2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律-2022-2023学年高一物理上学期同步学案+典例+练习（人教版2019必修第一册）

2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 基础知识梳理 一、实验原理 1．利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点为中间时刻取一小段 ，用这段位移的 表示这点的瞬时速度． 2．用v－t图像表示小车的运动情况：以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，用描点法画出小车的v－t图像，图线的倾斜程度表示 的大小，如果v－t图像是一条倾斜的直线，说明小车的速度是 变化的． 二、实验器材 打点计时器(带导线)、交变电源、纸带、一端带有定滑轮的长铝板、小车、细绳、槽码、刻度尺、复写纸、坐标纸． 三、实验步骤 1．如图所示，把一端带有 的长铝板平放在实验桌上，并使滑轮伸出 ．铝板上放一个可以左右移动的小车，小车一端连接穿过打点计时器的 ，另一端连接绕过滑轮系有槽码的细绳． 2．把小车停在 打点计时器的位置．先启动 ，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行小点．随后，立即关闭 ． 3．换上新纸带，并增减所挂槽码(或在小车上放置重物)，重新操作两次． 四、数据记录 1．采集数据 舍掉纸带开头一些过于 的点，找一个适当的点作为计时 ．可选择相隔0.1 s(或更短)的若干计数点进行测量． 如下图所示，先测量出各个计数点到计时起点的 ：x1、x2、x3、x4、x5…，再计算出相邻的两个计数点间的距离：Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4，…，填入自己设计的表中． 2．求各计数点的瞬时速度 (1)各计数点对应的瞬时速度用 来代替，即v1＝，v2＝，… T为相邻两个计数点间的时间 ，若交流电源频率为50 Hz，每5个点取一个计数点(中间隔4个点)，则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 6 … 时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 v1/(m·s－1) v2/(m·s－1) v3/(m·s－1) … 五、数据分析 1．在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点． 2.画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如图所示． 3．观察所得到的直线，分析物体的速度随 的变化规律． 4．根据所画v－t图像求出小车运动的加速度a＝ . 六、注意事项 1．开始放开小车时，应使小车 打点计时器． 2．先启动打点计时器，等打点 后，再 ． 3．打点完毕，立即关闭电源． 4．选取一条点迹清晰的纸带，舍掉开头点迹密集部分，选取适当的计数点(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． 5．不要分段测量各段 ，应尽可能地一次测量完毕，减少误差． 6．在坐标纸上画v－t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像大致布满坐标纸． 典型例题分析 考点一：实验器材、原理和步骤 【例1】在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，下列说法正确的是（　　） A．分别逐个测出每两个相邻计数点间的距离，这样便于记录 B．为使测量更为严谨，应把打下的第一个点作为第一个测量点 C．为了便于测量，应舍掉开头一些过于密集的点，找一个适当的点当作计时起点 D．两相邻计数点间的时间间隔必须是0.1 s 【变式练习】 1．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如下： 计数点序号 1 2 3 4 5 6 计数点对应的时刻/s 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 通过计数点时的速度/（cm·s-1） 44.0 62.0 81.0 100.0 110.0 168.0 为了计算加速度，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v－t图像，量出其倾角α，由公式a=tanα求出加速度 C．根据实验数据画出v－t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 2．一同学在做“探