第2章 1 实验：探究小车速度随时间变化的规律-【精讲精练】2023-2024学年高中物理必修第一册人教版（教师用书）

1　实验：探究小车速度随时间变化的规律

[学业要求与核心素养]

一、实验器材

电磁打点计时器(或电火花计时器)、复写纸、导线、小车、纸带、细绳、槽码、__刻度尺__、__低压交流电源__、带有定滑轮的长木板。

二、进行实验

利用打点计时器、纸带、复写纸、交变电源、小车、细绳、一端附有定滑轮的长木板、刻度尺、钩码、导线等器材测量匀变速直线运动的加速度。

(1)实验的原理和方法是什么？

答：把纸带跟运动的物体连接在一起，并穿过打点计时器。当小车带动纸带运动的时候，打点计时器就会在纸带上打下一系列的点。这样纸带上的点不但记录了物体的运动时间，而且相应地表示运动物体在不同时刻的位置。研究这些点的情况，就可以测量物体运动的加速度。

(2)本实验要解决的关键问题是什么？

答：让小车做匀变速直线运动。

(3)试写出实验步骤

答：略。

三、数据分析

1．求各计数点的瞬时速度

(1)各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替，即v1＝，v2＝，…

T为相邻两个计数点间的时间间隔，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，根据表格数据，分析速度随时间的变化。

2．作出小车运动的v­t图像

(1)以速度v为纵轴，t为横轴。

(2)定标度：坐标轴的标度选取要合理，应使图像大致布满坐标纸。

(3)描点：在坐标纸上描出各个坐标点的位置。

(4)连线：用一条平滑的曲线或直线“拟合”这些点。

四、注意事项

1．按装置时应注意什么？

答：让细绳、纸带与木板平行，且细绳、纸带、限位孔要在一条直线上。

2．开始释放小车时，应注意什么？

答：让小车靠近打点计时器。

3．实验时能否先释放小车再接通电源？

答：不能。应先接通电源再释放小车。

一、对实验原理和实验操作的考查

　在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，某同学按以下实验步骤操作，其中错误或遗漏的步骤有(遗漏步骤可编上序号F，G，…)

A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处放开纸带，再接通电源

B．将打点计时器固定在平板上，并接好电路

C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的槽码

D．取下纸带

E．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔

(1)所列步骤中有错误的是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)遗漏的步骤：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)将以上步骤完善后写出合理的步骤顺序：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

[解析]　(1)步骤A中应先通电，再放开纸带，顺序不能颠倒；D中取下纸带前应先断开电源。

(2)遗漏的步骤F：换上新纸带，重复实验两次。

(3)步骤完善后，合理的实验步骤顺序为BCEADF。

[答案]　(1)A中应先通电，再放开纸带；D中取下纸带前应先断开电源

(2)F：换上新纸带，重复实验两次

(3)BCEADF

二、实验数据处理

　在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点(A点为第一个点)，相邻计数点间的时间间隔T＝0.1 s。

(1)根据______________________________________计算各点的瞬时速度，则vD＝________m/s，vC＝________m/s，vB＝________m/s。

(2)在如图所示坐标系中画出小车的v­t图线，并根据图线求出a＝________。

(3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度的物理意义：________________________________________________________________________。

[解析]　(1)若时间较短，平均速度可以代替中间时刻的瞬时速度。

D点的瞬时速度

vD＝＝＝390 cm/s＝3.90 m/s

C点的瞬时速度

vC＝＝＝264 cm/s＝2.64 m/s