决胜考场高中物理模块一直线运动：实验 探究小车的速度随时间变化规律

考点6 实验考点6.1 探究小车的速度随时间变化的规律基本实验要求1.实验器材电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸.2.实验步骤(1)按照实验原理图所示实验装置，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，下端挂适量的钩码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面；(3)把小车停靠在打点计时器处，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)换纸带反复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析.3.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，后放开小车；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，防止钩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，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约50 cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜.4.数据处理(1)目的通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度，确定物体的运动性质等. (2)处理的方法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(如图)a 1＝x 4－x 13T 2，a 2＝x 5－x 23T 2，a 3＝x 6－x 33T 2⇒a ＝a 1＋a 2＋a 33 ③利用平均速度求瞬时速度：v n ＝x n ＋x n ＋12T④利用速度—时间图象求加速度，通过图象的斜率求解物体的加速度； 2.依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动 (1)x 1、x 2、x 3…x n 是相邻两计数点间的距离.(2)Δx 是两个连续相等的时间间隔内的位移差：Δx 1＝x 2－x 1，Δx 2＝x 3－x 2，….(3)T 是相邻两计数点间的时间间隔：T ＝0.02n (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 ＝aT 2，因为T 是恒量，做匀变速直线运动的小车的加速度a 也为恒量，所以Δx 必然是个恒量.这表明：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. 考点6.1.1 基本仪器关于打点计时器的使用，下列说法中正确的是( C ) A.打点计时器一般使用4～6 V 的直流电源 B.安放纸带时，应把纸带放在复写纸的上面 C.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器 D.最好在接通电源的同时，放开小车利用打点计时器探究小车速度随时间变化的规律，请选出较准确的一组( B )A.学生电源、导线、电火花计时器、小车、钩码、一端带有定滑轮的长木板、带小钩的细线、纸带、刻度尺、坐标纸B.学生电源、导线、电磁打点计时器、小车、钩码、一端带有定滑轮的长木板、带小钩的细线、纸带、刻度尺、坐标纸C.导线、电磁打点计时器、小车、钩码、一端带有定滑轮的长木板、带小钩的细线、纸带、刻度尺、坐标纸D.学生电源、导线、电磁打点计时器、钩码、一端带有定滑轮的长木板、带小钩的细线、纸带、刻度尺、坐标纸如图所示，气垫导轨上滑块经过光电门时，其上的遮光条将光遮住，电子计时器可自动记录遮光时间Δt .测得遮光条的宽度为Δx ，用Δx Δt 近似代表滑块通过光电门时的瞬时速度.为使ΔxΔt 更接近瞬时速度，正确的措施是( A )A.换用宽度更窄的遮光条B.提高测量遮光条宽度的精确度C.使滑块的释放点更靠近光电门D.增大气垫导轨与水平面的夹角 考点6.1.2 实验原理与实验操作关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验操作，下列说法中错误的是( A ) A.长木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低 B.在释放小车前，小车应停在靠近打点计时器处 C.应先接通电源，待打点计时器开始打点后再释放小车 D.要在小车到达定滑轮前使小车停止运动在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，下列说法中正确的是( C ) A ．长木板一定要水平摆放B ．使用刻度尺测量长度时，不必估读C ．使用刻度尺测量长度时，要估读到最小刻度的下一位D ．作v －t 图象时，所描线必须经过每一个点(多选)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学利用纸带上的数据计算出了各计数点对应时刻小车的瞬时速度.然后他以速度v 为纵轴、时间t 为横轴建立直角坐标系，共描出了10个点，并画出了小车运动的v －t 图象，如图3所示.针对该同学作出的v －t 图象，他所在的实验小组的其他四位同学分别交流了自己的看法，以下四种看法，你认为有道理的是( BD )A.这10个点无论如何也不在一条直线上，因此小车运动的图象不可能为一条直线，而应为一条平滑的曲线B.这10个点中有7个点虽然不在一条直线上，但它们紧挨在一条直线附近，只有F 和B 两个点离这条直线太远C.在这10个点中有3个点(A 、D 、I )能画在一条直线上，其余7个点都不在该直线上，这条直线肯定不能表示小车的速度随时间变化的规律D.与直线偏差较小的点(C 、E 、G 、H 、J )可能是实验误差造成的，而偏离直线较远的点(B 、F )则可能是实验中出现失误造成的在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时，为了能够较准确地测出加速度，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上：________.A.把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面B.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C.再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，每次必须由静止释放小车D.把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面E.把小车停在靠近打点计时器处，接通直流电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次F.从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起始点，并把每打五个点的时间作为时间单位.在选好的起始点下面记作0，往后第五个点作为计数点1，依次标出计数点2、3、4、5、6，并测算出相邻两计数点间的距离G.根据公式a 1＝x 4－x 13T 2、a 2＝x 5－x 23T 2、a 3＝x 6－x 33T 2及a ＝a 1＋a 2＋a 33，求出a 【答案】ABCDFG在探究小车速度随时间变化的规律的实验中，用打点计时器在纸带上打的点记录了小车的运动情况．某同学做此实验时的步骤如下：A ．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，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，下面挂上适当的钩码；D ．小车停止运动后，直接取下纸带；E ．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔；F ．换上新纸带，再重复操作两次，然后从各纸带中选取一条点迹清晰的进行数据处理． 其中错误或遗漏的步骤有： (1)________；(2)________．将以上步骤完善后，其合理的顺序为________．【答案】 (1)A 中应先接通电源，再放开纸带 (2)D 中取纸带前应先断开电源 BECADF 某同学用如图甲所示的实验装置探究小车速度随时间变化的规律.实验步骤如下： A.安装好实验器材；B.让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打下一系列点，重复几次，选出一条点迹比较清晰的纸带，从便于测量的点开始，每五个点取一个计数点，如图乙中a 、b 、c 、d 等点；C.测出x 1、x 2、x 3、….结合上述实验步骤，请你继续完成下列问题：(1)实验中，除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外，在下列的仪器和器材中，必须使用的有________.(填选项代号) A.电压合适的50 Hz 交流电源 B.电压可调的直流电源 C.秒表 D.刻度尺 E.天平 F.重锤 G.弹簧测力计 H.滑动变阻器(2)如果小车做匀加速直线运动，所得纸带如图乙所示，则x 1、x 2、x 3的关系是________，已知打点计时器打点的时间间隔是T ，则打c 点时小车的速度大小是________. 【答案】(1)AD (2)x 3－x 2＝x 2－x 12310x x T考点三6.1.3 数据处理与误差分析如图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带.(1)已知打点计时器电源频率为50 Hz ，则纸带上打相邻两点的时间间隔为________. (2)A 、B 、C 、D 是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出.从图中读出A 、B 两点间距x ＝________；C 点对应的速度是________(计算结果保留三位有效数字). 【答案】(1)0.02 s (2)0.700 cm 0.100 m/s（多选)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法中对于减小实验误差有益的是( ACD )A.选取计数点，把每打五个点的时间间隔作为一个时间单位B.使小车运动的加速度尽量小些C.舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰、点间间隔适当的那一部分进行测量、计算D.选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验研究小车匀变速直线运动的实验装置如图 (a)所示，其中斜面倾角θ可调，打点计时器的工作频率为50 Hz ，纸带上计数点的间距如图(b)所示，其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出.(1)部分实验步骤如下：A.测量完毕，关闭电源，取出纸带B.接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车C.将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连D.把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔 上述实验步骤的正确顺序是：__________(用字母填写). (2)图(b)中标出的相邻两计数点的时间间隔T ＝______ s. (3)计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v 5＝________.(4)为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为a ＝_______. 【答案】(1)DCBA (2)0.1 (3)452x x T+ (4)4561232()()9x x x x x x T ++-++实验中，如图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，相邻计数点间的时间间隔T ＝0.1 s.(1)根据纸带可判定小车做________运动.(2)根据纸带计算各点瞬时速度：v D ＝________ m/s ，v C ＝__________ m/s ，v B ＝________ m/s.在如图8所示坐标中作出小车的v －t 图线，并根据图线求出a ＝________.(3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度的物理意义是_______________________________. 【答案】(1)匀加速直线(2)3.90 2.64 1.38见解析图12.60 m/s2(3)零时刻小车经过A 点的速度某实验小组利用打点计时器和斜面小车分析小车的运动情况，实验装置如图（1）实验中打点计时器所使用的电源为（填“交流电源”或“直流电源”）（2）下面为某同学打出的一条纸带的一部分，描出O、A、B、C、D五个计数点（相邻两个计数点间有四个点未画出）．用毫米刻度尺测量各点与O点间距离如图所示，已知所用电源的频率为50H Z，则打B点时小车运动的速度v B=m/s，小车运动的加速度a=m/s2．（结果要求保留两位有效数字）【答案】（1）交流电源（2）0.62，1.8．在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，如图2－1－4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＝0.1 s.(1)计算D、C、B各点的瞬时速度，v D＝________m/s，v C＝________m/s，v B＝________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＝________.【答案】(1)3.90 2.64 1.38 (2)图见解析12.6 m/s2考点6.1.4实验拓展与创新(多选)一小球在水平桌面上做直线运动，用照相机对着小球每隔0.1 s 拍照一次，得到一幅频闪照片，用刻度尺量得照片上小球各位置如图2－1－6所示，已知照片与实物的比例为1∶10，则( AD )A ．图中对应的小球在通过8 cm 距离内的平均速度是2 m/sB ．图中对应的小球在通过8 cm 距离内的平均速度是1.6 m/sC ．图中对应的小球通过6 cm 处的瞬时速度是2.5 m/sD ．图中对应的小球通过6 cm 处的瞬时速度是2 m/s某同学用打点计时器测量做匀加速直线运动的物体的加速度，电源频率f ＝50 Hz.在纸带上打出的点中，选出零点，每隔4个点取1个计数点，因保存不当，纸带被污染，如图所示，A 、B 、C 、D 是依次排列的4个计数点，仅能读出其中3个计数点到零点的距离：s A ＝16.6 mm ，s B ＝126.5 mm ，s D ＝624.5 mm.若无法再做实验，可由以上信息推知： (1)相邻两计数点的时间间隔为________s.(2)打C 点时物体的速度大小为________m/s(取两位有效数字)； (3)物体的加速度大小为________(用s A 、s B 、s D 和f 表示)．【答案】(1)0.1 (2)2.5 (3)23275D B A S S S f-+如图所示，用滴水计时器研究小车的速度随时间的变化，步骤如下：(1)在斜面上铺上白纸，用图钉钉住．把滴水计时器固定在小车的一端(也可固定在侧面)，在小车的另一端(或另一侧)固定一个平衡物，如图．调节滴水计时器滴水速度，使之每秒滴n 滴(以滴水计时器内盛满水时为准)．在斜面顶端放置一浅盘．(2)把小车放在斜面顶端，把调好的滴水计时器盛满水，使水滴能滴入浅盘．随即在撤去浅盘的同时________，于是水滴在白纸上留下描述小车运动规律的点迹．小车到达斜面末端时立即将它握住并移开．(3)取下白纸，用直尺测量连续相邻各点迹的中心之间的距离x 1，x 2，…，x n ，x n ＋1，…则第n 点对应的速度v n ＝________.【答案】 (2)放开小车 (3)1()2n n n x x ++ 伽利略在《两种新科学的对话》一书中，提出了这样的猜想：物体沿斜面下滑是一种匀变速直线运动，同时他还设计了如图所示的实验装置，探究猜想的正确性．(1)实验时，让滑块从某一高度由静止沿斜面下滑，并同时打开装置中的阀门，使水箱中的水流到量筒中；当滑块碰到挡板的同时关闭阀门(整个过程中水流可视为均匀稳定的)．改变滑块起始位置的高度，重复以上操作．该实验探究方案是利用量筒中收集的水量来测量________的．(2)下表是该小组测得的有关数据，其中s 为滑块从斜面的不同高度由静止释放后沿斜面下滑的距离，V 为相应过程量筒收集到的水量．分析表中数据，根据________，可以得出滑块沿斜面下滑是做匀变速直线运动的结论.【答案】(1)时间 (2)2V 在误差的范围内是一常数 利用如图所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度，一斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动．当一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时，与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲滑至乙所用的时间t ，改变光电门甲的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间的距离s ，记下相应的t 值；所得数据如下表所示：(1)若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度的大小a 、滑块经过光电门乙时的瞬时速度v 1、测量值s 和t 四个物理量之间所满足的关系式是________； (2)根据表中给出的数据，在下图给出的坐标纸上画出st-t 图线； (3)由所画出的st-t 图线，得出滑块加速度的大小为a ＝________m/s 2(保留2位有效数字)．【答案】(1)v 1t －12at 2(2)图略 (3)2.0。