高中1 实验：探究小车速度随时间变化的规律学案及答案

这是一份高中1 实验：探究小车速度随时间变化的规律学案及答案，共6页。学案主要包含了自主学习，针对练习等内容，欢迎下载使用。

【实验目的】：
1、了解电磁打点计时器和电火花打点计时器的基本构成，知道打点计时器的计时原理，并学会使用打点计时器。
2、通过实例学会根据纸带上的点分析小车的运动性质。
3、通过实例学会根据纸带上的点分析打点计时器打各点时的瞬时速度。
4、通过实例学会根据纸带上的点求小车的加速度。
【实验原理】：
1、利用 打出的纸带上记录的数据，以寻找小车速度随时间变化的规律。
2、如果纸带上点之间的间隔均匀，则说明与纸带相连的物体作 运动。若x为相邻两点之间的距离，T为打点周期，则物体速度的大小为v = 。
3、用x1、x2、x3、……表示相邻两点间的距离，若△x＝x2－x1＝x3－x2＝……＝恒量，即连续相等的时间间隔内物体的位移之差为恒量，则说明与纸带相连的物体的运动为 运动。
4、由纸带求作匀变速运动的物体的瞬时速度的方法：。
5、由纸带求作匀变速运动的物体的加速度：
（1）用“逐差法”求加速度：即根据（T为相邻两计数点间的时间间隔）求出、、，再求a1、a2、a3的平均值即为物体运动的加速度。
（2）用v－t图法求加速度：作匀变速运动的物体在某段时间内的平均速度，等于物体在该段时间中间时刻的即时速度。求出各计数点对应的小车的速度，作出v－t图线，图线的斜率即为物体运动的加速度。
【实验器材】：
电火花打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、小车、钩码、细线、墨粉纸盘、刻度尺。
【打点计时器】
1、打点计时器是一种记录 、 的仪器。使用的是 电，电源的频率为 Hz，每隔 s打一个点。
2、电磁打点计时器与电火花计时器的对比
【实验步骤】：
1、把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。
2、把一条细线拴在小车上，使细线跨过滑轮，下边挂上合适的 。把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面。
3、把小车停在靠近打点计时器处，接通 后，放开 ，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一行小点，随后立即关闭电源。换上新纸带，重复实验二次。
4、从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头比较密集的点迹，在后边便于测量的地方找一个点做计时起点。为了测量方便和减少误差，通常不用每打一次点的时间作为时间的单位，而用每打五次点的时间作为时间的单位，就是T=0.02 s ×5=0.1 s 。在选好的计时起点（第1点）下面标明O，在第6点下面标明A，在第11点下面标明B……，点A、B、C……叫做计数点，两个相邻计数点间的距离分别是x1、x2、x3…… 填入下表。最后求得平均值。
用逐差法计算加速度的值，a= m/s2。
5、计算出各计数点对应的瞬时速度，以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系，做出图像，求得图线的斜率即为运动物体的加速度。
【注意事项】：
开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。
先接通电源，计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源。
要防止钩码落地及小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时用手按住它。
4、牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小而使各段位移无多大差别，从而使误差增大。加速度的大小以能在60cm长的纸带上清楚地取得六七个计数点为宜。
一定要区别计时器打出的自然点和人为选取的计数点。一般在纸带上每5个自然点取一个计数点，间隔为0.1 s 。
二、针对练习
1．在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，下列做法不能减小实验误差的是（ ）
A．选取计数点，把每打五个点的时间间隔作为一个时间单位
B．使小车运动的加速度尽量小些
C．舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰、点间间隔适当的一部分进行测量、计算
D．选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验
2．在实验中，利用纸带上的数据得出各计数点的瞬时速度后，以速度v为纵轴，以时间t为横轴建立直角坐标系。某次实验中某同学描出的点如图所示。在直角坐标系上一共描出了10个点。
下列思考有道理的是（ ）
①这10个点无论如何也不在一条直线上，因此小车运动的v-t图线不可能为一条直线，而应为一条光滑的曲线
②这10个点中有6个点虽然不在一条直线上，但它们在一条直线附近，只有F和B两点离这条直线太远
③在8个点当中只有4个点能画在一条直线上（A、D、G、I），有6个点不在该直线上，这条直线肯定不能表示小车运动的规律
④与直线偏差较小的点（C、E、H、J）可能是实验误差造成的，而与直线偏离较大的点（B、F）则可能是实验中出现错误造成的
A．①③B．②④C．①②D．③④
3．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法正确的是（ ）
A．通过调节滑轮的高度，使小车、纸带、细绳和定滑轮上边缘在一条水平线上
B．坐标轴的单位长度越小越好
C．开始打点前要先接通电源后释放小车，打完点后要先断开电源后取纸带
D．槽码的质量越大越好
4．下图所示是_____计时器（填“电磁”或“电火花”），其工作时使用______（选填“交变”或“直流”）电源，工作电压为______V，当电源的频率是50Hz时，每隔_____s打一次点。下列用一条纸带穿法正确的是______（填A或者B）
5．（1）使用电磁打点计时器时，应将计时器接到______
A．直流电源上 B．交流电源上 C．直流、交流电源均可
（2）如图，使用电火花打点计时器来分析木块拖动纸带运动情况，如下基本步骤中，正确的排列顺序为：______
A．安装好纸带
B．把电火花打点计时器固定在桌子上
C．松开纸带让小车带着纸带运动开始打点
D．接通220V电源
E．关闭电源，取下纸带
6．在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中：
（1）图1中打点计时器乙的工作电压为_______（填“交流”或“直流”）_______V。若提供的实验器材中同时有甲、乙两个打点计时器，优先选用_______（填“甲”或“乙”）。
（2）下列操作中正确的有_______。
A．在释放小车前，小车要靠近打点计时器
B．打点计时器应放在长木板有滑轮的一端
C．应先接通电源，后释放小车
D．跨过滑轮所吊重物越重越好，可以减小阻力的影响
（3）小兰同学打出的一条纸带如图2所示，为在纸带上所选的计数点，相邻计数点间的时间间隔为0.1 s，则实验时纸带的_______端是和小车相连的（选填“左”或“右”）。打点计时器打下C点时小车的速度大小为_______m/s（结果保留两位有效数字）。
7．（1）常用的打点计时器有电磁式和电火花式两种，它们都必须使用______（填“直流”或“交流”）电源才能工作，电火花打点计时器的工作电压为______V；如果使用的电源频率为，则打相邻两点的时间间隔为______s；
（2）在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列做法正确的是_____；
A．先使纸带运动，再接通电源
B．先接通电源，再使纸带运动
C．将接好纸带的小车停在靠近滑轮处
D．将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处
（3）某次实验打点计时器使用的交流电的频率为，纸带的记录如图所示，图中O点为纸带的第一个点，接下来的前几个点模糊，因此从A点开始每打五个点取一个计数点：
推测纸带的运动是______运动；（填“加速”或“减速”或“匀速”）在打出A、F这两点的时间间隔中，纸带运动的平均速度是______；B点的瞬时速度为______。
8．某同学利用如图所示装置研究小车的匀变速直线运动。
（1）电磁打点计时器是一种使用________（选填“交流”或“直流”）电源的计时仪器，它的工作电压是，当电源的频率为时，它每隔________s打一次点。
（2）某同学实验中获得一条纸带，如图所示，其中两相邻计数点间有四个点未画出。已知所用电源的频率为，则打A点时小车运动的速度大小________，小车运动的加速度大小________。（结果要求保留两位有效数字）
（3）如果当时电网中交变电流的频率是，而做实验的同学并不知道，由此引起的系统误差将使加速度的测量值比实际值偏________。（选填“大”或“小”）
9．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图6甲所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出，电火花计时器接220 V、50 Hz交变电源。他经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时小车的瞬时速度如下表：
(1)设电火花计时器的打点周期为T，计算vF的公式为vF＝________；
(2)根据(1)中得到的数据，以A点对应的时刻为t＝0，试在图乙所示坐标系中合理地选择标度，作出v－t图像。( )
(3)利用该图像求得小车的加速度a＝________m/s2；（结果保留2位有效数字）
(4)如果当时电网中交变电流的电压变成210 V，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比________（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
参考答案
1．B
2．B
3．AC
4． 电火花 交流 220 0.02 B
5． B BADCE
6． 交流 220 乙 AC 左 1.5
7． 交流 220 0.02 BD 加速 0.37m/s 0.25m/s
8． 交流 0.02 0.34 0.39 大
9． 0.40 不变工作电源
打点原理
误差
电磁打点计时器
电火花计时器
x1
x2
x3
x4
x5
x6
对应点
B
C
D
E
F
速度（m/s）
0.141
0.185
0.220
0.254
0.301