第1章 实验1 探究小车速度随时间变化的规律（word教师用书）-【状元桥】2023高考物理一轮总复习(老教材 新高考)

实验一　探究小车速度随时间变化的规律 1．实验目的 (1)练习使用打点计时器，学会利用打上点的纸带研究物体的运动． (2)掌握应用纸带数据判断物体是否做匀变速直线运动的方法(Δx＝aT2)． (3)应用纸带数据测定匀变速直线运动的瞬时速度、加速度． 2．实验原理 (1)实验原理图 (2)两种打点计时器的比较 电磁打点计时器 电火花打点计时器 打点 方式 振针振动，利用复写纸在纸带上留下点迹 利用火花放电，在纸带上打出点迹 工作 电压 6 V以下的交流电源 220 V的交流电源 阻力 来源 振针和纸带、纸带和限位孔间的摩擦，阻力较大 纸带自身运动与限位孔之间的摩擦，阻力较小 打点 频率 与交流电源的频率相同，若频率为50 Hz，则每隔0.02 s打一次点 (3)区分计时点和计数点 计时点是指打点计时器在纸带上打下的点．计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点，要注意“每5个点取一个计数点”与“每隔4个点取一个计数点”取点方法是一样的，时间间隔均为0.1 s. 3．实验器材 电火花打点计时器(或电磁打点计时器)，一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、毫米刻度尺、导线、交流电源、复写纸片． 4．实验步骤 (1)按照如图所示实验装置，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源； (2)把一细绳系在小车上，细绳绕过滑轮，下端挂合适的钩码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面； (3)把小车停靠在打点计时器处，先接通电源，后放开小车； (4)小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带； (5)换纸带重复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析． 5．数据处理 (1)由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法 如图所示，0、1、2…为时间间隔相等的各计数点，x1、x2、x3、…为相邻两计数点间的距离，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝C(常量)，即两连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动． (2)由纸带求物体运动速度的方法 根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，vn＝. (3)利用纸带求物体加速度的两种方法 ①逐差法 根据x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T为相邻两计数点之间的时间间隔)，求出a1＝，a2＝，a3＝，再算出a1、a2、a3的平均值a＝＝×(＋＋)＝，即为物体的加速度． 可见，在数据处理时可以对纸带重新分段，把6段距离分为“前三”和“后三”，“后三”减“前三”也为相邻相等时间内的位移差，时间间隔为3T. ②图像法 利用vn＝求出打各点时的瞬时速度，然后作出v－t图像，图像的斜率即为物体做匀变速直线运动的加速度． 6．误差分析 (1)使用刻度尺测计数点的距离时有误差． (2)作v－t图像时出现作图误差． (3)电源频率不稳定，造成打点的时间间隔不完全相同． (4)长木板表面粗糙程度不同．小车运动时加速度有变化造成误差． 7．注意事项 (1)平行：纸带、细绳要和长木板平行． (2)靠近：释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置． (3)两先两后：实验时应先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带． (4)防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地，小车与滑轮碰撞． (5)减小误差：小车另一端挂的钩码个数要适当，避免速度过大而使纸带上打的点太少，或者速度太小，使纸带上打的点过于密集． (6)纸带选取：选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点． (7)准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏，而导致误差过大)，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条平滑直线，让各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧． 命题点一　教材基础实验(自主学习) 【例题1】(2019·全国Ⅰ)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究．物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图所示．已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出．在A、B、C、D、E五个点中，打点计时器最先打出的是________点．在打出C点时物块的速度大小为________m/s(保留三位有效数字)；物块下滑的加速度大小为________m/s2(保留两位有效数字)． 解析 物块加速下滑，因此打点间距逐渐增大，故最先打出的是A点． 两个相邻计数点之间的时间间隔T＝0.1 s， 根据v＝＝得， C点的速度大小 vC＝＝ m/s≈0.233 m/s. 由题图知xAB＝1.20 cm， xBC＝xAC－xAB＝1.95 cm， xCD＝xAD－xAC＝2.70 cm， xDE＝xAE－xAD＝3.45 cm，