第一章 实验一 探究小车速度随时间变化的规律（教师用书word）-【步步高】2024年高考物理大一轮复习讲义（ 人教版 浙江专用第二版）

实验一　探究小车速度随时间变化的规律

目标要求　1.会正确使用打点计时器，学会利用纸带上的点迹求物体的速度和加速度.2.掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法．

实验技能储备

一、打点计时器

1．作用：计时仪器，当所用交变电源的频率f＝50 Hz时，每隔0.02 s打一次点．

2．结构

(1)电磁打点计时器(如图)

(2)电火花计时器(如图)

3．工作条件：Error!

二、实验：探究小车速度随时间变化的规律

1．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、槽码、刻度尺、导线、交变电源．

2．实验过程

(1)按照实验装置，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，下端挂合适的槽码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面；

(3)把小车停在靠近打点计时器处，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)更换纸带重复实验三次，选择一条比较理想的纸带进行测量、分析．

3．数据处理

(1)求小车的速度与加速度

①利用平均速度求瞬时速度：vn＝＝.

②利用逐差法求解平均加速度

a1＝，a2＝，a3＝，

则a＝＝

③利用速度－时间图像求加速度

a．作出速度－时间图像，通过图像的斜率求解小车的加速度；

b．剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度．

(2)依据纸带判断小车是否做匀变速直线运动

①x1、x2、x3、…、xn是相邻两计数点间的距离．

②若Δx等于恒量(aT2)，则说明小车做匀变速直线运动．

③Δx是两个连续相等的时间内的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，….

④Δx＝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．

4．注意事项

(1)平行：纸带、细绳要与长木板平行．

(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，后取下纸带．

(3)防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止槽码落地及小车与滑轮相撞．

(4)减小误差：小车的加速度应适当大些，可以减小长度测量的相对误差，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．

(5)小车从靠近打点计时器位置释放．

5．误差分析

(1)纸带运动时摩擦力不均匀，打点不稳定引起误差．

(2)计数点间距离的测量有偶然误差．

(3)作图有误差．

考点一　教材原型实验

例1　(2023·浙江1月选考·16 Ⅰ (1))在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，实验装置如图甲所示．

①需要的实验操作有________(多选)；

A．调节滑轮使细线与轨道平行

B．倾斜轨道以补偿阻力

C．小车靠近打点计时器静止释放

D．先接通电源再释放小车

②经正确操作后打出一条纸带，截取其中一段如图乙所示．选取连续打出的点0、1、2、3、4为计数点，则计数点1的读数为______ cm.已知打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz，则打计数点2时小车的速度大小为______ m/s(结果保留3位有效数字)．

答案　①ACD　②2.75(2.70～2.80)　1.48(1.45～1.50)

解析　①实验需要调节滑轮使细线与轨道平行，选项A正确；该实验只要使得小车加速运动即可，不需要倾斜轨道补偿阻力，选项B错误；为了充分利用纸带，应使小车靠近打点计时器静止释放，选项C正确；应先接通电源再释放小车，选项D正确．

②计数点1的读数为2.75 cm.已知打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz，则打点周期T＝0.02 s，则打计数点2时小车的速度大小为

v2＝＝ m/s＝1.48 m/s

例2　(2023·浙江杭州市一模)某学习小组在做“探究小车速度随时间变化的规律”实验后，利用数码相机的连拍功能研究小车从斜面上滑下的运动．如图甲所示，将小车从斜面轨道上由静止释放，将数码相机放在较远处对小车进行连拍，设置每0.12 s拍一张照片，得到如图乙所示的照片．现测得连拍照片中，位置A～K到位置A的距离分别如下表所示．