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1实验：探究小车速度随时间变化的规律

[学习目标]1.进一步练习使用打点计时器。2.会测量小车的瞬时速度。3.会用v－t图像处理实验数据，并会计算小车的加速度(重点)。

一、实验思路

1.实验方案：槽码牵引小车在长木板上运动。

2.物理量的直接测量：

(1)位移：用刻度尺测量；

(2)时间：由纸带获取。

二、实验装置

打点计时器(带导线)、交流电源、纸带、一端带有定滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、复写纸、坐标纸。

三、进行实验

1.在长木板上固定打点计时器，并使滑轮伸出桌面，连接电路。让小车停在靠近打点计时器的位置，安装好纸带，连接细绳和槽码。

2.先启动打点计时器，后释放小车，打点完成后关闭电源，观察纸带的点迹是否清晰。

3.增减所挂的槽码(或在小车上放置重物)，更换纸带，再做两次实验。

四、数据分析

1.求解并记录各计数点的瞬时速度

(1)取该计数点相邻两计数点，算出此段的平均速度，用此段的平均速度表示该点的瞬时速度(注意估读、单位以及有效数字)。

v1＝Δx1+Δx22T

T为相邻两个计数点间的时间间隔，若交流电源频率为50Hz，每5个点取一个计数点(中间隔4个点)，则T＝0.1s。

(2)把各计数点的瞬时速度填入表中标有“vⅠ”的一行。同理，计算增减槽码后两次实验的速度分别填入表中标有“vⅡ”和“vⅢ”的两行内。

位置编号

0

1

2

3

4

5

6

…

时间t/s

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

vⅠ/(m·s－1)

vⅡ/(m·s－1)

vⅢ/(m·s－1)

测量示例

位置

0

1

2

3

4

5

6

时间t/s

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

v/(m·s－1)

0.45

0.60

0.74

0.89

1.03

1.19

2.作出v－t图像

(1)在坐标纸上建立坐标系，描出数据点，如图所示；

(2)用一条平滑曲线(包括直线)“拟合”这些点，让这条线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在线两侧，偏差比较大的点忽略不计。

v－t图像的数据点几乎分布在一条直线上。

五、实验结论

小车运动的v－t图像是一条倾斜的直线，说明速度随时间均匀增加，它们成“线性关系”，即小车运动的加速度不变。

六、注意事项

1.开始放开小车时，应使小车靠近打点计时器。

2.先启动打点计时器，等打点稳定后，再放开小车。

3.打点完毕，立即关闭电源。

4.选取一条点迹清晰的纸带，舍掉开头点迹密集部分，选取适当的计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少。

5.不要分段测量各段距离，应尽可能地一次测量完毕(可统一量出各计数点到计时起点的距离)。

6.在坐标纸上画v－t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像大致布满坐标纸。

例1(2024·枣庄市高一期末)(1)在“用打点计时器测速度”的实验中，打点计时器是一种计时仪器，其电源频率为50Hz，常用的电磁打点计时器和电火花计时器使用的是(选填“直流电”或“交流电”)，它们是每隔s打一个点。?

(2)在“用打点计时器测速度”的实验中：除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外，在下面仪器和器材中，必须使用的有(填选项代号)。?

A.电压合适的50Hz交流电源

B.电压可调的直流电源

C.刻度尺

D.秒表

E.天平

(3)实验过程中，下列做法正确的是。?

A.先释放小车，再接通电源

B.先接通电源，再释放小车

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

答案(1)交流电0.02(2)AC(3)BD

解析(1)常用的电磁打点计时器和电火花计时器使用的是交流电。

电源频率为50Hz，则每隔T＝1f＝150s

打一个点。

(2)需要使用电压合适的50Hz交流电源，A正确，B错误；刻度尺用来测纸带上计数点间的距离，C正确；打点计时器就是计时仪器，不需要秒表，D错误；实验是“用打点计时器测速度”，因此不需要天平测小车的质量，E错误。

(3)先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车，纸带会得到充分利用，纸带上会得到更多的数据，会减小实验误差，A错误，B正确；将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处，小车会在长木板上运动更长的距离，纸带上会打出更多的计数点，从而得到更多的数据，C错误，D正确。

例2某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点。其相邻两点间的距离如图所示，在每两个相邻的计数点之间还有4个点未画出，打点计时器的工作频率为50Hz。

(1)试根据纸带上各个计数点间的距离，计算