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  4. 实验:探究小车速度随时间变化的规律

(1)小明与他的同伴在做探究小车速度随时间变化的规律的实验时,由于他的同伴不太明确该实验的目的及原理,他从实验室里借取了如下器材:①电磁打点计时器(含复写纸和导线);②天

一、题文

(1)小明与他的同伴在做探究小车速度随时间变化的规律的实验时,由于他的同伴不太明确该实验的目的及原理,他从实验室里借取了如下器材:①电磁打点计时器(含复写纸和导线);②天平;③低压直流电源;④细绳;⑤纸带;⑥小车;⑦钩码;⑧秒表;⑨一端附有定滑轮的长木板;⑩刻度尺.小明看后觉得不妥,请你思考一下,所列器材中哪些器材必须选用,哪些不能选用,还缺少哪些器材?
所列器材中不能选用的有(填代号):______
缺少的器材有:______
(2)如图是小明与他的同伴利用打点计时器在50HZ交流电下打出的纸带,纸带固定在一个做匀加速直线运动的小车后面,A、B、C、D、E、F、G为选好的记数点,每两个记数点之间还有一个振针留下的点迹未画出.测得:x1=1.0cm,x2=1.4cm,x3=1.8cm,x4=2.2cm,x5=2.6cm,x6=3.0cm.请你选择恰当的方法,帮小明求出小车在运动中打点计时器打下D点时小车的瞬时速度vD=______m/s,以及小车运动的加速度a=______m/s2(结果保留2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)在探究小车速度随时间变化规律的实验中,具体的实验步骤为:
①木板平放,并使滑轮伸出桌面,把打点计时器固定,连接好电路,(此步骤所需器材带滑轮长木板、打点计时器、复写纸、导线)
②穿纸带;挂钩码,(此步骤所需器材纸带、钩码、细绳)
③先接通电源,然后放开小车,让小车拖着纸带运动,打完一条后立即关闭电源,(此步骤所需器材小车)
④换纸带,加钩码,再做二次.
⑤处理纸带,解出某位置的速度和运动过程的加速度.(在处理纸带时需要用刻度尺处理计数点之间的距离)
从以上步骤可以看出实验中没有用到天平和秒表和低压交流电源.故选:②③⑧.
打点计时器还需要交流电源,所以缺少的器材有交流电源.
(2)每两个记数点之间还有一个振针留下的点迹未画出,所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.04s,
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D点时小车的瞬时速度大小.
vD=
xCE
2T
=
0.018+0.022
2×0.04
=0.50m/s
由纸带的数据得出相邻的计数点间的位移之差相等,即△x=0.4cm,
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:a=
0.004
(0.04)2
=2.5m/s2
故答案为:(1)②③⑧,低压交流电源
(2)0.50,2.5.

三、考点梳理

知名教师分析,《(1)小明与他的同伴在做探究小车速度随时间变化的规律的实验时,由于他的同伴不太明确该实验的目的及原理,他从实验室里借取了如下器材:①电磁打点计时器(含复写纸和导线);②天》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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