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第二章 勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究
第1節(jié) 實(shí)驗(yàn)：探究小車速度
隨時(shí)間變化的規(guī)律
速度是描述物體運(yùn)動(dòng)快慢的物理量，用它可以描述物體的具體運(yùn)動(dòng)情況。我們可以通過(guò)機(jī)動(dòng)車的速度計(jì)得知機(jī)動(dòng)車某時(shí)刻的速度大小。
小明同學(xué)利用課余時(shí)間自己想辦法探究物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。他利用頻閃相機(jī)在公路旁拍攝了摩托車運(yùn)動(dòng)的情景，他拍攝的照片如圖所示：
根據(jù)照片，如何研究摩托車的運(yùn)動(dòng)規(guī)律？
要知道摩托車在不同時(shí)刻的速度
1.進(jìn)一步練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。
2.能從紙帶上獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算各點(diǎn)的瞬時(shí)速度。
3.學(xué)會(huì)用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并能根據(jù)v-t圖像描述小車運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間的變化規(guī)律。
實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br/>探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律；練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。
要探究一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)隨時(shí)間變化的規(guī)律，必須知道物體在不同時(shí)刻的速度，直接測(cè)量瞬時(shí)速度是比較困難的，我們可以借助打點(diǎn)計(jì)時(shí)器先記錄物體在不同時(shí)刻的位置，再通過(guò)對(duì)紙帶的分析，計(jì)算得到相應(yīng)時(shí)刻的瞬時(shí)速度。
二、實(shí)驗(yàn)思路
把一端帶有滑輪的長(zhǎng)鋁板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，鋁板上放一個(gè)可以左右移動(dòng)的小車，小車一端連接穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，另一端連接繞過(guò)滑輪系有槽碼的細(xì)繩。小車在槽碼的牽引下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)研究紙帶上的信息，就可以知道小車運(yùn)動(dòng)的速度是怎樣隨時(shí)間變化的。
三、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
電源，刻度尺
鉤碼
小車
細(xì)繩
紙帶
打點(diǎn)計(jì)時(shí)器
一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板
1.實(shí)驗(yàn)器材
2.實(shí)驗(yàn)原理
以紙帶上某點(diǎn)為中間時(shí)刻取一小段位移，用這段位移的平均速度表示這點(diǎn)的瞬時(shí)速度，再用描點(diǎn)法畫出小車的v-t圖象，圖線的傾斜程度表示加速度的大小。
0
1
2
3
4
5
D
E
F
G
Δx
Δt
四、實(shí)驗(yàn)步驟
1.按圖所示,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(méi)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(guò)定滑輪,下邊掛上合適的鉤碼。把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器處,先接通電源,后釋放小車,讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列小點(diǎn),隨后立即關(guān)閉電源,取下紙帶。
4.增減所掛的鉤碼(或在小車上放置重物),更換紙帶,再做兩次實(shí)驗(yàn)。
1.紙帶計(jì)時(shí)起點(diǎn)的選擇：
選取點(diǎn)跡清晰的紙帶，舍掉開(kāi)頭過(guò)于密集的點(diǎn)，從清楚的點(diǎn)開(kāi)始，可選擇相隔0.1 s（或更短）的若干計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，依次標(biāo)號(hào)為0、1、2、3、4、5…….測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)的距離x。
.
.
.
圖中相隔0.08s為一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)
0 1 2 3 4
五、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)分析
2.計(jì)數(shù)點(diǎn)瞬時(shí)速度的求法
例題：如下圖所示求紙帶經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)點(diǎn)2時(shí)的瞬時(shí)速度。
0 1 2 3
△x2
△x3
△x1
△x0
用計(jì)算較準(zhǔn)確的平均速度來(lái)代替某點(diǎn)的瞬時(shí)速度。
參考答案：
數(shù)據(jù)處理：(1)表格法:
①測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、……到計(jì)時(shí)起點(diǎn)0的距離x。
②分別計(jì)算出與所求點(diǎn)相鄰的兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離Δx1、Δx2、Δx3、……。
③根據(jù)△x和△t計(jì)算紙帶在相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的平均速度v
位置 0 1 2 3 4 5 6 7
時(shí)刻t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
x/(m)
△x/(m)
v/(m·s-1)
位置 0 1 2 3 4 5
時(shí)間t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
v1/m·s-1
v2/m·s-1
④同理：計(jì)算增減鉤碼后兩次實(shí)驗(yàn)的速度并將數(shù)據(jù)填入下表
(2)圖像法（v - t 圖像）
① 根據(jù)所得數(shù)據(jù)，選擇合適的標(biāo)度建系（圖像盡量分布在整個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)）
② 根據(jù)所得數(shù)據(jù)確定點(diǎn)的位置，觀察和思考點(diǎn)的分布規(guī)律。
③ “擬合”圖像
位置 0 1 2 3 4 5
t / s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
v/m·s-1 0.30 0.45 0.60 0.74 0.89 1.03
t/s
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.2
1.0
0.8
0.6
0.4
v/(m·s-1)
從點(diǎn)的分布看：這些點(diǎn)應(yīng)該在一條直線上。
畫出一條直線，讓盡可能多的點(diǎn)處在這條直線上，其余均勻分布，去掉偏差太大的點(diǎn)。
六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)和誤差分析
(1)開(kāi)始釋放小車時(shí),應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。
(2)應(yīng)該是先接通電源,再釋放小車。
(3)實(shí)驗(yàn)完畢斷開(kāi)電源,取下紙帶。
(4)如打出的點(diǎn)較輕或是短線時(shí),應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫紙的高度。
1.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)
(5)選擇理想的紙帶,“理想”是指紙帶上的點(diǎn)跡清晰,舍棄點(diǎn)密集的部分,適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)(注意計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)時(shí)點(diǎn)的區(qū)別),弄清楚所選時(shí)間間隔T等于多少秒。
(6)每打好一條紙帶,將定位軸上的復(fù)寫紙換個(gè)位置,以保證打點(diǎn)清晰。
(7)不要分段測(cè)量各段位移,應(yīng)盡可能地一次測(cè)量完畢(可先統(tǒng)一量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)數(shù)起點(diǎn)0之間的距離)。
(1)木板的粗糙程度不同,摩擦不均勻。
(2)根據(jù)紙帶測(cè)量的位移有誤差,從而計(jì)算出的瞬時(shí)速度有誤差。
(3)作v-t圖像時(shí)單位選擇不合適或人為作圖不準(zhǔn)。
2.誤差分析
t/s
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.2
1.0
0.8
0.6
0.4
v/(m·s-1)
結(jié)論：小車 v-t 圖線是一條斜直線，則小車做速度均勻變化的直線運(yùn)動(dòng)
七、實(shí)驗(yàn)結(jié)論
1.關(guān)于“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)操作,下列
說(shuō)法錯(cuò)誤的是 (　　)
A. 長(zhǎng)木板不能側(cè)向傾斜,但可以一端高一端低
B. 在釋放小車前，小車應(yīng)緊靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器上
C. 先接通電源,待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開(kāi)始打點(diǎn)后再釋放小車
D. 要在小車到達(dá)定滑輪前使小車停止運(yùn)動(dòng)
B
2.在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,下列措施中,有利于減小紙帶因受到摩擦而產(chǎn)生的誤差的是( )
A.改用直流6 V的電源
B.電源電壓越低越好
C.小車后面的紙帶夾與限位孔正對(duì)
D.紙帶不要穿過(guò)限位孔
C
3.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叫作電火花計(jì)時(shí)器,使用220 V (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)器來(lái)分析物體運(yùn)動(dòng)情況的實(shí)驗(yàn)中,有以下基本步驟:
A.松開(kāi)紙帶讓小車帶著紙帶運(yùn)動(dòng)
B.穿好紙帶
C.把計(jì)時(shí)器固定好
D.接通電源,進(jìn)行打點(diǎn)
以上步驟的正確順序是 。
【答案】 (1)交流 靠近 (2)CBDA
4.左圖是用小車拖動(dòng)、用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條紙帶,A、B、C、D、E為在紙帶上所選的計(jì)數(shù)點(diǎn)。相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.1 s,則:
(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下B、C、D點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度分別為vB= m/s、vC= m/s、vD= m/s。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)
(2)在右圖中作出速度-時(shí)間圖像。
【答案】 (1)0.26 0.30 0.34 (2)如圖所示
探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律
實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)思路
設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)步驟
安裝器材，多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)分析
實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)和誤差分析
實(shí)驗(yàn)結(jié)果

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