第二章 1 实验 探究小车速度随时间变化的规律-【导与练】2023-2024学年高中物理必修第一册同步全程学习全书word（新教材，人教版）

1　实验:探究小车速度随时间变化的规律 [定位·学习目标] 1.经历实验探究过程,进一步形成匀变速直线运动的物理观念。 2.通过纸带数据处理,体会数学在研究物理问题中的作用,掌握科学思维的方法。 3.通过实验的操作和数据分析,认识实验对物理学发展的推动作用,培养科学态度及责任。 一、实验原理 1.使小车在重物牵引下,拖着纸带通过打点计时器获得小车运动的打点纸带,利用纸带计算小车各个时刻的瞬时速度。可以在纸带上取包含某点的两点之间的一小段位移,用这段位移的平均速度表示这点的瞬时速度,实际操作中,“某点”一般为该段位移对应的中间时刻。 2.用vt图像研究小车的速度变化规律。以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系,用描点法画出小车的vt图像,图线的斜率表示加速度,若图线是一条倾斜的直线,则说明小车的速度是均匀变化的。 二、实验器材 打点计时器、交变电源、纸带、一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、坐标纸。 三、实验步骤 1.如图所示,把一端带有滑轮的长木板平放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面,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,把纸带穿过打点计时器,并把纸带的另一端固定在小车的后面。 3.把小车停在靠近打点计时器的位置,细绳下面挂上槽码。 4.先接通计时器电源,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行小点,随后,立即关闭电源。 5.增减所挂的槽码(或在小车上放置重物),更换纸带,再做两次实验。 6.整理好实验器材。 四、数据处理 1.测量并记录数据 (1)选择一条比较理想的纸带,舍掉开头一些过于密集的点迹,找一个适当的点当作计时起点(0点),可选择每5个点(相隔0.1 s)取一个计数点进行测量,如图所示(相邻两点间还有四个点未画出)。标明0,1,2,3,…,测量各计数点到0点的距离X1,X2,X3,…。 位置编号 0 1 2 3 4 5 6 … t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 v1/(m·s-1) — v2/(m·s-1) — v3/(m·s-1) — … — (2)分别计算出相邻的两计数点之间的距离x1,x2,x3,…。 (3)各计数点对应的瞬时速度用很短时间内的平均速度来代替,一般用vn=计算。将求得的各计数点1,2,3,4,5,6的瞬时速度填入表格中标有“v1”的一行。 (4)同理,计算增减槽码后两次实验的速度,分别填入表格中标有“v2”和“v3”的两行。 2.作vt图像 (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,发现这些点大体在一条直线上。 (2)过这些点拟画一条直线,让这条直线通过尽可能多的点,不在直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,分析小车的速度随时间变化的规律。 (4)根据vt图像求出小车运动的加速度a=。 五、误差分析 内容 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两计数点间的距离 描点作图不准确 坐标轴的单位长度选取合适,使图像尽量分布在较大的坐标平面内 系统 误差 长木板的粗糙程度不完全相同 尽量选用粗糙程度均匀的长木板 六、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,打点计时器正常工作后,再释放小车,打点完成后应立即关闭电源;为防止槽码落地及小车跟滑轮相撞,当小车到达滑轮前及时用手按住。 3.牵引小车的槽码个数要适当,使小车速度不宜过大或过小,以能在50 cm长的纸带上清楚地取得六七个计数点为宜。 4.在坐标纸上画vt图像时,注意坐标轴单位长度的选取,应使图像尽量分布在坐标平面内。 要点一　实验原理与操作 [例1] 在利用电磁打点计时器做“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,某同学进行了以下实验操作步骤,试找出其中的错误和遗漏的步骤(遗漏步骤可编序号I、J、…)。 A.将打点计时器固定在长木板无滑轮的一端,并接好电路。 B.把长木板平放在实验桌上,并使滑轮伸出桌外。 C.拉住纸带,将小车移到靠近打点计时器的一端后,放开纸带,再接通电源。 D.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面挂上适当的槽码。 E.取下纸带,再断开电源。 F.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔。 G.对打点纸带进行测量分析。 H.整理好实验器材。 错误和遗漏: ①