第一章 实验1 探究小车速度随时间变化的规律-【直击双1流】2024高考物理一轮复习讲义

实验 1 探究小车速度随时间变化的规律 一、实验目的 1. 练习使用打点计时器,学会用纸带上的数 据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. 能利用纸带上的数据画出小车运动的 v - t 图像,根据图像求加速度。 二、实验器材 电磁打点计时器(或电火花打点计时器)、一 端带有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻 度尺、交流电源、复写纸片。 　 　 注意:电磁打点计时器用 4 ~ 6 V、50 Hz 的交流电源,电火花 打点计时器用 220 V、50 Hz 的交流电源。 三、实验步骤 1. 安装实验装置。 2. 把小车停在靠近打点计时器处,先接通电 源,待打点稳定后释放小车,一段时间后,断开电 源,取下纸带。 3. 更换纸带,重复操作,得到多条纸带。 4. 挑选纸带,确定计数点,测相邻计数点间 的距离。 四、数据处理 1. 利用纸带判断物体运动状态的方法:设纸 带上连续相等时间 T 内的位移分别为 x1、x2、x3、 x4、…、xn-1、xn、xn+1,纸带上任意相邻两计数点间 的位移差为 Δx。 (1) 若 Δx = xn+1 - xn 为零,则说明物体做匀 速直线运动。 (2) 若 Δx = xn+1 - xn 为非零常数,则说明物 体做匀变速直线运动。 2. 利用纸带求瞬时速度的方法:如图所示,B 点 的瞬时速度等于 AC段的平均速度,即vB = x1 + x2 2T 。 3. 利用纸带求加速度的方法: (1) 用逐差法求加速度:根据 x4 - x1 = x5 - x2 = x6 - x3 = 3aT2,求出 a1 = x4 - x1 3T2 、a2 = x5 - x2 3T2 、 a3 = x6 - x3 3T2 ,再算出平均值 a = a1 + a2 + a3 3 = x4 + x5 + x6 - x1 - x2 - x3 9T2 。 (2) 用 v - t 图像的斜率求加速度:a = Δv Δt 。 五、注意事项 1. 纸带和细绳要与长木板平行,小车运动要 平稳。 2. 实验时应先接通电源,后让小车运动;实 验后应先断开电源,后取纸带。 3. 要防止钩码落地和小车与滑轮相撞。 4. 小车的加速度宜适当大些,可以减小长度 的测量误差,加速度大小以能在约 50 cm 的纸带 上清晰地取 6、7 个计数点为宜。 5. 选择一条理想的纸带,是指纸带上的点迹 清晰,舍弃打点密集的部分,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。 六、误差分析 实验参与计算的量有计数点间距和打点周 期,因此误差主要来源于相邻两计数点之间距离 的测量和电源频率的不稳定性。 (1) 交流电源的频率变化引起误差:交流电 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 11第一章 质点的直线运动 　　　 源的频率出现波动时,打点周期会随之改变。 频率 升高时,打点周期减小,由于计算时仍按照原打点周 期值,则各点的瞬时速度的测量值 vn = xn + xn+1 2T 将 偏小,加速度的测量值 a = Δx T2 也会偏小。 (2) 位移的测量引起误差:如果各计数点间 的位移较小或相邻计数点之间的位移之差较小, 位移测量的相对误差就会较大,从而导致速度和 加速度的测量误差较大。 例 1 (2023·山西省晋城市第一中学调 研) 某同学用如图甲所示的装置研究小车运动 的速度随时间变化的规律。 甲 乙 (1) 电火花打点计时器所接的电源应为 V 的 (填“交流” 或“直 流”) 电源。 (2) 下列实验操作中正确的是 。 A. 调节定滑轮的高度使细线与长木板平行 B. 释放小车前,应让小车靠近打点计时器 C. 接通电源的同时,释放小车 D. 用刻度尺测量纸带上两点间距离时,应移 动刻度尺分别测量每段长度 (3) 实验打出的纸带如图乙所示,图上各点 为计数点,相邻两计数点间还有 4 个计时点未标 出,打点计时器所接电源的频率为 50 Hz,则打 B 点时小车的速度 vB = m / s。 该同学 想用图像法处理数据,求出 A、B、C、D、E 各点对 应小车的速度,将求出的各点的速度在 v - t坐标 系中描点作图,作出的图像如图丙