Question

20．小明與他的同伴在做探究小車速度隨時間變化的規(guī)律的實驗時，由于他的同伴不太明確該實驗的目的及原理，他從實驗室里借取了如下器材：①電磁打點計時器；②天平；③低壓直流電源；④細繩；⑤紙帶；⑥小車；⑦鉤碼；⑧秒表；⑨一端附有定滑輪的長木板．小明看后覺得不妥，請你思考一下，哪些器材必須使用，哪些多余，還缺少什么？
（1）必須使用的器材有：①③④⑤⑥⑦⑨；缺少的器材有：刻度尺．
（2）電磁打點計時器和電火花打點計時器都是使用交流電源（填交流或直流）的計時儀器，其中電火花打點計時器的工作電壓是220V，電磁打點計時器的工作電壓是4到6V．
（3）某次實驗時打點計時器使用交流電的頻率為50Hz，紙帶的記錄如圖所示，從O點開始每打五個點取一個計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為0.1s，在打出0、6這兩點的時間間隔中，紙帶運動的平均速度是1.6m/s（圖中0、6兩點間距離為96cm）；打標號2計數(shù)點的瞬時速度為1.2 m/s；小車運動的加速度為4m/s²．

Answer 1

分析 根據(jù)實驗的原理確定所需的器材，從而得出多余的器材和缺少的器材．打點計時器是計時器材，電火花打點計時器的工作電壓為220V，電磁打點計時器的工作電壓為4-6V．
根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出A點的速度，通過連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之差是一恒量求出小車的加速度．

解答 解：（1）探究小車速度隨時間變化的規(guī)律的實驗中，不需要測量小車和鉤碼的質(zhì)量，所以不需要天平，打點計時器可以記錄時間，所以不需要秒表．所以多余的器材為：天平和秒表，其余都要．實驗中需測量點跡間的距離，所以缺少刻度尺．
（2）電磁打點計時器和電火花打點計時器都是使用交流電源的計時儀器，電火花打點計時器的工作電壓是220V，電磁打點計時器的工作電壓是4-6V；
（3）從O點開始每打五個點取一個計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T=0.1s；
在打出0、6這兩點的時間間隔中，紙帶運動的平均速度是$\overline{v}$=$\frac{{x}_{06}}{6T}$=$\frac{0.96}{0.6}$=1.6m/s；
2點的瞬時速度v₂=$\frac{{x}_{13}}{2T}$=$\frac{0.30-0.060}{2×0.1}$=1.2m/s，
根據(jù)△x=aT²，運用逐差法得，a=$\frac{{x}_{3-6}-{x}_{0-3}}{9{T}^{2}}$，
代入數(shù)據(jù)得，a=$\frac{0.96-0.30-0.30}{9×0．{1}^{2}}$=4/s²．
故答案為：（1）、①③④⑤⑥⑦⑨，刻度尺，（2）交流，計時，220，4-6，（3）、0.1，1.6，1.2，4．

點評 解決本題的關(guān)鍵掌握紙帶的處理方法，會通過紙帶求解瞬時速度和加速度，關(guān)鍵是勻變速直線運動兩個重要推論的運用．