第1節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律第二章勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究目

錄CONTENTS實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理01實(shí)驗(yàn)探究分析02實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ψ詼y(cè)031實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理一、實(shí)驗(yàn)原理1.利用紙帶計(jì)算瞬時(shí)速度：以紙帶上某點(diǎn)為__________取一小段位移,用這段位移的平均速度表示這點(diǎn)的__________。2.用v-t圖像表示小車的運(yùn)動(dòng)情況：以速度v為縱軸、時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系,用________畫出小車的v-t圖像,圖線的______表示加速度,如果v-t圖像是一條傾斜的直線,說明小車的速度是______變化的。中間時(shí)刻瞬時(shí)速度描點(diǎn)法斜率均勻二、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、復(fù)寫紙、紙帶、導(dǎo)線、一端帶有滑輪的長(zhǎng)木板、小車、細(xì)繩、槽碼、________、坐標(biāo)紙?？潭瘸呷?、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1.如圖所示,把一端帶有滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上,并使滑輪伸出桌面,把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上沒有滑輪的一端,連接好電路。2.把一條細(xì)繩拴在小車上,使細(xì)繩跨過滑輪,下邊掛上合適的槽碼,放手后,看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行,然后把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,并把紙帶的另一端固定在小車后面。3.把小車停在______打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處,先____________,后__________,讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng),于是,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一行小點(diǎn)。隨后,立即關(guān)閉電源。4.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(shí)驗(yàn)。靠近啟動(dòng)計(jì)時(shí)器釋放小車四、數(shù)據(jù)處理1.紙帶的選取與測(cè)量(1)在三條紙帶中選擇一條點(diǎn)跡最清晰的紙帶。(2)為了便于測(cè)量,一般舍掉紙帶開頭一些過于密集的點(diǎn)跡,找一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)(0點(diǎn))。(3)每5個(gè)點(diǎn)(相隔0.1s)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量(如圖所示,相鄰兩點(diǎn)中間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出)。(4)采集數(shù)據(jù)的方法：不要直接去測(cè)量?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,而是要量出各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)時(shí)零點(diǎn)的距離d1、d2、d3、…然后再算出相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離x1=d1；x2=d2-d1；x3=d3-d2；x4=d4-d3；…

位置編號(hào)012345…時(shí)間t/s00.10.20.30.40.5

v1/(m·s-1)

v2/(m·s-1)

v3/(m·s-1)

3.作出小車的v-t圖像(1)定標(biāo)度：坐標(biāo)軸的標(biāo)度選取要合理,應(yīng)使圖像大致分布在坐標(biāo)平面中央。(2)描點(diǎn)：描點(diǎn)時(shí)要用平行于兩坐標(biāo)軸的虛線標(biāo)明該點(diǎn)的位置坐標(biāo)(所描的點(diǎn)一般用“·”標(biāo)明)。(3)連線：用一條平滑的曲線或直線“擬合”這些點(diǎn)。讓所畫的直線連接盡可能多的點(diǎn),不能連接的點(diǎn)應(yīng)均勻分布在直線兩側(cè),舍棄離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論如果畫出的v-t圖像是一條傾斜的直線,說明小車做速度均勻變化的直線運(yùn)動(dòng)。圖像和縱坐標(biāo)軸的交點(diǎn)表示開始計(jì)時(shí)時(shí)小車的速度——初速度。六、注意事項(xiàng)1.開始放開小車時(shí),應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。2.先啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,等打點(diǎn)穩(wěn)定后,再放開小車。3.打點(diǎn)完畢,立即關(guān)閉電源。4.選取一條點(diǎn)跡清晰的紙帶,舍掉開頭點(diǎn)跡密集部分,選取適當(dāng)?shù)挠?jì)數(shù)點(diǎn)(注意計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)時(shí)點(diǎn)的區(qū)別),弄清楚所選的時(shí)間間隔T等于多少。5.不要分段測(cè)量各段距離,應(yīng)盡可能地一次測(cè)量完畢(可統(tǒng)一量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)時(shí)起點(diǎn)的距離)。6.在坐標(biāo)紙上畫v-t圖像時(shí),注意坐標(biāo)軸單位長(zhǎng)度的選取,應(yīng)使圖像大致布滿坐標(biāo)紙。2實(shí)驗(yàn)探究分析探究二數(shù)據(jù)處理與誤差分析探究一實(shí)驗(yàn)原理與操作探究三實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新探究一實(shí)驗(yàn)原理與操作例1在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,(1)下列給出的器材中,有一部分已經(jīng)選好了,請(qǐng)選出還需要的器材。A.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 B.天平C.低壓交流電源 D.低壓直流電源E.細(xì)繩和紙帶 F.槽碼和小車G.秒表 H.一端有滑輪的長(zhǎng)木板I.刻度尺選出的器材有AEFH,還需要

。

解析

在本實(shí)驗(yàn)中,不需要測(cè)量小車和槽碼的質(zhì)量,因此不需要天平,電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是低壓交流電源,因此不需要直流電源,同時(shí)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄了小車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間,因此不需要秒表。測(cè)量點(diǎn)跡間的距離需要刻度尺,所以還需要的器材是C、I。答案

C、I

(2)某同學(xué)按照以下步驟進(jìn)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(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)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(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方,先放開小車,再啟動(dòng)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；D.斷開電源,取下紙帶；E.把一條細(xì)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(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔。以上步驟有錯(cuò)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)。

解析

以上步驟有錯(cuò)誤的是C,應(yīng)先啟動(dòng)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,待打點(diǎn)穩(wěn)定后再放開小車。根據(jù)組裝器材、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理的順序,操作步驟合理的順序?yàn)锽ECDA。答案

C先啟動(dòng)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,待打點(diǎn)穩(wěn)定后再放開小車BECDA訓(xùn)練1某同學(xué)按如圖所示的裝置做“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)。(1)圖中儀器A叫作

,使用220V

(選填“交流”或“直流”)電源,釋放小車前,小車應(yīng)停在

(選填“靠近”或“遠(yuǎn)離”)儀器A的位置。

(2)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器分析小車運(yùn)動(dòng)情況的實(shí)驗(yàn)中,有以下基本步驟：A.釋放小車讓小車帶著紙帶運(yùn)動(dòng)B.固定好紙帶C.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在帶定滑輪的長(zhǎng)木板上D.接通電源進(jìn)行打點(diǎn)以上步驟的正確順序是

。

答案

(1)電火花計(jì)時(shí)器交流靠近(2)CBDA解析

(1)題圖中儀器A叫作電火花計(jì)時(shí)器,使用220

V交流電源；實(shí)驗(yàn)過程中,釋放小車前,小車應(yīng)停在靠近儀器A的位置。(2)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來分析小車運(yùn)動(dòng)情況的實(shí)驗(yàn)中,基本步驟為：先把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定好,再固定好紙帶,再接通電源進(jìn)行打點(diǎn),之后釋放小車,讓小車帶著紙帶運(yùn)動(dòng),故正確的順序是CBDA。探究二數(shù)據(jù)處理與誤差分析例2在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電源的頻率為50Hz,記錄小車運(yùn)動(dòng)的一段紙帶如圖所示,在紙帶上選取A、B、C、D、E、F六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出。(1)由紙帶提供的數(shù)據(jù)求出打下C、E兩點(diǎn)時(shí)小車的速度,填入下表：計(jì)數(shù)點(diǎn)序號(hào)BCDE計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻t/s0.10.20.30.4打下計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度v/(m·s-1)0.25

0.45

(2)根據(jù)上表中的數(shù)據(jù),在下圖中作出小車運(yùn)動(dòng)的v-t圖線,分析可知小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律為

。

解析

畫出的v-t圖像為一條傾斜直線,如圖所示。說明小車速度隨時(shí)間均勻增加。答案

見解析圖小車的速度隨時(shí)間均勻增加

數(shù)據(jù)處理的規(guī)范要求(1)處理紙帶時(shí),一定要分清計(jì)時(shí)點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn),搞清計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T。(2)明確坐標(biāo)軸的意義并選取合適標(biāo)度,既要把數(shù)據(jù)標(biāo)注在坐標(biāo)系中,又要?jiǎng)蚍Q直觀,合理分布,大小適中。(3)如果坐標(biāo)系中的數(shù)據(jù)點(diǎn)大致落在一條直線上,作圖線時(shí)應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)落在直線上,不在直線上的點(diǎn)應(yīng)均勻分布在直線兩側(cè)；如果圖線是曲線,要用平滑的曲線連接各點(diǎn)。訓(xùn)練2在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)得到一條用電火花計(jì)時(shí)器打下的紙帶如圖甲所示,并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)(每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)沒有畫出),電火花計(jì)時(shí)器接220V、

50Hz交流電源。他經(jīng)過測(cè)量并計(jì)算得到電火花計(jì)時(shí)器在打B、C、D、E、F各點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度如下表：

對(duì)應(yīng)點(diǎn)BCDEF速度(m/s)0.1410.1850.2200.2540.301

探究三實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新例3如圖是小球沿斜面滾下的頻閃照片,照片中相鄰小球像間的時(shí)間間隔是0.1s,這樣便記錄了小球運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。小球運(yùn)動(dòng)的位移可以通過刻度尺讀出。

答案

見解析圖

常見的創(chuàng)新方法有“滴水計(jì)時(shí)法”和“頻閃照相法”兩種,如圖所示,其工作原理和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一樣,都是時(shí)間間隔相等,求解速度和加速度的方法完全相同。實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ψ詼y(cè)31.某一學(xué)習(xí)小組的同學(xué)想通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)跡來探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律,實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。該小組在規(guī)范操作下得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖乙所示,在紙帶上依次選出7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),分別標(biāo)上O、A、B、C、D、E和F,每相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率是50Hz。甲乙甲乙(1)如果測(cè)得C、D兩點(diǎn)間距x4=2.70cm,D、E兩點(diǎn)間距x5=2.90cm,則打D點(diǎn)時(shí)小車的速度vD=

m/s(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

(2)該同學(xué)分別算出其他各點(diǎn)的速度：vA=0.220m/s,vB=0.241m/s,vC=0.258m/s,vE=0.300m/s,請(qǐng)?jiān)谌鐖D丙所示的坐標(biāo)系中作出小車運(yùn)動(dòng)的v-t圖像,并說明小車速度變化的規(guī)律

。

丙甲乙

(2)描點(diǎn)作圖如圖所示,v-t圖像為傾斜直線,說明小車速度隨時(shí)間均勻變化(或增大)。2.(2025·吉林松原月考)某同學(xué)在“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶的一部分如圖所示。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接交流電源的頻率為50Hz。(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為

s。

(2)從圖中可讀出C、D兩點(diǎn)間的距離x=

cm。

(3)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下B點(diǎn)時(shí)紙帶的速度大小為

m/s(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

3.圖中的甲、乙是高中物理實(shí)驗(yàn)中常用的兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,請(qǐng)回答下面的問題：(1)圖乙是

(選填“電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”或“電火花計(jì)時(shí)器”),電源采用的是

(選填“交流8V”“交流220V”或“四節(jié)蓄電池”)。

(2)某同學(xué)在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,關(guān)于軌道末端滑輪高度的調(diào)節(jié)正確的是

。

(3)該同學(xué)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄了被小車拖動(dòng)的紙帶的運(yùn)動(dòng)情況,在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰兩點(diǎn)間的距離如圖丙所示,每?jī)蓚€(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出。①試根據(jù)紙帶上各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,計(jì)算出打下B、C、D、E、F五個(gè)點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度,并填入下表中(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。速度vBvCvDvEvF數(shù)值(m/s)0.4000.4790.5600.640

②將B、C、D、E、F對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度標(biāo)在圖丁所示的直角坐標(biāo)系中,并畫出小車的瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線。③由速度—時(shí)間圖像可得小車的加速度為

m/s2(結(jié)果保留2位小數(shù))。

②小車的速度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線如圖所示。

4.在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在50Hz的低壓交流電源上,某同學(xué)在打出的紙帶上每5點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),共取了A、B、C、D、E、F六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)(每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的四個(gè)點(diǎn)未畫出),如圖甲所示。從每一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)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(zhǎng)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(qǐng)你在圖乙xOy坐標(biāo)系中用最簡(jiǎn)潔的方法作出能表示v-t關(guān)系的圖線,其中

(填“x”或“y”)軸相當(dāng)于v軸,

(填“x”或“y”)軸相當(dāng)于t軸。

(2)從第一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)開始計(jì)時(shí),為求出0.15s時(shí)刻的瞬時(shí)速度,需要測(cè)出

段紙帶的長(zhǎng)度。

(3)若測(cè)得a段紙帶的長(zhǎng)度為2.0cm,e段紙帶的長(zhǎng)度為10.0cm,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(diǎn),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。

5.(2025·湖北高一階段練)某一學(xué)習(xí)小組的同學(xué)想通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)跡來探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律,實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。(1)要測(cè)量小車的速度,除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(含所用電源、紙帶、墨粉紙盤)外還必須使用的測(cè)量工具是

。

(2)該小組在規(guī)范操作下得到一條點(diǎn)跡清