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  4. 实验:探究小车速度随时间变化的规律

(1)在测定匀变速直线运动加速度的实验中,选定一条纸带如图所示,其中0、1、2、3、4、5、6都为记数点,其中两相邻计数点间有四个点未画出.测得:x1=1.40cm,x2=1.90cm,x3=

一、题文

(1)在测定匀变速直线运动加速度的实验中,选定一条纸带如图所示,其中0、1、2、3、4、5、6都为记数点,其中两相邻计数点间有四个点未画出.测得:x1=1.40cm,x2=1.90cm,x3=2.38cm,x4=2.88cm,x5=3.39cm,x6=3.87cm.

①在计时器打出点4时,小车的速度v4=______cm/s,全过程加速度a=______cm/s2
②如果当时电网中交变电流的频率是f=51Hz,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).
(2)滴水法测重力加速度的作法如下:
①让水滴落到垫起来的盘子上,可以听到水滴每次碰盘子的声音,仔细地调整水龙头的阀门,使第一滴水碰到盘的瞬间,同时第二滴水正好从阀门处开始下落.
②从听到某个水滴的声音时开始计时,并数“0”,以后每听到一次响声,顺次加1,直到数到“100”,计时停止,秒表上时间为40s.
③用米尺量出水龙头滴水处到盘子的距离为78.56cm.
根据上述实验所得的数据,计算出重力加速度的值为______m/s2

考点提示:实验:探究小车速度随时间变化的规律

二、答案

(1)①由于其中两相邻计数点间有四个点未画出,所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1s,根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度,可以求出打纸带上4点时小车的瞬时速度大小;
v4=
x4+x5
2T
=31.35cm/s
根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小,
得:x4-x1=3a1T2
x5-x2=3a2T2
x6-x3=3a3T2
为了更加准确的求解加速度,我们对三个加速度取平均值
得:a=
1
3
(a1+a2+a3
即小车运动的加速度计算表达式为:a=
x6+x5+x4-x3-x2-x1
9T2

a=
3.87+3.39+2.88-2.38-1.90-1.40
9×0.12
m/s2=49.6cm/s2
②如果当时电网中交变电流的频率是f=51Hz,打点计时器打点的时间间隔为0.019s,所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.095s,所以小车运动的加速度计算表达式为:a=
x6+x5+x4-x3-x2-x1
9T2
中T应代入0.095s,而做实验的同学并不知道,把T=0.1s代入,那么加速度的测量值与实际值相比偏小.
(2)从听到某个水滴的声音时开始计时,并数“0”,以后每听到一次响声,顺次加1,直到数到“100”,计时停止,所以一共有100个时间间隔,即每个时间间隔T=0.4s.
由位移时间公式:h=
1
2
gT2

整理得:g=
2h
T2
=9.82m/s2
故答案为:31.35,49.6;偏小;9.82

三、考点梳理

知名教师分析,《(1)在测定匀变速直线运动加速度的实验中,选定一条纸带如图所示,其中0、1、2、3、4、5、6都为记数点,其中两相邻计数点间有四个点未画出.测得:x1=1.40cm,x2=1.90cm,x3=》这道题主要考你对 实验:探究小车速度随时间变化的规律 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:实验:探究小车速度随时间变化的规律

考点名称:实验:探究小车速度随时间变化的规律
  • 实验目的:
    1、练习使用打点计时器,学习利用打上点的纸带研究物体的运动。
    2、学习用打点计时器测定即时速度和加速度。

    实验原理:
    1、打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,它每隔0.02s打一次点(由于电源频率是50Hz),因此纸带上的点就表示了和纸带相连的运动物体在不同时刻的位置,研究纸带上点之间的间隔,就可以了解物体运动的情况。
    2、由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法:如图所示,0、1、2……为时间间隔相等的各计数点,s1、s2、s3、……为相邻两计数点间的距离,若△s=s2-s1=s3-s2=……=恒量,即若连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量,则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。


    3、由纸带求物体运动加速度的方法:
    ①用“逐差法”求加速度:即根据s4-s1=s5-s2=s6-s3=3aT2(T为相邻两计数点间的时间间隔)求出a1=、a2=、a3=,再算出a1、a2、a3
    ②用v-t图法:即先根据vn=求出打第n点时纸带的瞬时速度,后作出v-t图线,图线的斜率即为物体运动的加速度。

    实验器材:
    小车,细绳,钩码,一端附有定滑轮的长木板,打点计时器,低压交流电源,导线两根,纸带,米尺。

    实验步骤:
    1、把一端附有定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,如图所示;


    2、把一条细绳拴在小车上,细绳跨过滑轮,并在细绳的另一端挂上合适的钩码,试放手后,小车能在长木板上平稳地加速滑行一段距离,把纸带穿过打点计时器,并把它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,先接通电源,再放开小车,让小车运动,打点计时器就在纸带上打下一系列的点,取下纸带,换上新纸带,重复实验三次;
    4、选择一条比较理想的纸带,舍掉开头的比较密集的点子,确定好计数始点0,标明计数点,正确使用毫米刻度尺测量两点间的距离,用逐差法求出加速度值,最后求其平均值。也可求出各计数点对应的速度,作v-t图线,求得直线的斜率即为物体运动的加速度。

    注意事项:
    1、开始释放小车时,应使小车靠近打点计时器。
    2、应该先接通电源,再释放小车,当小车到达滑轮前及时用手按住。
    3、先断开电源,再取下纸带。
    4、对于电磁打点计时器,如打出的点较轻或是短线时,应调整振针距复写纸的高度。
    5、选择一条理想的纸带,是指纸带上的点迹清晰,适当舍弃点密集部分,适当选取计数点(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(n-1)t。
    6、每打好一条纸带,将定位轴上的复写纸换个位置,以保证打点清晰(注意此项只对于电磁打点计时器才适用)。
    7、不要分段测量各段位移,应一次测出各计数点与0计数点的距离,再逐个计算x1、x2、x3…,读数时应估读到0.1mm。
    8、尽可能保证小车做匀加速直线运动的方法是:
          ①细绳尽可能与板面保持平行;
          ②滑轮和车轮灵活;
          ③长木板表面粗糙程度、纸带与打点计时器之间的摩擦基本保持一致。

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