第一章 勻變速直線運動 第6課時　探究小車速度隨時間變化的規(guī)律　實驗增分課學生用

第6課時探究小車速度隨時間變化的規(guī)律[實驗增分課]裝置原理操作要領(lǐng)數(shù)據(jù)處理誤差分析（1）不需要平衡摩擦力；（2）不需要滿足懸掛槽碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量（1）平行：細繩、紙帶與長木板平行。（2）靠近：小車釋放前，應(yīng)靠近打點計時器。（3）先后：實驗時先接通電源，后釋放小車，實驗后先斷開電源，后取下紙帶。（4）防撞：小車到達滑輪前讓其停止運動，防止與滑輪相撞或掉下桌面摔壞。（5）適當：懸掛槽碼要適當，避免紙帶打出的點太少或過于密集（1）由紙帶判斷物體的運動性質(zhì)若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝…＝C，則物體做勻變速直線運動。（2）由紙帶求物體的瞬時速度根據(jù)勻變速直線運動的平均速度公式有vn＝xn（3）利用紙帶求物體的加速度①逐差法：如果紙帶有6段位移，則a＝x4②圖像法：求出所選各計數(shù)點的瞬時速度，作出v-t圖像，圖像的斜率即為物體的加速度（1）使用刻度尺測計數(shù)點的距離時有誤差；（2）作v-t圖像時出現(xiàn)作圖誤差；（3）電源頻率不穩(wěn)定，造成打點的時間間隔不完全相同；（4）長木板表面粗糙程度不同，小車運動時加速度有變化造成誤差【典例1】實驗小組利用如圖1所示的裝置探究小車速度隨時間變化的規(guī)律，打點計時器所接電源的頻率為50Hz。（1）實驗操作前，（選填“需要”或者“不需要”）平衡摩擦力。（2）規(guī)范操作后，得到一條紙帶，以紙帶上能夠看清的某個點作為0點，每5個點取一個計數(shù)點，測量各計數(shù)點與0點的距離，如圖2所示，則紙帶上打計數(shù)點2時的小車速度大小v2＝m/s，打計數(shù)點4時小車的速度大小v4＝m/s。（結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）（3）利用各計數(shù)點計算得到的速度作出小車運動的v-t圖像，得到一條傾斜的直線，說明小車做勻加速直線運動，則小車運動的加速度大小a＝m/s2。（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）難點助攻加速度的兩種計算方法①逐差法：a＝（＝（②圖像法：描繪v-t圖像，選直線上盡量遠的兩個坐標點，由a＝Δv易錯排查第（1）問本實驗不需要平衡小車的摩擦力，這一點常有考生與“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗相混淆。第（2）問中應(yīng)注意兩點：①計數(shù)點間的時間間隔為0.1s，而打點周期T0＝1f＝0.02s②計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字，如v2＝0.5m/s或0.50m/s均錯誤。聽課記錄某同學要研究一輛電動遙控玩具車啟動過程的加速度，實驗裝置如圖（a）所示。遙控玩具車放在長直水平木板上，與玩具車相連的紙帶穿過電火花計時器，計時器所用交變電流的頻率為50Hz。實驗時，該同學通過遙控器控制按鈕啟動玩具車，玩具車拖動紙帶運動，打點計時器在紙帶上打出一系列的點。實驗完畢，該同學選出了一條理想的紙帶，在紙帶上選取7個清晰的點作為計數(shù)點（相鄰兩計數(shù)點之間還有4個點未畫出），并測量出了相鄰兩計數(shù)點之間的距離，如圖（b）所示。為準確測量玩具車的加速度，他利用圖（b）紙帶中的測量數(shù)據(jù)，計算出了1、2、3、4、5點的速度，以0點作為計時起點，作出了玩具車運動的v-t圖像如圖（c）所示。回答下列問題（結(jié)果均保留2位小數(shù)）：（1）利用圖（b）中紙帶的數(shù)據(jù)可以計算出打點計時器打下計數(shù)點3時玩具車的速度為v3＝m/s；（2）由圖（c）可知，打點計時器在打圖（b）紙帶中的0點時玩具車的速度為v0＝m/s；（3）由圖（c）可以計算出玩具車啟動階段運動的加速度為a＝m/s2?！镜淅?】（2023·全國甲卷23題）某同學利用如圖（a）所示的實驗裝置探究物體做直線運動時平均速度與時間的關(guān)系。讓小車左端和紙帶相連，右端用細繩跨過定滑輪和鉤碼相連。鉤碼下落，帶動小車運動，打點計時器打出紙帶。某次實驗得到的紙帶和相關(guān)數(shù)據(jù)如圖（b）所示。（1）已知打出圖（b）中相鄰兩個計數(shù)點的時間間隔均為0.1s。以打出A點時小車的位置為初始位置，將打出B、C、D、E、F各點時小車的位移Δx填到表中，小車發(fā)生對應(yīng)位移所用時間和平均速度分別為Δt和v。表中ΔxAD＝cm，vAD＝cm/s位移區(qū)間ABACADAEAFΔx/cm6.6014.60ΔxAD34.9047.30v/（cm/s）66.073.0v87.394.6（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，得到小車平均速度v隨時間Δt的變化關(guān)系，如圖（c）所示。在圖（c）中補全實驗點。（3）從實驗結(jié)果可知，小車運動的v-Δt圖線可視為一條直線，此直線用方程v＝kΔt＋b表示，其中k＝cm/s2，b＝cm/s。（結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）（4）根據(jù)（3）中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運動，得到打出A點時小車的速度大小vA＝，小車的加速度大小a＝。（結(jié)果用字母k、b表示）3步穩(wěn)解題①實驗目的是什么？探究物體做直線運動時平均速度與時間的關(guān)系。②實驗原理是什么？a.利用v＝Δxb.在v-Δt坐標系中描出各點，連接各點為一直線。c.v＝v0t＋12at③怎樣處理數(shù)據(jù)？a.圖線與v軸交點的縱坐標為打A點時小車的速度vA＝v0。b.圖線的斜率k＝a2，可得小車的加速度a＝2k聽課記錄1.（2022·全國乙卷22題）用雷達探測一高速飛行器的位置。從某時刻（t＝0）開始的一段時間內(nèi)，該飛行器可視為沿直線運動，每隔1s測量一次其位置，坐標為x，結(jié)果如下表所示：t/s0123456x/m050710941759250533294233回答下列問題：（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可判斷該飛行器在這段時間內(nèi)近似做勻加速運動，判斷的理由；（2）當x＝507m時，該飛行器速度的大小v＝m/s2；（3）這段時間內(nèi)該飛行器加速度的大小a＝m/s2（保留2位有效數(shù)字）。2.某物理活動小組利用光電計時器探究滑塊在斜面上速度變化的規(guī)律，實驗裝置如圖（a）所示。光電計時器固定在斜面底端，把寬度為d的遮光片固定在滑塊上。讓滑塊從距離光電計時器x處由靜止釋放，遮光片經(jīng)過光電計時器的遮光時間為t。改變滑塊釋放位置，記錄不同位置釋放時，遮光片距離光電計時器的距離x及經(jīng)過光電計時器的遮光時間t。（1）遮光片經(jīng)過光電計時器的速度v＝（用題中所給字母表示）；（