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  4. 实验:探究小车速度随时间变化的规律

某同学用打点计时器研究小车的匀变速直线运动,他将打点计时器接到频率是50Hz的交流电源上,实验中得到一条纸带,如图所示.他在纸带上便于测量的地方选取第1个计数点,在该点

一、题文

某同学用打点计时器研究小车的匀变速直线运动,他将打点计时器接到频率是50Hz的交流电源上,实验中得到一条纸带,如图所示.他在纸带上便于测量的地方选取第1个计数点,在该点下标明A,第6个点下标明B,第11个点下标明C,第16个点下标明D,第21个点下标明E,测量时发现B点已模糊不清,测得AC长为14.56cm,CD长为11.15cm,DE长为13.73cm.由以上数据可以算出:打点计时器打C点时小车的瞬时速度大小为______m/s,小车运动的加速度大小为______m/s2,AB的距离应为______cm(结果保留三位有效数字).

考点提示:实验:探究小车速度随时间变化的规律

二、答案

(1)由于第1个计数点,在该点下标明A,第6个点下标明B,第11个点下标明C,第16个点下标明D,第21个点下标明E,
可知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,
得:vC=
xAE
4t
=
(14.56+11.15+13.73)×10-2
4×0.1
m/s=0.986m/s
(2)由于AC间的时间间隔T=0.2s,CE间的时间间隔也为T=0.2s,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,
xDE-xCD=△x=aT2
a=2.58m/s2
(3)根据匀变速直线运动的推论公式xm-xn=(m-n)aT2
xDE-xCD=△x=2.58cm
xCD-xAB=2△x
所以:xAB=xCD-2△x=5.99cm
故答案为:0.986,2.58,5.99

三、考点梳理

知名教师分析,《某同学用打点计时器研究小车的匀变速直线运动,他将打点计时器接到频率是50Hz的交流电源上,实验中得到一条纸带,如图所示.他在纸带上便于测量的地方选取第1个计数点,在该点》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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