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第二章 匀变速直线运动的研究 1 实验: 探究小车速度随时间变化的规律,【实验目的】 1.巩固打点计时器的使用、纸带数据处理和测量瞬时速度的方法。 2.通过实验探究,体验如何从实验中获取数据,学会利用图象处理实验数据的科学方法。 3.知道小车在重物牵引下运动速度随时间变化的规律。,【实验原理】 1.跟小车连在一起的纸带记录运动小车在不同时刻的位置。 2.当时间间隔很短时,纸带上某点的瞬时速度可以用这一段时间内的平均速度表示。 3.求出各点速度,用描点法画出小车的v -t图象,根据图象的性质判断小车的速度随时间变化的规律。,【实验器材】 电磁打点计时器(或电火花计时器)、交流电源、导线、复写纸、纸带、一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、坐标纸。,【实验过程】 一、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.将一条细绳拴在小车上,将细绳跨过滑轮,下边挂上适当的钩码,使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,先接通电源,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系列小点,随后立即关闭电源。 4.换上新的纸带,重复实验两次。 5.增减所挂钩码,按以上步骤再做两次实验。,二、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开始点,作为计数起点(0),以后依次每五个点取一个计数点,并标明0、1、2、3、4测量各计数点到0点的距离x,并填入表中。,(2)当时间间隔很短时,纸带上某点的瞬时速度可以 用这一段时间内的平均速度表示,即v1= , vn= (n=2、3),求得各计数点1、2、3、4、 5的瞬时速度,填入表格中。,(3)根据表格中的数据,分析小车速度随时间变化的规律。,2.图象法: (1)建坐标系:在坐标纸上建立直角坐标系,横轴表示时间,纵轴表示速度。 (2)定标度:坐标轴的标度选取要合理,应使图象大致分布在坐标平面中央。 (3)描点:根据表格中的数据在坐标系中描点。,(4)连线:观察各点的分布情况,用一条直线“拟合”这些点,注意要使尽可能多的点在直线上,不能连接在直线上的点应均匀分布在直线两侧,离直线较远的点要舍弃。,(5)根据所得到的直线,分析小车速度随时间变化的规律。,【实验探究】 1.参看实验步骤2中“将细绳跨过滑轮,下边挂上适当的钩码”其中,你对“适当的钩码”如何理解?,提示:钩码的个数决定小车所受的牵引力,小车在不同牵引力作用下的运动不同,若钩码个数过多,小车运动太快,则在纸带上打的点过少,若钩码个数过少,小车运动太慢,则在纸带上打的点过密,这两种情况都不利于进行实验数据的测量分析。所以挂适当的钩码的目的是使纸带受到的拉力适中,从而使纸带运动的速度适中,纸带上的点疏密适中,便于测量和分析。,2.在实验中,测量每相邻两计数点间距离的正确方法是什么? 提示:测量每两个相邻计数点间的距离,应该用带着毫米刻度的长尺的零刻度对准起点,读出各计数点对应的刻度值,然后逐一相减,得到每两个计数点间距离的数值。,3.若纸带上相邻的点间距过小,如何确定计数点从而减小测量误差? 提示:可每隔四个点取一个计数点(或每五个点取一个计数点),则计数点间的时间间隔为0.10s。,4.v-t图象中直线的斜率表示运动物体的加速度,我们能否采用测出直线倾斜角,然后求出其正切值的方法来计算运动物体的加速度?若不能,则应如何计算? 提示:不能采用求正切值的方法来计算运动物体的加速度,因为还涉及标度的问题,应利用直线上相距较远的两个点的坐标来计算加速度。,类型1 实验操作 【典例1】(2017扬州高一检测)在探究小车速度随时间变化规律的实验中,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 B.把打点计时器固定在木板没有滑轮的一端,并连好电路,C.换上新的纸带,再重做两次 D.把长木板平放在实验桌上,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,下边吊着合适的钩码 G.断开电源,取出纸带,【解析】正确的实验步骤:把长木板平放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面;把打点计时器固定在木板没有滑轮的一端,并连好电路;把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,另一端吊合适的钩码;把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面,使小车停在靠近打点计时器处,先接通电源,再放开小车,让小车运动;打完一条纸带,断开电源,取下纸带,换上新纸带,再重做两次,即顺序为:DBFAEGC。 答案:DBFAEGC,类型2 实验数据处理 【典例2】(2017株洲高一检测)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甲所示,每两个相邻的计数点之间还有4个打印点未画出。,(1)试根据纸带上各个计数点间的距离,计算出打下B、C、D、E、F五个点时小车的瞬时速度,并将各个速度值填入表中(要求保留3位有效数字)。,(2)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在直角坐标系中,并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。 (3)由所画速度时间图象求出小车加速度为_m/s2。,【解析】(1)因为每相邻两计数点间还有4个打点,所以相邻的计数点之间的时间间隔为0.1s。 利用匀变速直线运动的推论得: vB= =0.400m/s, vF= =0.721m/s。,(2)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在直角坐标系中,并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。,(3)根据v-t图象求出图形的斜率k,所以小车加速度 a=k= m/s2=0.80m/s2。 答案:(1)0.400 0.721 (2)见解析图 (3)0.8,【补偿训练】 (2017宜兴高一检测)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,如图所示为记录小车运动情况的一条纸带,图中A、B、C、D、E为相邻的计数点,相邻计数点间的时间间隔T=0.1s。,(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v-t图象,并根据图象求出a=_。,【解析】(1)若时间较小,平均速度可以代替某点的瞬时速度。 D点的瞬时速度 vD= cm/s=390 cm/s=3.9 m/s,C点的瞬时速度 vC= cm/s=264 cm/s=2.64 m/s B点的瞬时速度 vB= cm/s=138 cm/s=1.38 m/s,(2)由(1)中数据作出小车的v -t图象如图所示,由图线的斜率可求得它的平均加速度 a= m/s2=12.6 m/s2,答案:(1)3.9 2.64 1.38 (2)图见解析 12.6m/s2,
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