2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律（讲义）-【大单元教学】高一物理同步备课系列（人教版2019必修第一册）

第二章 匀变速直线运动的研究 2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 知识点一、探究小车速度随时间变化规律实验 1. 实验目的 （1）利用打点纸带研究小车的运动情况，分析小车的速度随时间变化的规律。 （2）用图象法处理实验数据。 2. 实验原理 利用打点计时器打出的纸带上记录的数据，计算出各时刻的速度，再作出速度—时间的关系图象。 （1）瞬时速度的计算：各计数点的瞬时速度可用以该点为中间时刻的一段时间内的平均速度来代替：vn＝。 （2）根据v­t图象判断运动性质：用描点法可作出小车的v­t图象，根据图象的形状可判断小车的运动性质。 （3）加速度的计算：利用v­t图象的斜率求出小车的加速度。 3. 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。 4. 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，先接通电源，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系列小点。 （4）换上新的纸带，重复实验两次。 （5）增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验。 5. 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）取下纸带前，先断开电源； （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）牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小，而使各段位移差别不大，使误差增大。 【典例1】某一学习小组的同学想通过打点计时器在纸带上打出的点迹来探究小车速度随时间变化的规律，实验装置如图所示。 （1）常见的打点计时器有两种：_______和_________，它们使用的都是_____电源（填“直流”或“交流”），当电源频率为50Hz时，每隔______s打一个点。 （2）关于本实验，下列说法正确的是_______。 A．释放纸带的同时，接通电源 B．先接通电源打点，后释放纸带运动 C．先释放纸带运动，后接通电源打点 D．纸带上的点迹越密集，说明纸带运动的速度越大 （3）要测量小车的速度。除打点计时器（含所用电源、纸带、墨粉纸盘）外还必须使用的测量工具是______。 [变式]两实验小组的同学分别做“探究小车的速度随时间变化的规律”的实验。 （1）甲组同学从实验室已经领取了以下器材∶一端装有定滑轮的长木板、小车、纸带、钩码、轻细绳、6V交流电源。为了完成本实验，还须从图中选取部分实验器材，其名称分别为__________、___________。 （2）乙组同学另外从实验室领取了一套器材他们所选用的计时器为电火花计时器，使用电火花计时器时的基本步骤如下∶ A．当纸带完全通过电火花计时器后，及时关闭电火花计时器； B．将电火花计时器插头插入相应的电源插座； C．把计时器固定在长木板上，将纸带从墨粉纸盘下面穿过打点计时器； D．接通开关，听到放电声，立即拖动纸带。 上述步骤正确的顺序是___________（按顺序填写步骤前的字母）。 知识点二、实验数据处理 1.表格法 （1）从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个点，作为计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标明0、1、2、3、4…如图所示。 （2）依次测出01、02、03、04…的距离x1、x2、x3、x4…，填入表中。 位置 1 2 3 4 5 6 长度 x1 x2 x3 x4 x5 x6 各段长度 0～2 1～3 2～4 3～5 4～6 时间间隔 v/(m·s－1) （3）1、2、3、4…各点的瞬时速度分别为：v1＝、v2＝、v3＝、v4＝…。将计算得出的各点的速度填入表中。 （4）根据表格中的数据，分析速度随时间变化的规律。 2．图象法 （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，分析物体的速度随时间的变化规律。 （4）这条直线就是本次实验的v­t图象，它是一条倾斜的直线，求出物体的加速度a＝。 3. 注意事项 （1）选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点密集的部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清