《必考实验》知识梳理与考点突破-【数理报】2022-2023学年高中物理必修1复习专号（教科版）

书 第一讲 探究小车速度随时间变化的规律 课本知识回顾 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图像，根据图像求加 速度． 实验原理 １．瞬时速度的求法 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．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． 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 电火花打点计时器（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、坐标纸． 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２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，然后立即关闭电源． （２）增减所挂钩码数，或在小车上放置重物，再做 两次实验． （３）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 ３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． （４）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，记录在表格内． 数据处理及实验结论 １．由实验数据得出ｖ－ｔ图像 （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４所示，可以看出，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，这条直线就是本次 实验的ｖ－ｔ图像，它是一条倾斜的直线． ２．由实验得出ｖ－ｔ图像后，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图像是一条倾斜的直线，如图５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图像并不是一条直线．为 此在描点时最好用坐标纸，在纵轴、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，这样测量得到 的加速度只能是所测量段的平均加速度．可在木板上 铺一层白纸或换用气垫导轨． 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．先后顺序：实验时应先接通电源，后释放小车； 实验后先切断电源，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，纵轴、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，应作一条直线． 核心要点突破 考点一：实验操作和数据处理 例１．（２０２２河北秦皇岛一中期末）在研究小车做 匀变速直线运动的实验中，使用了图６甲所示的装置： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （１）在该