题目内容

9.利用打点计时器探究小车的速度随时间变化的规律.其中交变电流的频率为50Hz,如图给出了该次实验中,从A点开始,每5个点取一个计数点的纸带,其中A、B、C、D、E、F、G都为计数点.测得各计数点到A点的距离分别为:d1=1.40cm,d2=3.29cm,d3=5.69cm,d4=8.59cm,d5=12.00cm,d6=15.90cm.

(1)如果该纸带A端与小车相连,则小车的运动方向为B→A(选填“A→B”或“B→A”),且小车做匀加速(填“匀加速”、“匀减速”或“变加速”)直线运动.
(2)在打计数点F时,小车运动的瞬时速度为vF=0.37m/s,小车的加速度大小为a=0.50m/s2.
(本小题计算结果数值均保留两位有效数字)
(3)如果当时电网中交变电流的电压略偏小,但仍然稳定.而做实验的同学并不知道,那么加速度的测量值与实际值相比不变(选填“偏大”“偏小”或“不变”).

分析 根据纸带上点与点间距,即可判定;
依据连续相等的时间内,位移之差相等,即可判定运动性质;
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F点时小车的瞬时速度大小,根据速度-时间图象的斜率表示加速度解出加速度的数值,打点计时器的打点频率是与交流电源的频率相同,所以即使电源电压降低也不改变打点计时器打点周期.

解答 解:(1)纸带做加速运动,相等时间内运动的位移越来越大,由此可判断纸带那端与小车相连,因此纸带的左端与小车相连,则小车的运动方向由B到A;
依据纸带数据,即为:xBC-xAB=3.29-1.40-1.40=0.49cm
xCD-xBC=5.69-3.29-(3.29-1.40)=0.51cm;则有连续相等的时间内,在误差允许范围内,位移之差相等,因此小车做匀加速直线运动;
(2)每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出,计数点之间的时间间隔为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:vF =$\frac{{d}_{6}-{d}_{4}}{2t}$=$\frac{15.90-8.59}{0.2}×1{0}^{-2}$m/s=0.37m/s;
设A到B之间的距离为x1,以后各段分别为x2、x3、x4、x5、x6,
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:
x4-x1=3a1T2 
x5-x2=3a2T2 
x6-x3=3a3T2 
为了更加准确的求解加速度,我们对三个加速度取平均值,得:
a=$\frac{1}{3}$(a1+a2+a3)=$\frac{15.90-5.69-5.69}{9×0.{1}^{2}}×1{0}^{-2}$=0.50m/s2;
(3)电网电压变化,并不改变打点的周期,故测量值与实际值相比不变.
故答案为:(1)B→A,匀加速;(2)0.37,0.50;(3)不变.

点评 要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力,在平时练习中要加强基础知识的理解与应用,同时注意保留两位有效数字.

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