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.会利用平均速度求瞬时速度.3.会利用v－t图象处理实验数据，并由图象计算小车的加速度和判断小车的运动情况．
一、实验原理
1．利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点为中间时刻取一小段位移，用这段位移的 表示这点的瞬时速度．
2．用v－t图象表示小车的运动情况：以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，用描点法画出小车的v－t图象，图线的 表示加速度的大小，如果v－t图象是一条倾斜的直线，说明小车的速度是 的． 二、实验器材
打点计时器(带导线)、 、纸带、一端附有定滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、 、复写纸、坐标纸． 三、实验步骤
1．如图1所示，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，打点计时器固定在长木板 的一端，连接好电路．
图1
2．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下面挂上适当的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端连在小车的后面．
3．把小车停在 打点计时器的位置，先 ，后 (填“启动计时器”或“放开小车”)，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一行小点，随后立即关闭电源． 4．换上新纸带，重复操作两次．
四、数据处理 1．采集数据
如图2所示，一般不是直接测量相邻两个计数点间的距离，而是先测量出各个计数点到零计数点的距离x1、x2、x3、x4、x5，再计算出相邻的两个计数点间的距离．Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4.
图2
2．求各计数点的瞬时速度
Δx1＋Δx2Δx2＋Δx3
(1)各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替，即v1＝，v2＝…
2T2TT为相邻两个计数点间的时间间隔，若交流电源频率为50 Hz，每5个点取一个计数点(中间隔4个点)，则T＝0.1 s. (2)设计表格并记录相关数据
位置编号 时刻t/s v/(m·s1)
3.作出v－t图象分析运动规律
(1)在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点．
－1 0.1 2 0.2 3 0.3 4 0.4 5 0.5 6 0.6 7 0.7
图3
(2)画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如图3所示．
(3)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律． Δv
(4)据所画v－t图象求出小车运动的加速度a＝. Δt五、注意事项
1．开始放开小车时，应使小车 (填“靠近”或“远离”)打点计时器． 2．先 ，等打点稳定后，再 (填“启动计时器”或“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数起点0之间的距离)．
6．在坐标纸上画v－t图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象大致布满坐标纸.
一、实验原理与操作
例1 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，
(1)下列给出的器材中，有一部分已经选好了，请选出还需要的器材．
A．电磁打点计时器 B．天平 C．低压交流电源 D．低压直流电源 E．细绳和纸带 F．钩码和小车 G．秒表 H．一端有滑轮的长木板 Ι.刻度尺 选出的器材有AEFH，还需要________． (2)某同学按照以下步骤进行操作：
A．换上纸带重复做三次，选择一条较为理想的纸带；
B．将打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，接上所需电源； C．把小车停在靠近打点计时器的地方，先放开小车，再启动计时器； D．断开电源，取下纸带；
E．把一条细绳拴在小车前端，绳跨过滑轮挂上钩码，把纸带固定在小车后端并让纸带穿过打点计时器．
以上步骤有错误的是________(填步骤前的字母)，应更正为________；步骤合理的顺序是________(填步骤前的字母)． 二、实验数据处理
例2 在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz，记录小车运动的一段纸带如图4所示，在纸带上选择A、B、C、D、E、F六个计数点，相邻两计数点之间还有四个点未画出．
图4
(1)由纸带提供的数据求出打下C、E两点时小车的速度，填入下表：
计数点序号 B C D E
计数点对应的时刻t/s 通过计数点时小车的速度v/(m·s1)
－0 0.25 0.1 0.2 0.45 0.3 (2)根据上表中的数据，在图5中作出小车运动的v－t图线，并分析小车速度随时间的变化规律．
图5
(3)根据作出的v－t图线可得小车运动的加速度为________ m/s2.
针对训练 如图6甲所示是小球沿斜面滚下的频闪照片，照片中相邻小球影像间的时间间隔是0.1 s, 这样便记录了小球运动的时间．小球运动的位移可以通过刻度尺读出．试在图乙所示坐标纸中作出小球滚下过程的v－t图象，并求出加速度a.
1．在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，下列说法正确的是( ) A．小车在钩码的牵引下运动时只需打一条纸带，然后进行数据处理 B．为使测量更为严谨，应把打下的第一个点作为第一个测量点
C．为了便于测量，应舍掉开头一些过于密集的点，找一个适当的点当作计时起点 D．两相邻计数点间的时间间隔必须是0.1 s
2．在用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下述测量各相邻两计数点间距离的方法正确的是( )
A．当某两个计数点间的距离较大时，可以用短尺进行分段测量
B．当某两个计数点间的距离较小时，可以用短尺一次把它测完
C．测量各相邻计数点间的距离，应该用最小刻度为毫米的长尺的零刻度对准起点，读出各计数点对应的刻度值，然后逐一相减，得到各相邻计数点间距离的数值 D．逐次测出各相邻计数点间的距离，这样便于记录
3．(多选)在用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列关于作v－t图象的说法正确的是( )
A．只要确定了v－t图象中的两点，就可以得到小车运动的v－t图象，因此，实验只需要测出两组数据
B．作v－t图象时，所取的点越多，图象就越准确 C．作出的v－t图线应该通过所有的点，图线曲折也可以 D．对于偏离直线较远的点，说明误差太大，应舍去
4．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图7甲所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出，电火花计时器接220 V、50 Hz交流电源．他经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时小车的瞬时速度如下表：
对应点 速度(m/s) B 0.141 C 0.185 D 0.220 E 0.254 F 0.301
图7
(1)设电火花计时器的计时周期为T，计算vF的公式为vF＝______；
(2)根据(1)中得到的数据，以A点对应的时刻为t＝0，试在图乙所示坐标系中合理地选择标度，作出v－t图象；
(3)利用该图象求小车的加速度a＝______m/s2(结果保留2位有效数字)；
物理必修第一册第二章第一节 《实验：探究小车速度随时间变化的规律》总1号
