第1章 实验1 探究小车速度随时间变化的规律(Word教参)-【状元桥】2026高考物理一轮总复习（湖北专版）

实验一　探究小车速度随时间变化的规律 1．实验目的 (1)练习使用打点计时器，学会利用打上点的纸带研究物体的运动． (2)掌握应用纸带数据判断物体是否做匀变速直线运动的方法(Δx＝aT2)． (3)应用纸带数据测定匀变速直线运动的瞬时速度、加速度． 2．实验原理 (1)实验原理图 (2)两种打点计时器的比较 比较项目 电磁打点计时器 电火花计时器 打点方式 振针振动，利用复写纸在纸带上留下点迹 利用火花放电，使墨粉在纸带上打出点迹 工作电压 约8 V的交流电源 220 V的交流电源 阻力来源 振针和纸带、纸带和限位孔间的摩擦，阻力较大 纸带自身运动与限位孔之间的摩擦，阻力较小 打点频率 与交流电源的频率相同，若频率为50 Hz，则每隔0.02 s打一次点 (3)区分计时点和计数点 计时点是指打点计时器在纸带上打下的点．计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点，要注意“每5个点取一个计数点”与“每隔4个点取一个计数点”取点方法是一样的，时间间隔均为0.1 s. 3．实验器材 电火花计时器(或电磁打点计时器)，一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、毫米刻度尺、导线、交流电源、复写纸片． 4．实验步骤 (1)按照实验原理图所示实验装置，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，下端挂合适的槽码，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． 5．数据处理 (1)由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法 如图所示，0、1、2、…为时间间隔相等的各计数点，x1、x2、x3、…为相邻两计数点间的距离，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝C(常量)，即两连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动． (2)由纸带求物体运动速度的方法 根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，vn＝. (3)利用纸带求物体加速度的两种方法 ①逐差法 根据x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T为相邻两计数点之间的时间间隔)，求出a1＝，a2＝，a3＝，再算出a1、a2、a3的平均值a＝＝×(＋＋)＝，即为物体的加速度． 可见，在数据处理时可以对纸带重新分段，把6段距离分为“前三”和“后三”，“后三”减“前三”也为相邻相等时间内的位移差，时间间隔为3T. ②图像法 利用vn＝求出打各点时的瞬时速度，然后作出v－t图像，图像的斜率即为物体做匀变速直线运动的加速度． 6．误差分析 (1)使用刻度尺测计数点间的距离时有误差． (2)作v－t图像时出现作图误差． (3)电源频率不稳定，造成打点的时间间隔不完全相同． (4)长木板表面粗糙程度不同，小车运动时加速度有变化造成误差． 7．注意事项 (1)平行：纸带、细绳要和长木板平行． (2)靠近：释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置． (3)先后顺序：实验时应先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带． (4)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，小车与滑轮碰撞． (5)减小误差：小车另一端挂的槽码个数要适当，避免速度过大而使纸带上打的点太少，或者速度太小，使纸带上打的点过于密集． (6)纸带选取：选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点． (7)准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏，而导致误差过大)，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条平滑直线，让各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧. 命题点一　教材基础实验(自主学习) 某同学利用如图甲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乙所示． (1)已知打出图乙中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1 s．以打出A点时小车位置为初始位置，将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移Δx填到表中，小车发生对应位移和平均速度分别为Δx和，表中ΔxAD＝__24.00__cm，AD＝__80.0__cm/s. 位移区间 AB AC AD AE AF Δx(cm) 6.60 14.60 ΔxAD 34.90 47.30 (cm/s) 66.0 73.0 AD 87.3 94.6 (2)根据表中数据得到小车平均速度随时间Δt的变化关系，如图丙所示．在图丙中补全实验点． 图略 (3)从实验结果可知，小车运动的－Δt图线可视为一条直线，此直线用方程＝kΔt＋b表示，其中k＝__70.0__cm/s2，b＝__59.0__cm/s.(结果均保留三位有效数字) (4)根据(3)中的直线方程可以判定小车做匀加速直线运动，得到打出4点时小车速度大小vA＝__b__, 小车的加速度大小a＝__2k__.(结果用字母k、b表示) 在“研究匀变速直线运动”的实验中． (1)所用实验器材有电火花计时器、纸带、小车、带滑轮的长木板、砝码、刻度尺、导线、电源等，其中电源必须是__D__. A．220 V的蓄电池 B．4～6 V的低压交流电 C．4～6 V的干电池 D．220 V交流电 (2)如图所示，某次记录小车运动情况的纸带，在纸带上选取图中A、B、C、D、E五个计数点，已知相邻的计数点间还有4个点未画出，打点计时器连接的电源频率为50 Hz，根据纸带上所给出的数据，可计算在打B点时小车的速度大小为__0.80__m/s，小车的运动加速度大小为__2.0__m/s2(本小题两空格计算结果均保留两位有效数字)． (3)打点时小车与纸带__左__(选填“左”或“右”)端连接． (4)如果当时电网中交变电流的电压变成210 V，频率不变，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比__不变__(选填“偏大”“偏小”或“不变”)． 命题点二　拓展创新实验(师生共研) 1.创新拓展启示 创新实验题一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材实验的基础上创设新情景．因此，要在夯实教材实验的基础上注意迁移和创新能力的培养，善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题． 2．情景拓展 3．数据处理 (1)加速度的获得：靠重物的拉力获得加速度；长木板倾斜，靠重力获得加速度． (2)速度的测量方法：由打点纸带求速度；测定遮光片的宽度d和遮光片通过光电门的挡光时间Δt，由v＝求速度． (3)加速度的测量方法：由打点纸带利用逐差法求加速度；利用经过两个光电门的瞬时速度，由速度位移关系式求加速度． 某同学利用自由落体运动测量重力加速度，实验装置如图甲所示，打点计时器接在频率为50.0 Hz的交流电源上．使重锤自由下落，打点计时器在随重锤下落的纸带上打下一系列点迹．挑出点迹清晰的一条纸带，依次标出计数点1,2，…，8，相邻计数点之间还有1个计时点．分别测出相邻计数点之间的距离x1，x2，…x7，并求出打点2，3，…，7时对应的重锤的速度．在坐标纸上建立v－t坐标系，根据重锤下落的速度作出v－t图线并求重力加速度． (1)图乙为纸带的一部分，打点3时，重锤下落的速度v3＝__1.15__m/s(结果保留三位有效数字)． (2)除点3外，其余各点速度对应的坐标点已在图丙坐标系中标出，请在图中标出速度v3对应的坐标点，并作出v－t图线． (3)根据图丙，实验测得的重力加速度g＝__9.79__m/s2(结果保留三位有效数字)． (4)某同学居家学习期间， 注意到一水龙头距地面较高，而且发现通过调节水龙头阀门可实现水滴逐滴下落，并能控制相邻水滴开始下落的时间间隔，还能听到水滴落地时发出的清脆声音．于是他计划利用手机的秒表计时功能和刻度尺测量重力加速度．为准确测量，请写出需要测量的物理量及对应的测量方法：__略__. 如图所示，为测量小车做匀加速直线运动的加速度，将宽度均为d的挡光片A、B固定在小车上． (1)若挡光片之间的距离为b，当小车匀加速经过光电门时，测得两挡光片先后经过的时间为Δt1和Δt2，则小车加速度a＝　[－]　. (2)当小车匀加速经过光电门时，测得两挡光片先后经过的时间为Δt1和Δt2，且两挡光片经过光电门的时间间隔为t，则小车加速度a＝　(－)　. 某兴趣小组利用如图所示的实验装置来测量重力加速度．铁架台竖直放置，上端固定电磁铁M，A、B为位置可调节的光电门，均与数字计时器N相连． 实验步骤如下： ①接通M的开关，吸住小球； ②将A固定在小球下方某一位置，调节B的位置并固定，测出A和B之间的距离h1； ③断开M的开关，小球自由下落，记录小球从A到B的时间，重复测量3次对应于h1的时间，平均值为t1； ④保持A位置不变而改变B的位置并固定，测出A和B之间的距离h2，重复测量3次对应于h2的时间，平均值为t2. 完成下列问题： (1)本实验所用器材有：铁架台、电源、电磁铁、光电门、数字计时器、小球和__B__(选填正确选项前的字母)． A．天平　 B．刻度尺　 C．游标卡尺 (2)重力加速度大小可表示为g＝　　(用h1、t1、h2、t2表示)． (3)另一组同学也利用该装置测量重力加速度，如果实验过程中保持B的位置不变而改变A的位置，那么该组同学__能__(选填“能”或“不能”)正确测得重力加速度． 学科网（北京）股份有限公司 $$