞬時速度填入表中標(biāo)有“vⅠ ”的一行。同理，計算增減槽碼后兩次實驗的速度分別填入表中標(biāo)有“vⅡ”和“vⅢ”的兩行內(nèi)。
測量示例
2.作出v－t圖像
(1)在坐標(biāo)紙上建立坐標(biāo)系，描出數(shù)據(jù)點，如圖所示；
(2)用一條平滑曲線(包括直線)“擬合”這些點，讓這條線通過盡可能多的點，不在線上的點均勻分布在線兩側(cè)，偏差比較大的點忽略不計。
v－t圖像的數(shù)據(jù)點幾乎分布在一條直線上。
五、實驗結(jié)論
小車運動的v－t圖像是一條傾斜的直線，說明速度隨時間均勻增加，它們成“線性關(guān)系”，即小車運動的加速度不變。
六、注意事項
1．開始放開小車時，應(yīng)使小車靠近打點計時器。
2．先啟動打點計時器，等打點穩(wěn)定后，再放開小車。
3．打點完畢，立即關(guān)閉電源。
4．選取一條點跡清晰的紙帶，舍掉開頭點跡密集部分，選取適當(dāng)?shù)挠嫈?shù)點(注意計數(shù)點與計時點的區(qū)別)，弄清楚所選的時間間隔T等于多少。
5．不要分段測量各段距離，應(yīng)盡可能地一次測量完畢(可統(tǒng)一量出各計數(shù)點到計時起點的距離)。
6．在坐標(biāo)紙上畫v－t圖像時，注意坐標(biāo)軸單位長度的選取，應(yīng)使圖像大致布滿坐標(biāo)紙。
例1 在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，
(1)下列給出的器材中，A、E、F、H已選出，還需要________。
A．電磁打點計時器 B．天平
C．低壓交變電源 D．低壓直流電源
E．細繩和紙帶 F．槽碼和小車
G．秒表 H．一端有滑輪的長木板
I．刻度尺
(2)某同學(xué)按照以下步驟進行操作：
A．換上紙帶重復(fù)做三次，選擇一條較為理想的紙帶；
B．將電磁打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，接上電源；
C．把小車停在靠近電磁打點計時器的地方，先放開小車，再啟動電磁打點計時器；
D．?dāng)嚅_電源，取下紙帶；
E．把一條細繩拴在小車前端，繩跨過滑輪掛上槽碼，把紙帶固定在小車后端并讓紙帶穿過電磁打點計時器。
以上步驟有錯誤的是________(填步驟前的字母)，應(yīng)更正為________；步驟合理的順序是________(填步驟前的字母)。
答案 (1)C、I (2)C 先啟動電磁打點計時器，再放開小車 BECDA
解析 (1)在本實驗中，不需要測量小車和槽碼的質(zhì)量，因此不需要天平；電磁打點計時器使用的是低壓交變電源，因此不需要直流電源，同時電磁打點計時器記錄了小車的運動時間，因此不需要秒表；測量點跡間的距離需要刻度尺，所以還需要的器材是：C、I。
(2)以上步驟有錯誤的是C，應(yīng)先啟動電磁打點計時器，再放開小車。
根據(jù)組裝器材、進行實驗、數(shù)據(jù)處理的順序知，操作步驟順序為：BECDA。
例2 某同學(xué)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，用打點計時器記錄了被小車拖動的紙帶的運動情況，在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個計數(shù)點。其相鄰兩點間的距離如圖所示，在每兩個相鄰的計數(shù)點之間還有4個點未畫出，打點計時器的工作頻率為50 Hz。
(1)試根據(jù)紙帶上各個計數(shù)點間的距離，計算出打下B、F兩個點時小車的瞬時速度，并將這兩個速度值填入下表。(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)
(2)將B、C、E、F各個時刻的瞬時速度標(biāo)在直角坐標(biāo)系中(D時刻的已標(biāo)出)，并畫出小車的瞬時速度隨時間變化的關(guān)系圖線。
(3)由所畫速度—時間圖像求出小車加速度為________ m/s2。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)
(4)寫出圖線與縱軸的交點的物理意義：__________________________________________。
答案 (1)0.400 0.721
(2)見解析圖
(3)0.80(0.72～0.82)
(4)打計數(shù)點A時刻對應(yīng)的瞬時速度
解析 (1)由于每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點沒有畫出，所以相鄰的計數(shù)點間的時間間隔T＝0.1 s，
vB＝eq \f(0.036 2＋0.043 8,2×0.1) m/s＝0.400 m/s
vF＝eq \f(0.068 0＋0.076 2,2×0.1) m/s＝0.721 m/s
(2)小車的瞬時速度隨時間變化的關(guān)系圖線如圖所示。
(3)小車加速度a＝eq \f(Δv,Δt)＝0.80 m/s2。
(4)圖線與縱軸的交點表示打計數(shù)點A時刻小車對應(yīng)的瞬時速度。
例3 為研究小車沿斜面向下運動的規(guī)律，把紙帶的一端固定在小車上，小車拖動紙帶運動時，紙帶上打出的點如圖所示。
(1)某同學(xué)用以下方法繪制小車的v－t圖像。先把紙帶每隔0.1 s剪斷，得到若干短紙條。再把這些紙條由短到長并排貼在一張紙上，使這些紙條下端對齊，作為橫軸，標(biāo)出時間(表示時間軸)。最后將紙條上端中心連起來，于是得到v－t圖像。請你按以上辦法(用一張薄紙壓在圖上，復(fù)制得到紙帶)繪制這個圖像。
(2)這樣做有道理嗎？說說你的看法____________。
答案 見解析
解析 (1)如圖所示
(2)有道理。因為剪下的紙條長度表示0.1 s時間內(nèi)位移大小Δx，這些紙帶構(gòu)成上述所示的直方圖。小車運動速度大小近似認為v ＝eq \f(Δx,0.1 s)，由于v∝Δx，所以紙帶長度反映了小車運動速度的大小。
課時對點練
1．(多選)(2023·六安一中高一月考)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中，下列說法正確的是( )
A．通過調(diào)節(jié)，使小車、紙帶、細繩和定滑輪上邊緣在一條直線上(使細繩和木板平面平行)
B．小車應(yīng)放在靠近打點計時器的一端
C．實驗時應(yīng)先啟動電源，待打點穩(wěn)定后再釋放小車，打完點要先斷開電源后取紙帶
D．槽碼的質(zhì)量越大越好
答案 ABC
解析 實驗中調(diào)節(jié)定滑輪的高度使小車、紙帶、細繩和定滑輪上邊緣在一條直線上(使細繩和木板平面平行)，才會使小車速度隨時間均勻變化，還可以減小摩擦，所以A正確；打點計時器與定滑輪間的距離要盡可能大，小車盡可能靠近打點計時器，都是為了使小車運動的距離較大，盡可能打出較多的點，所以B正確；要先啟動電源后松開紙帶，打完點要先斷開電源后取紙帶，所以C正確；槽碼的質(zhì)量要適中，不要太大也不要太小，所以D錯誤。
2．在“實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”中，為了算出小車的加速度，最好的方法是( )
A．根據(jù)任意兩個計數(shù)點的速度，用公式算出加速度
B．依次算出連續(xù)兩個計數(shù)點間的加速度，算出平均值作為小車的加速度
C．根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出v－t圖像，量出其傾角α，由公式a＝tan α算出加速度
D．根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出v－t圖像，由圖像上任意兩點所對應(yīng)的速度，用公式a＝eq \f(Δv,Δt)算出加速度
答案 D
解析 根據(jù)任意兩個計數(shù)點的速度，用公式算出加速度，偶然誤差較大，實驗誤差較大，故A錯誤；
依次算出連續(xù)兩個計數(shù)點間的加速度，算出平均值作為小車的加速度，不能有效的剔除誤差較大的點，故B錯誤；當(dāng)縱坐標(biāo)取不同的標(biāo)度時，圖像的傾角就會不同，故C錯誤；只有利用實驗數(shù)據(jù)畫出對應(yīng)的v－t圖像，才可以充分利用測量數(shù)據(jù)，減少偶然誤差，故D正確。
3．(多選)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，為了減小測量小車運動加速度的相對誤差，下列措施中哪些是有益的( )
A．使小車運動的加速度盡量小一些
B．適當(dāng)增加掛在細繩下的槽碼的個數(shù)
C．在同樣條件下，打出多條紙帶，選其中一條最理想的進行測量和計算
D．舍去紙帶上較密集的點，然后選取計數(shù)點，進行計算
答案 BCD
解析 實驗中如果加速度太小，會導(dǎo)致各段位移差太小，計算中會使誤差增大，所以要適當(dāng)增加槽碼個數(shù)來增大小車的加速度；為了便于測量和減小誤差，應(yīng)該打出多條紙帶，選擇點跡清晰的理想紙帶，舍去紙帶上比較密集的點，故選B、C、D。
4．(2022·宣城六校高一期中)兩實驗小組的同學(xué)分別做“探究小車的速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗。
(1)甲組同學(xué)從實驗室已經(jīng)領(lǐng)取了以下器材：一端裝有定滑輪的長木板、小車、紙帶、鉤碼、輕細繩、8 V交變電源。為了完成本實驗，還須從圖中選取部分實驗器材，其名稱分別為________、________。
(2)乙組同學(xué)另外從實驗室領(lǐng)取了一套器材，他們所選用的計時器為電火花計時器，使用電火花計時器時的基本步驟如下：
A．當(dāng)紙帶完全通過電火花計時器后，及時關(guān)閉電火花計時器
B．將電火花計時器插頭插入相應(yīng)的電源插座
C．把計時器固定在長木板上，將紙帶從墨粉紙盤下面穿過電火花計時器
D．接通開關(guān)，聽到放電聲，立即釋放小車拖動紙帶
上述步驟正確的順序是________(填步驟前的字母)。
答案 (1)電磁打點計時器 刻度尺 (2)CBDA
解析 (1)電火花計時器使用的是220 V的交流電，電磁打點計時器使用的是8 V的交流電，所以應(yīng)選擇電磁打點計時器，實驗中還需要刻度尺測量計數(shù)點間的距離。
(2)實驗時，應(yīng)先安裝裝置，然后啟動電源，釋放小車拖動紙帶，實驗完畢后，關(guān)閉電火花計時器，整理器材，所以正確順序為CBDA。
5．一小球在桌面上從靜止開始做加速直線運動，現(xiàn)用高速攝影機在同一底片上多次曝光，記錄下小球每次曝光的位置，并將小球的位置進行編號。如圖甲所示，1位置恰為小球剛開始運動的瞬間，作為零時刻。攝影機連續(xù)兩次曝光的時間間隔均相同，小球從1位置到6位置的運動過程中經(jīng)過各位置的速度分別為v1＝0，v2＝0.06 m/s，v3＝________ m/s，v4＝0.18 m/s，v5＝________ m/s。在圖乙所示的坐標(biāo)紙上作出小球的速度—時間圖像(保留描點痕跡)；根據(jù)圖像可求出加速度a＝________ m/s2。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)
答案 0.12 0.24 見解析圖 0.12
解析 由題圖甲知，x1＋x2＝0.06 m，而
v2＝eq \f(0.06 m,2T)＝0.06 m/s，
解得T＝0.5 s
則v3＝eq \f(x2＋x3,2T)＝eq \f(0.12,2×0.5) m/s＝0.12 m/s，
又x4＋x5＝0.24 m
則v5＝eq \f(x4＋x5,2T)＝eq \f(0.24,2×0.5) m/s＝0.24 m/s。
根據(jù)各點的瞬時速度，作出v－t圖像如圖所示。
v－t圖像的斜率表示加速度，則加速度：
a＝k＝eq \f(Δv,Δt)＝eq \f(0.24,2) m/s2＝0.12 m/s2。
6．(2023·武漢中學(xué)高一月考)在做“研究勻變速直線運動規(guī)律”的實驗時，某同學(xué)得到一條用電火花計時器打出的紙帶如圖甲所示，并在其上選取A、B、C、D、E、F、G共7個計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點(圖中沒有畫出)，電火花計時器接220 V、50 Hz的交變電源。他經(jīng)過測量并計算得到電火花計時器在打B、C、D、E、F各點時物體的瞬時速度如表所示：
(1)設(shè)電火花計時器的周期為T，計算打F點時物體的瞬時速度大小的公式為vF＝________(用題中所給字母表示)；
(2)根據(jù)表中所給數(shù)據(jù)，以A點對應(yīng)的時刻為t＝0，試在圖乙坐標(biāo)系中合理地選擇標(biāo)度，作出v－t圖像；
乙
(3)利用該圖像求得物體運動的加速度a＝________m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。
答案 (1)eq \f(d6－d4,10T) (2)見解析圖 (3)0.40
解析 (1)電火花計時器的周期為T，利用勻變速直線運動的平均速度等于中間時刻瞬時速度可得，在打F點時物體的瞬時速度大小為vF＝eq \f(d6－d4,10T)。
(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，以A點對應(yīng)的時刻為t＝0，利用描點法作出v－t圖像如圖所示。
(3)由v－t圖像求得物體運動的加速度為a＝eq \f(Δv,Δt)＝eq \f(0.301－0.100,0.5) m/s2≈0.40 m/s2。
7．在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，打點計時器接在50 Hz的低壓交變電源上，某同學(xué)在打出的紙帶上每5個點取一個計數(shù)點，共取了A、B、C、D、E、F六個計數(shù)點(每相鄰兩個計數(shù)點間還有四個點未畫出)，如圖甲所示。從每一個計數(shù)點處將紙帶剪開分成五段(分別為a、b、c、d、e段)，將這五段紙帶由短到長緊靠但不重疊地粘在xOy坐標(biāo)系中，如圖乙所示，由此可以得到一條表示v－t關(guān)系的圖線，從而求出加速度的大小。
(1)請你在圖乙xOy坐標(biāo)系中用最簡潔的方法作出能表示v－t關(guān)系的圖線，其中________(選填“x”或“y”)軸相當(dāng)于v軸，________(選填“x”或“y”)軸相當(dāng)于t軸。
(2)從第一個計數(shù)點開始計時，為求出0.15 s時刻的瞬時速度，需要測出________段紙帶的長度。
(3)若測得a段紙帶的長度為2.0 cm，e段紙帶的長度為10.0 cm，則可求出加速度的大小為________ m/s2。
答案 (1)見解析圖 y x (2) b (3)2
解析 (1)分別取a、b、c、d、e五段的上方中點，并連線，則得到能表示v－t關(guān)系的圖線，如圖所示；
y軸相當(dāng)于v軸，x軸相當(dāng)于t軸；
(2)t＝0.15 s是BC段的中間時刻，要求t＝0.15 s時的瞬時速度，只需要測出b段紙帶的長度xb，然后用eq \x\t(v)＝eq \f(xb,T)求得的平均速度即可認為是t＝0.15 s時刻的瞬時速度；
(3)a、e段各自中間時刻的速度分別為
va＝eq \f(xa,T)＝eq \f(2.0 cm,0.1 s)＝0.2 m/s，
ve＝eq \f(xe,T)＝eq \f(10.0 cm,0.1 s)＝1.0 m/s
根據(jù)a＝eq \f(Δv,Δt)得a＝eq \f(ve－va,4T)
＝eq \f(1.0－0.2,0.4) m/s2＝2 m/s2。位置編號
0
1
2
3
4
5
6
…
時間t/s
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
vⅠ/(m·s－1)
vⅡ/(m·s－1)
vⅢ/(m·s－1)
位置
0
1
2
3
4
5
6
時間t/s
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
v/(m·s－1)
0.45
0.60
0.74
0.89
1.03
1.19
速度
vB
vC
vD
vE
vF
數(shù)值(m·s－1)
0.479
0.560
0.640
計數(shù)點
B
C
D
E
F
速度(m·s－1)
0.141
0.185
0.220
0.254
0.301

相關(guān)試卷

高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第一冊4 實驗：用雙縫干涉測量光的波長一課一練：

這是一份高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第一冊4 實驗：用雙縫干涉測量光的波長一課一練，共13頁。

選擇性必修 第一冊4 實驗：驗證動量守恒定律優(yōu)秀綜合訓(xùn)練題：

這是一份選擇性必修 第一冊4 實驗：驗證動量守恒定律優(yōu)秀綜合訓(xùn)練題，共13頁。

人教版 (2019)選擇性必修 第一冊1 動量優(yōu)秀同步測試題：

這是一份人教版 (2019)選擇性必修 第一冊1 動量優(yōu)秀同步測試題，共13頁。

英語朗讀寶

相關(guān)試卷 更多

必修 第一冊3 牛頓第二定律精品課時練習(xí)

必修 第一冊3 牛頓第二定律精品課時練習(xí)
高中物理人教版 (2019)必修 第一冊3 位置變化快慢的描述——速度優(yōu)秀第1課時測試題

高中物理人教版 (2019)必修 第一冊3 位置變化快慢的描述——速度優(yōu)秀第1課時測試題
人教版 (2019)必修 第一冊2 時間 位移精品第1課時習(xí)題

人教版 (2019)必修 第一冊2 時間 位移精品第1課時習(xí)題
高中物理人教版 (2019)必修 第一冊1 質(zhì)點 參考系精品達標(biāo)測試

高中物理人教版 (2019)必修 第一冊1 質(zhì)點 參考系精品達標(biāo)測試
資料下載及使用幫助
版權(quán)申訴
版權(quán)申訴
若您為此資料的原創(chuàng)作者，認為該資料內(nèi)容侵犯了您的知識產(chǎn)權(quán)，請掃碼添加我們的相關(guān)工作人員，我們盡可能的保護您的合法權(quán)益。
入駐教習(xí)網(wǎng)，可獲得資源免費推廣曝光，還可獲得多重現(xiàn)金獎勵，申請 精品資源制作， 工作室入駐。
版權(quán)申訴二維碼
高中物理人教版 (2019)必修 第一冊電子課本

1 實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律

版本： 人教版 (2019)

年級： 必修 第一冊

切換課文
  • 課件
  • 教案
  • 試卷
  • 學(xué)案
  • 更多
所有DOC左下方推薦
歡迎來到教習(xí)網(wǎng)
  • 900萬優(yōu)選資源，讓備課更輕松
  • 600萬優(yōu)選試題，支持自由組卷
  • 高質(zhì)量可編輯，日均更新2000+
  • 百萬教師選擇，專業(yè)更值得信賴
微信掃碼注冊
qrcode
二維碼已過期
刷新

微信掃碼，快速注冊

手機號注冊
手機號碼

手機號格式錯誤

手機驗證碼 獲取驗證碼

手機驗證碼已經(jīng)成功發(fā)送，5分鐘內(nèi)有效

設(shè)置密碼

6-20個字符，數(shù)字、字母或符號

注冊即視為同意教習(xí)網(wǎng)「注冊協(xié)議」及「隱私條款」
QQ注冊
手機號注冊
微信注冊

注冊成功

返回
頂部