實(shí)驗(yàn)一探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律

過好雙基關(guān)-回原實(shí)薇原理掌握基本方法

基本實(shí)驗(yàn)要求

1.實(shí)驗(yàn)器材

電火花計(jì)時(shí)器(或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)、一端帶有滑輪的長木板、小車、紙帶、細(xì)繩、

槽碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙。

2.實(shí)驗(yàn)原理(如圖1所示)

小車紙帶電野頭

圖

3.實(shí)驗(yàn)步驟

⑴按照如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板無滑輪的一端,接好電源。

⑵把一細(xì)繩系在小車上，細(xì)繩繞過滑輪，下端掛合適的槽碼，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)

器，固定在小車后面。

(3)把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源,后放開小車。

(4)小車運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，斷開電源，取下紙帶。

(5)換紙帶重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次，選擇一條比較理想的紙帶進(jìn)行測量分析。

4.注意事項(xiàng)

⑴平行：紙帶、細(xì)繩要和長木板平行。

(2)兩先兩后：實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源，后讓小車運(yùn)動(dòng)；實(shí)驗(yàn)完畢應(yīng)先斷開電源，后

取下紙帶。

(3)防止碰撞：在到達(dá)長木板末端前應(yīng)讓小車停止運(yùn)動(dòng)，防止槽碼落地及小車與滑

輪相撞。

(4)減小誤差：小車的加速度宜適當(dāng)大些，可以減小長度測量的相對(duì)誤差，計(jì)算加

速度大小時(shí)以能在約50cm的紙帶上清楚地取出6?7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜。

⑸小車從靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器位置釋放。

基本實(shí)驗(yàn)方法

I.依據(jù)紙帶判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)

(1)X1、X2、刈…我是相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離。

⑵Ar是兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間內(nèi)的位移差：Ari—X2—XI,AT2—X3—X2…。

(3)丁是相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔：7=0.02”(打點(diǎn)計(jì)時(shí)落的頻率為5()Hz,〃為

兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間計(jì)時(shí)點(diǎn)的間隔數(shù))。

(4)AY=〃尸，只要小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，它在任意兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)

的位移之差就一定相等。

2.數(shù)據(jù)處理

(1)分析物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)——測量相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，計(jì)算相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)距離之差,

看其是否為常數(shù)，從而確定物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。

(2)利用逐差法求解平均加速度

X4-X\X5-X2X6-X3

Cl\=~,Q2=--?03=~-

41++43(g+窄+及)—(川+12+犬3_)

°=3======9￡====°

(3)利用平均速度求瞬時(shí)速度：4=叱企」。

(4)利用速度一時(shí)間圖像求加速度

①作出速度一時(shí)間圖像，通過圖像的斜率求解物體的加速度；

②剪下相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的紙帶緊排在一起求解加速度。

------^研透命題點(diǎn)細(xì)研考點(diǎn)和真題分析突破命題點(diǎn)

命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)

基礎(chǔ)考點(diǎn)?自主悟透

【例1】(2021月重慶市學(xué)業(yè)水平選擇性考試適應(yīng)性測試，11)某小組用打點(diǎn)計(jì)

時(shí)器研究小車的勻變速直線運(yùn)動(dòng)，該打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源的頻率為50Hz,在打好的

紙帶上每5個(gè)點(diǎn)標(biāo)記一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，標(biāo)記結(jié)果如圖2所示，A、B、C、。為連續(xù)選

擇的計(jì)數(shù)點(diǎn),其位置分別為20.0mm、34.0mm、53.0mm和77.0mm。則：

(ABCD-^

|川巾川|川||||中叫川|||||||川|呵刖1川||川||叫呵小叫|[]

01cm23456789t

圖2

(1)圖中相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔是s；

(2)打B點(diǎn)時(shí)小車的速度大小是m/s；

(3)小車運(yùn)動(dòng)的加速度大小是m/s2o

答案(1)0.1(2)0.165(3)0.5

解析(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為

r=/=50H^=002§

相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔

—0.1So

(2)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，中間時(shí)刻速度等于平均速度，所以3點(diǎn)速度為

X4C(53.0-20.0)X10一3m

。片虧=2XKU

=0.165m/So

(3)根據(jù)逐差法求解加速度

3

XCD—XAB(24.0—14.0)X101

0=2尸=2X0?P襁

=0.5m/s2o

【變式1】(2020.江蘇鹽城市第三次模擬)小華同學(xué)在“探究小車速度隨時(shí)間變化

的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中，選出了如圖3甲所示的一條紙帶(每兩個(gè)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)沒有畫

出)。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50Hz。

5.0()7.109.1()10.8112.7()610單位：由

?rr-LT-「T1

ABEF

甲

2.00

I

l.(M?

0.50

00.10.20.3().40.5r/s

乙

圖3

⑴根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)，計(jì)算E點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度并填入表中。

位置ABCDE

v/(m-s-1)0.610.811.001.18

⑵小華同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖乙中畫出了小車的圖像。請(qǐng)你根據(jù)吁/圖像判斷小

車做的是(填寫序號(hào))

A.勻速直線運(yùn)動(dòng)

B.勻變速直線運(yùn)動(dòng)

C.非勻變速直線運(yùn)動(dòng)

(3)小紅同學(xué)用以下方法繪制了小車運(yùn)動(dòng)的v-t圖像：

第一，先把紙帶每隔0.1s剪斷，得到若干短紙條；

第二、再把這些紙條并排貼在一張紙上，使這些紙條下端對(duì)齊，作為時(shí)間坐標(biāo)軸，

標(biāo)出時(shí)間;

第三，將紙條上端中心連起來，于是得到。一，圖像。

請(qǐng)回答這樣做(選填“可行”“不可行”)，簡要說明其理由

答案(1)1.39(2)B⑶可行見解析

解析⑴相鄰兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔為7=0.1s,則E點(diǎn)的速度比=箸=

J1

0.1270+0.1510

------02------m/s=1.39m/s

(2)根據(jù)v-t圖像可知小車做的是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，故選Bo

(3)

00.10.20.30.40.5

該做法是可行的；因?yàn)榧魯嗟募垘玫臅r(shí)間都是，=0.1s,即時(shí)間/相等，所以

紙帶的長度之比等于此段紙帶的平均速度之比；而此段紙帶的平均速度等于這段

紙帶中間時(shí)刻的速度。最后得出結(jié)論：紙帶的長度之比等于此段紙帶的平均速度

之比，還等于各段紙帶中間時(shí)刻的速度之比，即線帶的高度之比等于中間時(shí)刻速

度之比，因此該做法是合理的。

【變式2】(202()?廣東潮州市第二次模擬)在做“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)時(shí),

某同學(xué)得到一條用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶，如圖4所示，各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)己經(jīng)在紙帶

上標(biāo)出，圖中每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)沒有畫出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接頻率片

50Hz的交流電源。

納線”打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

____/rA/

.j\帶

昌鉤一直板

圖4

(1)該實(shí)驗(yàn)_________平衡摩擦力，滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于木塊的質(zhì)

量(填“需要”“不需要”)；

(2)打下計(jì)數(shù)點(diǎn)6時(shí)紙帶的速度06=(用給定字母表示)；

(3)物體加速度為(用給定字母表示);

(4)如果交變電流的頻率/>50Hz,但當(dāng)時(shí)做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，那么測得的加

速度值比真實(shí)值_________(選填“偏大”或“偏小”)。

答案(1)不需要不需要⑵0常4)/

(X4+X3-X2—XI)Z2..,

(3)-------礪------(旬偏小

解析(1)本實(shí)驗(yàn)是研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，即只需要測出木塊運(yùn)動(dòng)的加速度

和速度，而不需要測出合力的大小，故不需要平衡摩擦力，也不需要滿足鉤碼的

質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于木塊的質(zhì)量。

(2)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出，則時(shí)間間隔為t=5T=j

根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，有比=%必=

(X3+.V4)f

10°

(3)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的判別式有X3—加=4的戶

可求得平均加速度為。=空0=(g+冷―X2—XI),

200

(4)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的判別式可知加速度的測量值為。=拿=11

故頻率/>50Hz時(shí)，測量值的頻率偏小，所求得的加速度偏小。

命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新

高考熱點(diǎn)?講透練熟

1.高考啟示

高考實(shí)驗(yàn)題一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)新情景。

因此，要在夯實(shí)教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上注意遷移和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，善于用教材中實(shí)

驗(yàn)的原理、方法和技巧處理新問題。

2.情景拓展

cD

滴水計(jì)

時(shí)器.小車

重物

甲

’9!?qq?

乙

E.頻閃照相法F.滴水法

3.數(shù)據(jù)處理

(1)加速度的獲得：靠重物的拉力獲得加速度一長木板傾斜靠重力獲得加速度。

(2)速度的測量方法：由打點(diǎn)紙帶求速度f測定遮光片的寬度d和遮光片通過光電

門的擋光時(shí)間△/,由。=噂求速度。

(3)加速度的測量方法：由打點(diǎn)紙帶利用逐差法求加速度一利用經(jīng)過兩個(gè)光電門的

瞬時(shí)速度，由速度位移關(guān)系式求加速度。

類型1實(shí)驗(yàn)情景創(chuàng)新

【例2】(2017.全國卷H,22)某同學(xué)研究在固定斜面上運(yùn)動(dòng)物體的平均速度、瞬

時(shí)速度和加速度之間的關(guān)系。使用的器材有：斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光

片、光電計(jì)時(shí)器。

運(yùn)動(dòng)方向

前端,

r/CcnTS')

53.6

53.2醉^耳整匚

?:?5?5??m???i?:??:?：?g?g??H???5?：::::::

:::::::

的同陽甌鉆

-9O???????■?I?■?I??????????Q??■

■?*，M?H

I：：：：：：：：：S

I：：：：：：：：?D

52.4tnnnn:

里的建建

52.0位性三的主曲后的生MM生1------------

0501(K)150200A//ms

(C)

圖5

實(shí)驗(yàn)步驟如下:

①如圖5(a),將光電門固定在斜面下端附近：將一擋光片安裝在滑塊上，記下?lián)?/p>

光片前端相對(duì)于斜面的位置，令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑；

②當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時(shí)，用光電計(jì)時(shí)器測得光線被擋光片遮住的時(shí)間

Ar；

③用As表示擋光片沿運(yùn)動(dòng)方向的長度［如圖(b)所示］,。表示滑塊在擋光片遮住光

線的0時(shí)間內(nèi)的平均速度大小，求出

④將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與①中的位置相同，令滑塊

由靜止開始下滑，重復(fù)步驟②、③；

⑤多次重復(fù)步驟④；

⑥利用實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)作出。一加圖，如圖(c)所示。

完成下列填空：

(1)用。表示滑塊下滑的加速度大小，用內(nèi)表示擋光片前端到達(dá)光電門時(shí)滑塊的瞬

時(shí)速度大小，則o與VAYa和A/的關(guān)系式為v=；

(2)由圖(c)可求得cm/s,a=cm/s2(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

答案⑴辦(2)52.116.3

解析(1)設(shè)擋光片末端到達(dá)光電門的速度為。，

則由速度與時(shí)間關(guān)系可知且宇

聯(lián)立解得：。=內(nèi)+；〃4。

(2)將圖線延長交縱軸52.1cm/s處,即為VA,

VA=52Acm/s,圖線的斜率

1____53.6—52.4____

k=2a=(180-32.5)X10-3陋人7^8.14cm/s?'

即o=16.3cm/s2o

【變式3)(2020?廣東廣州市天河區(qū)三模熱身)用圖6甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來測量勻

變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度。

0123cm

?山山仙山出川1+1|1國產(chǎn)」山

()2()

圖6

(1)實(shí)驗(yàn)的主要步驟：

①用游標(biāo)卡尺測量遮光片的寬度力結(jié)果如圖乙所示，讀得4=mm；

②用刻度尺測量4點(diǎn)到光電門所在位置B點(diǎn)之間的水平距離x；

③滑塊從A點(diǎn)靜止釋放(已知祛碼落地前遮光片已通過光電門)；

④讀出遮光片通過光電門所用的時(shí)間/:

⑤改變光電門的位置，滑塊每次都從4點(diǎn)靜止釋放，測量相應(yīng)的x值并讀出，值。

(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)，以x為橫坐標(biāo)，"為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙中作出《一x圖線

如圖7所示，求得該圖線的斜率k=in-'s-2；由此進(jìn)一步求得滑塊的

加速度。=ms"。(計(jì)算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)

圖7

答案⑴6.6()⑵2.38X104(3)0.518

解析(1)①主尺刻度為6mm,分尺刻度為0.05mmX12=0.60mm,最終刻度為

6.60mnio

⑵滑塊通過光電門的瞬時(shí)速度為。斗d，根據(jù)速度位移公式得。2=2〃x,有為,=2以，

整理得《=竿，根據(jù)圖像知圖線的斜率為％將嚴(yán)仁2.38X104mis

1au./u.Zo

kd12.38X104X6.602X10-6..

,根據(jù)k=%得za4=刁-=----------5----------m/s2=0.518m/s2o

類型2實(shí)驗(yàn)方法拓展——測重力加速度

【例3】(2019?全國卷III,22)甲、乙兩位同學(xué)設(shè)計(jì)了利用數(shù)碼相機(jī)的連拍功能測

重力加速度的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，甲同學(xué)負(fù)責(zé)釋放金屬小球，乙同學(xué)負(fù)責(zé)在小球自由

下落的時(shí)候拍照。己知相機(jī)每間隔0.1s拍1幅照片。

⑴若要從拍得的照片中獲取必要的信息，在此實(shí)驗(yàn)中還必須使用的器材是

。(填正確答案標(biāo)號(hào))

A.米尺B.秒表C.光電門D.天平

(2)簡述你選擇的器材在本實(shí)驗(yàn)中的使用方法。

答:_______________________________________________________________

(3)實(shí)驗(yàn)中兩同學(xué)由連續(xù)3幅照片上小球的位置服〃和。得到R?=24.5cm、ac=

58.7cm,則該地的重力加速度大小為g=m/s2o(保留2位有效數(shù)字)

答案(1)A(2)將米尺豎直放置，使小球下落時(shí)盡量靠近米尺(3)9.7

解析(1)利用頻閃照片測重力加速度時(shí)需要測量小球下落的距離，因此實(shí)驗(yàn)時(shí)必

須使用米尺。

(2)將米尺豎直放置，小球靠近米尺下落，從照片上直接讀出小球下落的距離。

(3)根據(jù)Ax=gT2得重力加速度大小

be—ab(ac-ab)—ab

g=~下~=產(chǎn)

(58.7-24.5-24.5)X10-2「

—m/s*--9.7m/s'o

【變式4】(2021月湖南普高校招生適應(yīng)性考試，11)某同學(xué)利用滑塊在氣墊導(dǎo)

軌上的運(yùn)動(dòng)測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。如圖8(a)所示，所用器材包括：氣墊導(dǎo)軌、

滑塊(上方安裝有寬度為d的遮光片)、數(shù)字計(jì)時(shí)器、光電門等。導(dǎo)軌下方兩支點(diǎn)

間的距離為實(shí)驗(yàn)步驟如下：

門

光電

遮光片

AL

接

氣

支點(diǎn)

軌右

墊導(dǎo)

塊氣

點(diǎn)滑

左支泵

圖8

(填

時(shí)間

遮光

錄的

A記

電門

，當(dāng)光

滑塊

，輕推

導(dǎo)軌

氣墊

，調(diào)節(jié)

氣泵

⑴開動(dòng)

平;

導(dǎo)軌水

為氣墊

，可認(rèn)

間時(shí)

光時(shí)

的遮

3記錄

電門

")光

“等于

”或

小于

”“

“大于

：

cm

=

示，d

(h)所

如圖

度”，

片寬

遮光

測量

卡尺

游標(biāo)

(2)用

經(jīng)

遮光片

，記錄

滑下

頂端

導(dǎo)軌

塊從

讓滑

塊，

的墊

為6

高度

加一

點(diǎn)下

左支

導(dǎo)軌

(3)在

力2,

的時(shí)間

B所用