第五节 实验：探究小车速度随时间变化的规律-2023年高考物理一轮系统复习学思用

第五节 实验：探究小车速度随时间变化的规律 【要点归纳】 一、实验目的 1．练习使用打点计时器及利用纸带求速度． 2．探究小车速度随时间变化的规律，学会用v－t图象处理实验数据 二、实验原理 1.打点计时器打出的纸带能记录运动物体在不同时刻的位置． 2．求纸带上某点的瞬时速度一般用一小段时间内的平均速度代替． 3．用描点法画出小车的v－t图象，图线的倾斜程度表示加速度的大小，如果v－t图象是一条倾斜的直线，说明物体的速度是均匀变化的. 三、实验器材 打点计时器、学生电源、复写纸、纸带、导线、一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、坐标纸. 四、实验步骤 1．如图所示，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，使细绳跨过滑轮，下边挂上钩码，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．增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验． 5．在三条纸带中选择一条最清晰的，舍掉开头一些过于密集的点，找一个适当的点作为计时起点． 6．选择相隔0.1 s的若干计数点进行测量，把数据填入表格． 7．计算出各计数点的瞬时速度，填入表格中． 五、数据处理 1．纸带的选取与测量 (1)在三条纸带中选择一条点迹最清晰的纸带． (2)为了便于测量，一般舍掉开头一些过于密集的点迹，找一个适当的点作计时起点(0点)． (3)每5个点(相隔0.1 s)取1个计数点进行测量(如图所示，相邻两点中间还有4个点未画出)． (4)采集数据的方法：不要直接去测量两个计数点间的距离，而是要量出各个计数点到计时零点的距离：d1、d2、d3、……然后再算出相邻的两个计数点的距离：x1＝d1；x2＝d2－d1；x3＝d3－d2；x4＝d4－d3；…… 2．瞬时速度的计算 (1)瞬时速度的求解方法：时间间隔很短时，可用某段时间的平均速度表示这段时间内某一时刻的瞬时速度，即vn＝.例如，图中第4个点的瞬时速度v4＝，其中x35表示第3个点到第5个点之间的距离，T＝0.1 s. (2)设计表格并记录相关数据 位置编号 0 1 2 3 4 5 时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 x/m (dn－dn－1)/m v/(m·s－1) 3．利用逐差法求解平均加速度 a1＝，a2＝，a3＝⇒a＝＝. 4．画出小车的v－t图象 (1)定标度：坐标轴的标度选取要合理，应使图象大致分布在坐标平面中央． (2)描点：描点时要用平行于两坐标轴的虚线标明该点的位置坐标．(所描的点一般用“·”标明) (3)连线：用一条曲线或直线“拟合”这些点． 仔细观察所描各点的分布情况．用一条直线“拟合”这些点，即让所画的直线连接尽可能多的点，不能连接的点应均匀分布在直线两侧，舍弃离直线较远的点． 5．分析实验结果得出实验结论 分析小车运动的v－t图象，描述小车的运动速度随时间的变化规律． 如果画出的v－t图象是一条倾斜的直线，说明小车做速度均匀变化的直线运动． 图象和纵坐标轴的交点表示开始计时时小车的速度——初速度． 六、注意事项 1．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器． 2．先接通电源，等打点稳定后，再释放小车． 3．打点完毕，立即断开电源． 4．要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰，当小车到达滑轮前及时用手按住． 5．选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少秒． 6．在坐标纸上画v－t图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象尽量分布在较大的坐标平面内． 七、误差分析 1．木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀，造成小车速度变化不均匀． 2．根据纸带直接测量相邻两点内的位移带来误差，从而计算出的瞬时速度有误差． 3．作v－t图象时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差. 【夯实基础练】 1．(2022·福建泉州市高三(下)三检)某同学利用频闪照相法研究小球做竖直上拋运动的规律，上升阶段的部分频闪照片如图所示，已知频闪时间间隔为T，1、3和1、5像点间的实际距离分别为、，则小球运动到像点4时的速度大小为__________；小球上升的加速度大小为_____________(均用、、T表示) 【解析】 [1]根据匀变速直线的中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度，故可得小球运动到像点4时的速度大小为 [2]根据匀变速直线运动的推论，即，可得小球上升的加速度大小为 【答案】 ① ② 2．(2022•