实验1：探究小车速度随时间变化的规律-【实验攻略】备战2024年高考物理必考实验讲练

力学实验1：探究小车速度随时间变化的规律 类型 角度 考查要素 考查内容 教材实验：探究小车速度随时间变化的规律 结合打点计时器考查(5年3考) 数据处理 表格数据处理；坐标图像绘制、计算瞬时速度和加速度 结合现代科技应用 (如雷达探测器、手 机录像、数码相机等)考查(5年4考) 实验原理 原理式的书写；实验器材的选取 误差分析 系统误差、偶然误差的判断；减小误差的方法 原理应用：利用运动学关系式测量其他物理量 测量重力加速度(5年8考) 数据处理 绘制v-t图像；瞬时速度、平均速度和加速度的计算； 误差分析 实验误差分析； 总结： （1）类型角度：常使用教材实验中的打点计时器或利用生活中的装置代替打点计时器测量速度：使用光电门测量速度在后面与速度相关的实验应用较多；在原理应用方面也会利用运动学关系式测量重力加速度以及其他物理量。 （2）考察要素和内容：主要考察实验原理、数据的处理和误差分析，重点考察极限法、逐差法，减小误差的方法，以及公式和图像的转化能力。 考点1 基本实验要求 一、实验器材 电火花计时器(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、电源、复写纸片。 二、实验原理 三、实验步骤 1. 按照如图所示实验装置，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源； 2. 把一细绳系在小车上，细绳绕过滑轮，下端挂合适的钩码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面； 3. 把小车停靠在打点计时器处，先接通电源，后放开小车； 4. 小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带； 5. 换纸带重复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析. 四、注意事项 1. 平行：纸带、细绳要和长木板平行. 2. 两先两后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验完毕应先断开电源，后取纸带. 3. 防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地及小车与滑轮相撞. 4. 减小误差：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的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜. 考点2 数据处理及误差分析 一、数据处理 1. 目的 通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度，确定物体的运动性质等. 2. 方法 （1）分析物体的运动性质——测量相邻计数点间的距离，计算相邻计数点距离之差，看其是否为常数，从而确定物体的运动性质. （2）利用逐差法求解平均加速度 a1＝，a2＝，a3＝⇒a＝＝ （3）利用平均速度求瞬时速度：vn＝＝ （4）利用速度—时间图象求加速度 ①作出速度—时间图象，通过图象的斜率求解物体的加速度； ②剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度. 二、依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动 1. x1、x2、x3…xn是相邻两计数点间的距离； 2. Δx是两个连续相等的时间里的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2…. 3. T是相邻两计数点间的时间间隔：T＝0.02n(打点计时器的频率为50 Hz，n为两计数点间计时点的间隔数)； 4. Δx＝aT2，只要小车做匀变速直线运动，它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就一定相等。 三、误差分析 1. 偶然误差： （1）纸带上计数点间距测量有误差，故需要多测几组数据，求平均值，减小误差； （2）作图有误差，因此在描点时，最好用坐标纸，并在横纵坐标上取合适的单位，用铅笔认真秒点； 2. 系统误差 （1）纸带运动时，受到的摩擦力不均匀引起的误差，所以在安装时，纸带，细绳要与长木板平行，同时选择符合要求的交流电源； （2）木板的粗糙程度并非完全相同，这样测量得到的加速度是小车在所测量段的平均加速度，为减小误差，可以在木板上铺一层白纸或换用气垫导轨。 考点3 实验创新设计 1、 实验器村的创新 1. 当提供光电门和刻度尺，如下图所示，我们可以测出遮光片的宽度d，借助求出物体通过光电门的速度，再由，测出物体的加速度。 2. 当提供闪光照相机和刻度尺，我们可以用处理纸带的方法，求出物体的瞬时速度及物体的加速度。 2、 数据处理方法的创新 如果测得物体运动的位移和对应时间可分两种情况考查，是初速度为零,则，因此作出图像；二是物体的初速度不为零，则，可得，因此作出图像两种情况下，此两种情况图像斜率的2倍即为物体的加速度。 A. 高考真题感知 1．（2023·全国·统考高考真题）某同学利用如图（a）所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时间的关系。让小车左端和纸带相连。右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连。钩码下落，带动小车运动，打点计时器打出纸带。某次实验得到的纸带和相关数据如图（b）所示。      （1）已知打出图（b）中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1s．以打出A点时