2018版浙江省高考物理教师文档讲义：第一章实验一、二用打点计时器测速度、探究小车速度（10页） 9页

实验一　用打点计时器测速度(必考)‎ 实验二　探究小车速度随时间变化的规律(必考)‎ ‎[考纲解读]　(1)练习正确使用打点计时器。(2)会计算纸带上各点的瞬时速度。(3)会利用纸带计算加速度。(4)会用图象法探究小车速度与时间的关系，并能根据图象求加速度。‎ 实验原理 ‎1.‎ 实验过程 注意事项 ‎1．平行：纸带和细绳要和木板平行。‎ ‎2．两先两后：‎ 实验中应先接通电源，后让小车运动；实验完毕应先断开电源后取纸带。‎ ‎3．防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，要防止钩码落地和小车与滑轮相撞。‎ ‎4．减小误差：小车的加速度要适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约50 cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜。‎ ‎5．纸带选取：选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点。‎ ‎6．准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏，而导致误差过大)，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线，让各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧。‎ 考点一　平均速度、瞬时速度的计算(必考)‎ 根据纸带上两点间的位移Δx和时间Δt，算出纸带在这两点的平均速度v＝。在要求不是很高的情况下，可以用这个平均速度粗略的表示物体在经过位移Δx内某一位置时的瞬时速度。‎ 说明：(1)计时点：打点计时器在纸带上打出的每个点迹叫做计时点。若用50 Hz的交流电，则两个相邻点迹(计时点)的时间间隔为0.02 s。‎ ‎(2)计数点：为了方便研究运动规律，从纸带上有规律的选取部分计时点，并加以标号，这些被选取并标号的计时点叫做计数点。‎ ‎1．在本节的实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz，记录小车运动的纸带如图所示，在纸带上选择6个计数点A、B、C、D、E、F，相邻两计数点之间还有四个点未画出，各点到A点的距离依次是2.0 cm、5.0 cm、9.0 cm、14.0 cm、20.0 cm。‎ 根据学过的知识可以求出小车在B点的速度为vB＝________m/s。CE间的平均速度为________m/s。‎ 解析　相邻两个计数点间的时间间隔为0.1 s 所以vB＝＝ m/s＝0.25 m/s CE＝＝ m/s＝0.45 m/s 答案　0.25　0.45‎ ‎2．某同学在做“用打点计时器测速度”实验时，从打下的若干纸带中选取了点迹清晰的一条，如图所示。打点计时器的电源频率为50 Hz。‎ 由这些已知数据计算：‎ ‎(1)物体经过BD过程的平均速度＝________m/s；‎ ‎(2)与纸带上C点相对应的瞬时速度v＝________m/s。(答案均要求保留3位有效数字)‎ 解析　相邻计数点间的时间间隔是T＝0.02 s，所以BD过程中的平均速度＝＝1.51 m/s；纸带上的C点相对应的瞬时速度可以用BD过程的平均速度替代，即v＝1.51 m/s。‎ 答案　(1)1.51　(2)1.51‎ 考点二　实验原理与实验操作(必考)‎ ‎1．如何选取纸带和计数点 要选取点迹清楚的一条，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量的地方取一个开始点，然后每5个点取一个计数点，测量出相邻计数点间的距离，利用打下点的纸带和测量的有关数据便可以进行计算。‎ ‎2．判定物体运动的性质 通过研究纸带上各点之间的间距，可以判断物体的运动情况。若连续相邻相等的时间间隔内的位移x1、x2、x3…基本相等，则物体在实验误差允许范围内做匀速运动。若Δx＝xm－xn(xm、xn为纸带上相邻的两段位移)基本相等，则物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动。‎ ‎3．由纸带求物体的运动速度 ‎“平均速度法”求速度：做 匀变速直线运动的物体，某段时间内中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，即vn＝。‎ ‎1．打点计时器是高中物理中重要的物理实验仪器，如图甲、乙所示是高中物理实验中常用的两种，请回答下面的问题。‎ ‎(1)甲图是________打点计时器，电源采用的是________。‎ ‎(2)乙图是________打点计时器，电源采用的是________。‎ ‎(3)已知打点计时器所用交流电源的频率是f，用它记录一个运动小车的位移，打出的一条纸带和已选好的计数点0、1、2、3、4如图丙所示。某同学测量出1、2两点间的距离为x12，3、4两点间的距离为x34，由此可计算出小车在1、2两点间的平均速度为________；在3、4两点间的平均速度为________。‎ 解析　打点周期T＝，1、2两点间和3、4两点间的时间间隔t＝4T＝，故v12＝＝，v34＝＝。‎ 答案　(1)电磁　4～6 V低压交流电源　(2)电火花　220 V交流电源　(3)　 ‎2．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学操作以下实验步骤，其中错误或遗漏的步骤有(遗漏步骤可编上序号G、H……)‎ A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处放开纸带，再接通电源 B．将打点计时器固定在平板上，并接好电路 C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码 D．取下纸带 E．将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速运动 F．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔 ‎(1)所列步骤中有错误的是_________________________________________‎ ‎_______________________________________________________________。‎ ‎(2)遗漏的步骤：__________________________________________________‎ ‎_______________________________________________________________。‎ ‎(3)将以上步骤完善后写出合理的步骤顺序：_________________________‎ ‎_______________________________________________________________。‎ 解析　(1)步骤A中应先通电，再放纸带，顺序不能颠倒；D中取下纸带前应先断开电源。(2)遗漏的步骤G：换上新纸带，重复实验三次。(3)步骤完善后，合理的实验步骤顺序为BFECADG。‎ 答案　(1)A中应先通电，再放纸带；D中取下纸带前应先断开电源 ‎(2)G：换上新纸带，重复实验三次 ‎(3)BFECADG ‎3．某同学用如图甲所示的实验装置研究匀变速直线运动。‎ 实验步骤如下：‎ A．安装好实验器材；‎ B．让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打下一系列小点，重复几次，选出一条点迹比较清晰的纸带，从便于测量的点开始，每五个点取一个计数点，如图乙中a、b、c、d等点；‎ C．测出x1、x2、x3…。‎ 结合上述实验步骤，请你继续完成下列问题：‎ ‎(1)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，在下列的仪器和器材中，必须使用的有________。(填选项代号)‎ A．电压合适的50 Hz交流电源　B．电压可调的直流电源C.秒表　D．刻度尺　E．天平　F．重锤　G．弹簧测力计　H．滑动变阻器 ‎(2)如果小车做匀加速直线运动，所得纸带如图乙所示，则x1、x2、x3的关系是________，已知打点计时器打点的时间间隔是t，则打c点时小车的速度大小是________。‎ 解析　(2)因小车做匀加速直线运动，所以x3－x2＝x2－x1，即2x2＝x1＋x3。c点是bd段的时间中点，则c点的瞬时速度等于该段的平均速度，vc＝。‎ 答案　(1)AD　(2)x3－x2＝x2－x1(或2x2＝x1＋x3)　 考点三　描绘v－t图象(必考)‎ ‎1．用图象表示速度 物体运动的速度与时间的关系也可以用图象描述。以速度v为纵轴、时间t为横轴在方格纸上建立直角坐标系。将实验中的v、t数据，在坐标系中描点。再用一条平滑的曲线来“拟合”坐标系中描出的点，这条曲线反映了速度v与时间t的关系，如图所示。‎ ‎2．实验中计算加速度的三种方法 ‎(1)v－t图象法：先根据匀变速直线运动中，物体在某段时间的中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，即vn＝，求出打第n个点时纸带的瞬时速度，然后作出v－t图象，图象的斜率即为小车运动的加速度。‎ ‎(2)公式法：利用已测得的两组数据(tn，vn)和(tm，vm)代入公式a＝＝求解，这种方法的误差较大。‎ ‎(3)根据Δx＝aT2求a：如图所示的纸带，相邻两点的时间间隔为T，且满足x6－‎ x5＝x5－x4＝x4－x3＝x3－x2＝x2－x1，即a1＝，a2＝，a3＝，然后取平均值，即＝，这样可使所给数据全部得到利用，以提高准确性。‎ ‎1．实验中，如图所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔T＝0.1 s。‎ ‎(1)根据纸带可判定小车做________运动。‎ ‎(2)根据纸带计算各点瞬时速度：vD＝________ m/s，‎ vC＝________ m/s，vB＝________ m/s。在如图所示坐标中作出小车的v－t图线，并根据图线求出a＝________。‎ ‎(3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度的物理意义是__________________。‎ 解析　(1)根据纸带提供的数据可知 xBC－xAB＝xCD－xBC＝xDE－xCD＝12.60 cm，‎ 故小车做匀加速直线运动。‎ ‎(2)根据v＝可知 vD＝ m/s＝3.90 m/s vC＝ m/s＝2.64 m/s vB＝ m/s＝1.38 m/s 描点连线得如图所示v－t图线，根据图线斜率知 a＝12.60 m/s2。‎ ‎(3)图线与纵轴交点的速度的物理意义是零时刻小车经过A点的速度。‎ 答案　(1)匀加速直线 ‎(2)3.90　2.64　1.38　见解析图　12.60 m/s2‎ ‎(3)零时刻小车经过A点的速度 ‎2．某同学用图甲的实验装置分析匀变速直线运动，电火花计时器所接电源频率为50 Hz，如图乙是他在实验中得到的一条纸带，他将选出的纸带舍去开始密集的点迹，然后从便于测量的点开始，每5个点取一个计数点，如图乙中A、B、C、D、E、F、G点所示，他把一个毫米刻度尺放在纸带上，其零刻度线和计数点A(A为所选计数点中最早打下的点)对齐，试分析下列问题：‎ 甲 乙 ‎(1)读出相邻两点间的长度，进行下列计算并填入表内(单位：cm)‎ Δx1＝xBC－xAB Δx2＝sCD－xBC Δx3＝xDE－xCD Δx4＝xEF－xDE Δx5＝xFG－xEF 由此可得出：在误差允许的范围内，________，所以小车做________运动，小车的加速度是a＝________ m/s2(保留两位有效数字)。‎ ‎(2)该同学在图丙中已标出B、C、D、F计数点对应的坐标点，请你在该图中标出与E计数点对应的坐标点，并画出v－t图。根据图象求出小车通过A点时的瞬时速度vA＝________ m/s(保留两位有效数字)。‎ 解析　(1)连续相邻相等的时间间隔内的位移差如下表(单位：cm)：‎ Δx1＝xBC－xAB Δx2＝xCD－xBC Δx3＝xDE－xCD Δx4＝xEF－xDE Δx5＝xFG－xEF ‎0.40‎ ‎0.44‎ ‎0.42‎ ‎0.41‎ ‎0.41‎ 在误差允许的范围内，小车在任意两个连续相等的时间内的位移之差相等，可见小车做匀加速直线运动。‎ 根据逐差法得：a＝ ‎＝ m/s2＝0.42 m/s2。‎ ‎(2)小车通过E点的瞬时速度为 vE＝＝ m/s＝0.247 m/s。‎ 所作的图象如图所示。图线在纵轴上的截距表示小车通过A点时的瞬时速度，由图可看出，小车通过A点的瞬时速度为vA＝0.080 m/s。‎ 答案　见解析