2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 -2022-2023学年高一物理精讲精练（2019人教版必修第一册）

2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 考点精讲 考点1：实验原理和实验操作 一、实验原理与方法 1．利用打点计时器所打纸带的信息，代入计算式vn＝，即用以n点为中心的一小段时间间隔的平均速度代替n点的瞬时速度。 2．用描点法作出小车的v­t图像，根据图像的形状判断小车的运动性质。若所得图像为一条倾斜直线，则表明小车做匀变速直线运动。 3．利用v­t图像求出小车的加速度。 二、实验器材 打点计时器、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、刻度尺、导线、交流电源。 三、实验步骤 1．如图所示，把一端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，使细绳跨过滑轮，下边挂上槽码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面。 3．把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一列小点。 4．换上新的纸带，重复实验两次。 5．增减所挂槽码，按以上步骤再做两次实验。 【例1】　在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中：(1)关于电磁打点计时器和电火花计时器，下列说法正确的是 。 A．电磁打点计时器用的是直流电源，而电火花计时器用的是交流电源 B．它们每隔0.02 s打一个点 C．它们的工作电压均为220 V的交流电源 D．使用它们计时时，必须先拉动纸带，再立即接通电源 （2）如图所示是电火花计时器的示意图，其工作时的基本步骤如下： A．当纸带完全通过电火花计时器后，及时关闭电火花计时器 B．接通开关，听到放电声，拖动纸带运动 C．将纸带从墨粉纸盘下面穿过打点计时器 D．将电火花计时器插头插入相应的电源插座 上述步骤正确的顺序是 。(按顺序填写步骤编号) （3）打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如图甲所示。若工作电源的频率为50 Hz，纸带上打点如图乙所示，则打点计时器打A点时小车的速度vA＝ m/s，若小车做匀变速直线运动，该运动过程的加速度a＝ m/s2。 （4）在研究匀变速直线运动的实验中，算出小车经过各计数点的瞬时速度，为了计算加速度，最合理的方法是 。 A．根据任意两计数点的速度用公式a＝算出加速度 B．根据实验数据画出v­t图像，量取其倾角θ，由公式a＝tan θ求出加速度 C．根据实验数据画出v­t图像，由图像上相距较远的两点所对应的速度、时间用公式a＝算出加速度 D．依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度 【解析】　(1)电火花打点计时器是使用220 V交流电源的计时仪器，电磁打点计时器的工作电压为交流6 V以下，当电源的频率为50 Hz时，它每隔0.02 s打一个点，故A、C错误，B正确；使用它们时必须先接通电源，再拉动纸带，故D错误；(2)实验步骤要遵循先安装器材后进行实验的原则进行：先将电火花计时器插头插入相应的电源插座，再将纸带从墨粉纸盘下面穿过打点计时器，然后接通开关，听到放电声，拖动纸带运动，最后当纸带完全通过电火花打点计时器后，及时关闭电火花计时器，上述步骤正确的顺序是DCBA；(3)小车做匀加速直线运动，平均速度等于中间时刻的瞬时速度，故vA＝0.55 m/s；根据推论公式Δx＝aT2，有a＝＝5 m/s2；(4)在处理实验数据时，如果只使用其中两个数据，因为偶然误差的存在可能会造成最后误差较大，所以可以根据实验数据画出v­t图像，尽量使那些不能画在线上的点均匀分布在直线的两侧，这样图线会舍弃误差较大的点，由图像上相距较远的任意两点所对应的速度及时间，用公式a＝即可算出加速度，所以误差较小，故A错误，C正确；由于图像纵坐标和横坐标的单位长度可能不同，所以不能用a＝tan θ求出加速度，故B错误；依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度，实际应用的只是第一组和最后一组数据，同样存在较大的误差，故D错误。 【答案】　(1)B　(2)DCBA　(3)0.55　5　(4)C 考点2：实验数据处理 1．表格法 （1）从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个点，作为计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标明0、1、2、3、4…，如图所示。 （2）依次测出01、02、03、04…的距离x1、x2、x3、x4…，填入表中。 位置 1 2 3 4 5 6 长度