题目内容

某实验小组采用如图1所示的装置探究“小车速度随时间变化的规律”,图中小车可放置砝码.实验中,小车碰到制动装置时,钩码尚未到达地面,打点计时器工作频率为50Hz.
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(1)实验的部分步骤如下:
①在小车放入砝码,把纸带穿过打点计时器,连在小车后端,用细绳连接小车和钩码;
②将小车停在打点计时器附近,
 
 
,小车拖动纸带,打点计时器在纸带上打下一列点,
 

③改变钩码或小车中砝码的数量,更换纸带,重复②的操作.
(2)如图2所示是钩码质量为0.03kg、砝码质量为0.02kg时得到的一条纸带,在纸带上选择起始点O及A、B、C、D和E五个计数点,可获得各计数点到O的距离S及对应时刻小车的瞬时速度v,请将C点的测量结果填在表格中的相应位置.
       表1纸带的测量结果
测量点 s/cm v/(m?s-1
0 0.00 0.35
A 1.51 0.40
B 3.20 0.45
C
D 7.15 0.54
E 9.41 0.60
(3)如图3所示,在坐标纸上画出小车的速度-时间图象(以0点为计时起点,竖直坐标以0.30m/s开始).
(4)根据速度-时间图象判断小车做的是
 
直线运动.
(5)小车的加速度大小为
 
 m?s-2.(小数点后保留两位)
分析:了解打点计时器的使用规则,为了提高纸带的利用率,实验时要先打点后释放小车;
小车在钩码的作用下拖动纸带在粗糙水平面上做匀加速直线运动,运用匀变速直线运动的规律,通过对纸带计数点处理可算出各点的速度大小及发生的位移.
运用描点法在坐标纸上画出小车的速度-时间图象.v-t图象斜率代表物体的加速度,根据v-t图象求出加速度.
解答:解:(1)实验时为了提高纸带的利用率,尽量多的在纸带上打点,因此将小车停在打点计时器附近,接通电源,释放小车,小车拖动纸带,打点计时器在纸带上打下一列点,断开开关.
(2)C到O距离为:sOC=6.08-1.00cm=5.08cm;
由匀变速直线运动规律得:vC=
vB+vD
2
=
0.45+0.54
2
m/s=0.49m/s
(3)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
vA=
XOB
2T
=
0.0320
2T
=0.40m/s
所以相邻计数点的时间间隔T=0.04s
运用描点法在坐标纸上画出小车的速度-时间图象:
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(4)根据速度-时间图象看出是一条倾斜的直线,所以小车做的是匀加速直线运动.
(5)根据v-t图象求出图形的斜率k,v-t图象斜率代表物体的加速度.
所以小车加速度a=k=
△v
△t
=
0.60-0.35
0.04×5
=1.25m/s2
故答案为:(1)②接通电源、释放小车,断开开关
(2)5.08,0.49
(3)如图
(4)匀加速
(5)1.25
点评:通过实验来小车速度随时间变化的规律,一是培养学生的动手能力,二是更能让学生理解运动学规律在实验中的应用.
利用v-t图象求解加速度时,应在直线上找相距较远的两点求直线的斜率,可减小误差.
要注意单位的换算和有效数字的保留.
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