（通用版）2018-2019版高考物理總復習 主題一 機械運動與物理模型 1.2.1實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律學案 新人教版

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1、 1.2.1　實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律 一、實驗目的 1.進一步練習使用打點計時器及利用紙帶求瞬時速度。 2.探究小車速度隨時間的變化規(guī)律。 3.會用圖象法處理實驗數據。 二、實驗原理 1.瞬時速度的計算：各計數點的瞬時速度可用以該點為中間時刻的一段時間內的平均速度來代替：vn＝。 2.根據v－t圖象判斷運動性質：用描點法可作出小車的v－t圖象，根據圖象的形狀可判斷小車的運動性質。 3.加速度的計算：利用v－t圖象的斜率求出小車的加速度。 三、實驗器材 電磁打點計時器(或電火花計時器)、復寫紙、導線、一端附有定滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、交

2、流電源。 四、實驗步驟 1.如圖所示，把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路。 2.把一條細繩拴在小車上，使細繩跨過滑輪，下邊掛上鉤碼，把紙帶穿過打點計時器，并把紙帶的一端固定在小車的后面。 3.把小車停在靠近打點計時器處，接通電源后，釋放小車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列小點，關閉電源。 4.換上新的紙帶，重復實驗兩次。 5.增減所掛鉤碼的個數，按以上步驟再做兩次實驗。 五、數據處理 1.瞬時速度的計算 (1)從幾條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開始一些比較密集的點，在后面便于測量

3、的地方找一個點，作為計數始點，以后依次每五個點取一個計數點，并標明0、1、2、3、4…如圖所示。 (2)依次測出01、02、03、04…的距離x1、x2、x3、x4…，填入表中。 位置 1 2 3 4 5 6 長度 x1 x2 x3 x4 x5 x6 各段長度 0～2 1～3 2～4 3～5 4～6 時間間隔 v/(m·s－1) (3)1、2、3、4…各點的瞬時速度分別為：v1＝、v2＝、v3＝、v4＝…。將計算得出的各點的速度填入表中。 (

4、4)根據表格中的數據，分析速度隨時間變化的規(guī)律。 2.作出小車運動的v－t圖象 (1)定標度、描點：坐標軸的標度選取要合理，應使圖象大致分布在坐標平面中央。描點時要用平行于兩坐標軸的虛線標明該點的位置坐標。(所描的點一般用“·”標明) (2)連線：畫一條直線，讓這條直線通過盡可能多的點，不在線上的點均勻分布在直線的兩側，偏差比較大的點忽略不計，如圖所示。 (3)觀察所得到的直線，分析物體的速度隨時間的變化規(guī)律。 3.求解加速度 根據所畫v－t圖象的斜率求出小車運動的加速度a＝。 六、誤差分析 產生原因 減小方法 偶然 誤差 根據紙帶測量的位移有誤差 測量各計數

5、點到起始點的距離而不是直接測量相鄰計數點間的距離 系統(tǒng) 誤差 作v－t圖象不準確有誤差 實驗中作圖時應選取合適的坐標單位 木板的粗糙程度不完全相同 盡量選粗糙程度均勻的木板 七、注意事項 (1)開始釋放小車時，應使小車靠近打點計時器。 (2)先接通電源，等打點穩(wěn)定后，再釋放小車。 (3)打點完畢，應立即斷開電源。 (4)要防止鉤碼落地，避免小車跟滑輪相碰，在小車到達滑輪前及時用手按住。 (5)牽引小車的鉤碼個數要適當，以免加速度過大而使紙帶上的點太少，或者加速度太小，而使各段位移差別不大，誤差增大。 (6)連接小車的細線要與木板平行。 (7)要區(qū)分打點計時器打出的

6、計時點和人為選取的計數點，一般在紙帶上每隔四個計時點取一個計數點，即時間間隔t＝0.1 s。 (8)在坐標紙上畫v－t圖象時，注意坐標軸單位長度的選取，應使圖象盡量分布在較大的坐標平面內。 要點一　實驗原理及操作 [例1] 在研究勻變速直線運動的實驗中，某同學操作以下實驗步驟， A.拉住紙帶，將小車移至靠近打點計時器處放開紙帶，再接通電源 B.將打點計時器固定在平板上，并接好電路 C.把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪，下面吊著適當重的鉤碼 D.取下紙帶 E.將平板一端墊高，輕推小車，使小車能在平板上做勻速運動 F.將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔 (1

7、)所列步驟中有錯誤的是：________________________________________ ________________________________________________________________。 (2)遺漏的步驟(遺漏步驟可編上序號G、H……)： ________________________________________________________________ _______________________________________________________________。 (3)將以上步驟完善后寫出合理的步驟順序

8、： _______________________________________________________________ _______________________________________________________________。 解析　(1)步驟A中應先通電，再放紙帶，順序不能顛倒；D中取下紙帶前應先斷開電源。 (2)遺漏的步驟G：換上新紙帶，重復實驗三次。 (3)步驟完善后，合理的實驗步驟順序為：BFECADG。 答案　(1)A中應先通電，再放紙帶；D中取下紙帶前應先斷開電源 (2)G：換上新紙帶，重復實驗三次 (3)BFECADG [針對訓

9、練1] 用如圖1所示的裝置做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗，下列做法正確的是(　　) 圖1 A.小車從靠近定滑輪處釋放 B.先啟動計時器，再釋放小車 C.實驗前要平衡小車受到的阻力 D.電火花計時器接學生電源直流輸出端 解析　在釋放小車前，小車應盡量靠近打點計時器，遠離滑輪處，以便在紙帶上打出更多的點，有利于實驗數據的處理和誤差的減小，A錯誤；實驗中為了在紙帶上打出更多的點，也為了打點的穩(wěn)定，應先啟動打點計時器，然后釋放小車，B正確；該實驗不需要平衡小車受到的阻力，C錯誤；電火花計時器接220 V交流電源，D錯誤。 答案　B 要點二　實驗數據處理 [例2] (201

10、8·天水高一檢測)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，如圖2所示為記錄小車運動情況的一條紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數點，相鄰計數點間的時間間隔T＝0.1 s。 圖2 (1)計算D、C、B各點的瞬時速度，vD＝________ m/s，vC＝________ m/s，vB＝________ m/s。 (2)在如圖3所示坐標系中作出小車的v－t圖象，并根據圖象求出a＝________。 圖3 解析　(1)若時間較短，平均速度可以代替某點的瞬時速度。D點的瞬時速度 vD＝＝ cm/s＝390 cm/s＝3.90 m/s C點的瞬時速度 vC＝＝ cm/s＝

11、264 cm/s＝2.64 m/s B點的瞬時速度 vB＝＝ cm/s＝138 cm/s＝1.38 m/s (2)由(1)中數據作出小車的v－t圖象如圖所示， 由圖線的斜率可求得它的平均加速度 a＝＝ m/s2＝12.6 m/s2 答案　(1)3.90　2.64　1.38 (2)圖見解析　12.6 m/s2 方法總結 由紙帶求加速度的方法 如圖所示的紙帶各計數點1、2、3、4、5、…所對應的速度分別是v1、v2、v3、v4、v5、…，T為計數點間的時間間隔。 (1)圖象法 由多組數據描繪出v－t圖象，v－t圖象中直線的斜率即為物體運動的加速度。此方法準確、科學，

12、但較繁瑣。 (2)逐差法 分別以1、4，2、5，3、6，…的速度計算加速度，即 a1＝，a2＝，a3＝，則 a＝＝ ＝ 此方法中各點的瞬時速度都參與了運算，可減小誤差。 (3)平均值法 a1＝，a2＝，a3＝，…，an＝。 求加速度的平均值 ＝ ＝＝。 從結果看，真正參與運算的只有v1和vn＋1，中間各點的瞬時速度在運算中都未起作用，一般不用此方法。 [針對訓練2] 利用打點計時器“探究小車的速度隨時間變化的規(guī)律”，打出的紙帶如圖4所示，已知交流電源的頻率為50 Hz，從計數點1開始，每相鄰兩個計數點之間還有四個點沒有畫出，圖中1、2、3、4、5、6、7為連續(xù)的計數點

13、，測得s1＝1.40 cm，s2＝2.00 cm，s3＝2.60 cm，s4＝3.20 cm，s5＝3.80 cm，s6＝4.40 cm。 圖4 (1)相鄰計數點之間的時間間隔為________s。 (2)小車的加速度為________m/s2。 解析　(1)由于每相鄰兩個計數點之間還有4個點未畫出，所以相鄰計數點之間的時間間隔為0.1 s。 (2)計算出各點的瞬時速度，即 v2＝＝ m/s＝0.17 m/s v3＝＝ m/s＝0.23 m/s v4＝＝ m/s＝0.29 m/s v5＝＝ m/s＝0.35 m/s v6＝＝ m/s＝0.41 m/s 根據a＝，可得加

14、速度為0.6 m/s2。 答案　(1)0.1　(2)0.6 1.在探究小車速度隨時間變化規(guī)律的實驗中。 (1)電磁打點計時器是一種使用________(填“交流”或“直流”)電源的儀器。當所接電源頻率是50 Hz時，它每隔________s打一次點。 (2)接通電源與釋放紙帶，讓紙帶(隨小車)開始運動，操作正確的是________。 A.先接通電源，后釋放紙帶 B.先釋放紙帶，后接通電源 C.釋放紙帶的同時接通電源 D.先接通電源或先釋放紙帶都可以 解析　(1)電磁打點計時器是使用交流電源的計時儀器，當電源的頻率為50 Hz時，它每隔0.02 s打一次點。 (2)開始記

15、錄時，應先給打點計時器通電打點，然后釋放紙帶讓紙帶(隨物體)開始運動，如果先放開紙帶開始運動，再接通打點計時器的電源，由于重物運動較快，不利于數據的采集和處理，會對實驗產生較大的誤差；同時先打點再釋放紙帶，可以使打點穩(wěn)定，提高紙帶利用率，可以使紙帶上打滿點。 答案　(1)交流　0.02　(2)A 2.在“研究勻變速直線運動”的實驗中，使用電磁打點計時器(所用交流電的頻率為50 Hz)，得到如圖5所示的紙帶。圖中的點為計數點，相鄰兩計數點間還有四個點未畫出來，下列表述正確的是(　　) 圖5 A.實驗時應先放開紙帶再接通電源 B.從紙帶上不可能求出計數點C對應的速率 C.從紙帶上可

16、以求出計數點B對應的速率 D.相鄰兩個計數點間的時間間隔為0.02 s 解析　在“研究勻變速直線運動”的實驗中，實驗時應先接通電源再放開紙帶，A錯誤；根據C點為B與D的中間時刻點有vC＝，B錯誤；同理，C正確；由于相鄰的計數點之間還有4個點沒有畫出，所以時間間隔為0.1 s，D錯誤。 答案　C 3.在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，得到如圖6所示的紙帶，其中A、B、C、D、E、F、G為計數點，相鄰兩計數點間的時間間隔為T，x1、x2、x3、x4、x5、x6分別為AB、BC、CD、DE、EF、FG間的位移，下列可用來計算打D點時小車速度的表達式中誤差最小的是(　　) 圖6

17、 A. B. C. D. 解析　瞬時速度可用以該點為中間時刻的一段時間內的平均速度來代替：vn＝，而且所選時間段不宜過長，選項B正確。 答案　B 4.在實驗中，利用紙帶上的數據得出各計數點的瞬時速度后，以速度v為縱軸，以時間t為橫軸建立直角坐標系。某次實驗中某同學描出的點如圖7所示。在直角坐標系上一共描出了10個點。下列思考有道理的是(　　) 圖7 ①這10個點無論如何也不在一條直線上，因此小車運動的v－t圖象不可能為一條直線，而應為一條光滑的曲線 ②這10個點中有8個點雖然不在一條直線上，但它們都在一條直線附近，只有F和B兩點離這條直線太遠 ③在10個點當中只有

18、4個點能畫在一條直線上(A、D、G、I)，有6個點不在該直線上，這條直線肯定不能表示小車運動的規(guī)律 ④與直線偏差較小的點(C、E、H、J)可能是實驗誤差造成的，而與直線偏離較大的點(B、F)則可能是實驗中出現(xiàn)錯誤造成的 A.①③ B.②④ C.①② D.③④ 解析　考慮有誤差，才不可能在一直線上，而偏離直線太遠，則不屬于誤差，而是錯誤。而若理想化，則這些點應在一直線上，①③錯誤，②④正確。故選B。 答案　B 5.如圖8所示，某同學在做“研究小車速度隨時間的變化規(guī)律”的實驗中，由打點計時器得到表示小車運動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計數點的時間間隔為T＝0.10 s，

19、其中x1＝7.05 cm，x2＝7.68 cm、x3＝8.33 cm、x4＝8.95 cm、x5＝9.61 cm、x6＝10.26 cm。 圖8 (1)求計數點3處的瞬時速度的大??； (2)作出小車運動的速度—時間圖象，由圖象求小車運動的加速度。 解析　(1)計數點3的瞬時速度 v3＝＝ m/s≈0.86 m/s， (2)同理可求 v1＝＝ m/s≈0.74 m/s， v2＝＝ m/s≈0.80 m/s， v4＝＝ m/s≈0.93 m/s， v5＝＝ m/s≈0.99 m/s。 以縱軸表示速度，以橫軸表示時間，描點連線如圖所示。 由圖象可以看出，小車的速度隨時間均勻增加，其運動的加速度可由圖線求出，即a＝＝0.63 m/s2(0.62～0.64 m/s2均可)。 答案　(1)0.86 m/s　(2)圖見解析　0.63 m/s2 10