第2章 第4节 科学测量：做直线运动物体的瞬时速度-【高考领航】2023-2024学年高中物理必修第一册同步核心辅导与测评（鲁科版）

第4节　科学测量：做直线运动物体的瞬时速度 核心素养要求 核心素养呈现 1.会熟练使用打点计时器研究纸带的瞬时速度。 2.会用列表法和图像法处理实验数据。 一、实验目的 1．学习使用打点计时器。 2．测量小车的瞬时速度。 3．判断沿斜面下滑的小车是否做匀变速直线运动。 4．能利用v-t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)、纸带、低压交流电源(或220 V交流电源)、小车、U型夹、长木板(或者轨道)、毫米刻度尺。 三、实验原理与设计 1．打点计时器及其应用 电火花打点计时器 电磁打点计时器 结构图示 工作电压 220 V交流电 4～6 V交流电 打点方式 周期性产生电火花 振针周期性上下振动 打点周期 0.02 s 记录信息 位移、时间 2.物体是否做匀变速直线运动的判断方法 (1)利用平均速度v＝，当Δt很短时，可以近似认为平均速度等于t时刻的瞬时速度，利用速度和时间关系判断物体是否做匀变速直线运动。 (2)利用Δs＝s2－s1＝s3－s2＝…＝sn－sn－1＝aT2判断物体是否做匀变速直线运动。 四、实验步骤 1．将打点计时器固定在长木板的一端，并用垫片垫高此端，使木板倾斜。 2．将长60 cm左右的纸带一端穿过打点计时器，另一端固定于小车，尽量让小车靠近打点计时器。 3．闭合电路开关，待打点稳定后释放小车，待小车滑到斜面底端时止住小车。关闭开关，取下纸带，检查点迹。若有问题，可换上新纸带，调试后重复上述步骤。 4．选择一条点迹清晰的纸带，舍掉开头一些过于密集的点，找一适当的点记为点O。在该点后面，依次标出间隔时间相等的计数点1，2，3，4，5… 5．根据打点计时器的周期，计算各计数点到O点对应的时间t，测量各计数点与下一相邻计数点间的距离s，并将数据填入设计好的表格中。 五、数据分析 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开始点，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…测量各计数点到0点的距离s，并记录填入表中。 位置编号 0 1 2 3 4 5 时间t/s s/m υ/(m·s－1) (2)分别计算出与所求点相邻的两计数点之间的距离s1、s2、s3…。 (3)利用vn＝求得计数点1、2、3、4的瞬时速度，填入上面的表格中。 (4)根据表格的数据，分析速度随时间怎样变化。 2．图像法 (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v-t图像，它是一条倾斜的直线。 六、误差分析 产生原因 减小方法 偶然误差 根据纸带测量的位移有误差 测量各计数点到起始点的距离而不是直接测量相邻计数点间的距离 系统误差 木板的粗糙程度不完全相同 尽量选用粗糙程度一致的木板 七、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．选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点密集的部分，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的数值。 5．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。 6．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。 7．在坐标纸上画v-t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像尽量占满坐标纸。 　实验原理与操作 　打点计时器是高中物理中重要的物理实验仪器，图中甲、乙两种打点计时器是高中物理实验中常用的，请回答下面的问题。 甲　　　　　　　　　乙 (1)甲图是________打点计时器，电源采用的是________。 (2)乙图是________打点计时器，电源采用的是________。 (3)某同学在“匀变速直线运动的实验探究”的实验中，用打点计时器在纸带上打的点记录小车的运动情况。他做此实验时步骤如下： 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长木板上，并接好电路。 C．把一条绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的钩码。 D．小车停止运动后，直接取下纸带。 E．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔。 F．换上新纸带，重复操作三次，然后从