实验专题 知识回顾与难点解读-【数理报】2021-2022学年高中物理必修1复习专号（人教版）

书 第一课　实验：探究小车速度随时间变化的规律 知识回顾 实验目的 １．练习使用打点计时器，会用打点纸带研究物体 的运动情况． ２．会利用纸带求匀变速直线运动的速度、加速度． ３．利用打点纸带探究小车速度随时间变化的规 律，并能画出小车运动的 ｖ－ｔ图象，根据图象求加 速度． 实验原理 １．利用纸带判断物体运动性质的方法 （１）沿直线运动的物体，若相等时间内的位移相 等，即ｘ１ ＝ｘ２ ＝ｘ３ ＝…，则物体做匀速直线运动． （２）沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移 分别为ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４，…，若Δｘ＝ｘ２－ｘ１ ＝ｘ３－ｘ２ ＝ｘ４ －ｘ３ ＝…，则说明物体在做匀变速直线运动，且 Δｘ＝ ａＴ２． ２．速度、加速度的求解方法 （１）瞬时速度的求法 ①“中间点”的瞬时速度：如图１中的第ｎ点．根据 匀变速直线运动的中间时刻的瞬时速度等于这段位移 上的平均速度求物体在某点的瞬时速度，即 ｖｎ ＝ ｘｎ＋ｘｎ＋１ ２Ｔ ． ②“边缘点”的瞬时速度：所谓“边缘点”，是指该 点的一侧没有可用的数据，或虽有数据，但是数据无 效，如图２中的Ａ、Ｆ两点．“边缘点”的瞬时速度有以下 几种求法：ａ．先求出加速度，然后根据ｖＢ ＝ｖＡ＋ａＴ求出 Ａ点瞬时速度；根据ｖＦ ＝ｖＥ＋ａＴ求出Ｆ点瞬时速度；ｂ． 根据匀变速直线运动在相等的时间内速度的变化量相 等的特点，利用ｖＢ－ｖＡ ＝ｖＣ－ｖＢ求出Ａ点瞬时速度，同 样，利用ｖＦ－ｖＥ ＝ｖＥ－ｖＤ求出Ｆ点的瞬时速度；ｃ．根据 ｘＡＢ ＝ ｖＡ＋ｖＢ ２ Ｔ．其中后一种方法最为简单． （２）加速度的求法 ①若题目给的是纸带上两段相邻的数据，则 ｘｍ －ｘｍ－１ ＝ａＴ ２． ②若题目给的是纸带上两段不相邻的数据，则 ｘｍ －ｘｎ ＝（ｍ－ｎ）ａＴ ２． ③若题目给的是偶数段数据（一般是６段） “逐差法”求物体的加速度，即ａ１ ＝ ｘ４－ｘ１ ３Ｔ２ ，ａ２ ＝ ｘ５－ｘ２ ３Ｔ２ ，ａ３ ＝ ｘ６－ｘ３ ３Ｔ２ ，然 后 求 平 均 值，即 ａ ＝ ａ１＋ａ２＋ａ３ ３ ＝ （ｘ４＋ｘ５＋ｘ６）－（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３） ９Ｔ２ ，这样 所测数据全部得到利用，准确度较高． ④若题目给的是奇数段数据（一般是５段或７段）， 一般舍去第一段，方法同上． 实验器材 电火花计时器（或电磁打点计时器），一端附有滑 轮的长木板，小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交 流电源、复写纸片． 实验步骤 １．仪器安装 （１）把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮 伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的 一端，连接好电路． （２）把一条细绳拴在小车 上，细绳跨过滑轮，下边挂上合 适的钩码，把纸带穿过打点计时 器，并将它的一端固定在小车的 后面．实验装置如图３所示，放手 后，看小车能否在木板上平稳地 加速滑行． ２．测量与记录 （１）把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源， 后放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸 带上打下一系列的点，随后立即关闭电源，换上新纸 带，重复三次． （２）从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头 一些比较密集的点，从后边便于测量的点开始确定计 数点，为了计算方便和减小误差，通常用连续打点五次 的时间作为时间单位，即Ｔ＝５×０．０２ｓ＝０．１ｓ，如图 ４所示，正确使用毫米刻度尺测量并算出每相邻两计数 点之间的距离． （３）利用一段时间内的平均速度等于这段时间中 间时刻的瞬时速度求得各计数点 １、２、３、４、５的瞬时 速度． （４）增减所挂钩码数，或在小车上放置重物，再做 两次实验． 数据处理及实验结论 １．由实验数据得出ｖ－ｔ图象 （１）根据表格中的ｖ、ｔ数据，在平面直角坐标系中 仔细描点，如图５所示，可以看到，对于每次实验，描出 的几个点大致落在一条直线上． （２）作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落 到这条直线上，落不到直线上的点，应均匀分布在直线 的两侧，偏离直线太远的点可舍去不要，这条直线就是 本次实验的ｖ－ｔ图象，它是一条倾斜的直线． ２．由实验得出ｖ－ｔ图象后，进一步分析得出小车 运动的速度随时间变化的规律 小车运动的ｖ－ｔ图象是一条倾斜的直线，如图６所 示，当时间增加相同的值Δｔ时，速度也会增加相同的值 Δｖ，由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化． 误差分析 １．偶然误差 （１）纸带上计数点间距测量有偶然误差，故要多次 测量取平均值，以尽量减小误差． （２）用作图法作出的ｖ－ｔ图象并不是一条直线．为 此在描点时最好用坐标纸，在纵、横轴上选取合适的单 位，用细铅笔认真描点． ２．系统误差 （１）纸带运动时摩擦不均匀，打点不稳定引起误 差，所以安装时纸带、细绳要与长木板平行，同时选择 符合要求的交流电源的电压及频率． （２）木板的粗糙程度并非完全相同，这样测量得