2027届高考物理一轮复习-1.3 实验探究小车速度随时间变化的规律

实验 探究小车速度随时间变化的规律

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：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。

②Δx是两个连续相等的时间内的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，…。

③若Δx等于恒量（aT2），则说明小车做匀变速直线运动。

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　教材原型实验典例精析  变式巩固

【例题1】

1．某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行研究．物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图所示．已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出．在ABCDE五个点中，打点计时器最先打出的是______点，在打出C点时物块的速度大小为______m/s（保留3位有效数字）；物块下滑的加速度大小为_____m/s2（保留2位有效数字）．

 

【变式题】

2．某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图（a）所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图（b）记录了桌面上连续6个水滴的位置。（已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴）

(1)由图（b）可知，小车在桌面上是________（填“从右向左”或“从左向右”）运动的。

(2)该小组同学根据图（b）的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图（b）中A点位置时的速度大小为______ m/s，加速度大小为______ m/s2（结果均保留2位有效数字）。

 

【例题2】

3．某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，如图1所示，在纸带上选取7个计数点，每相邻两个计数点之间还有4个计时点未画出，用刻度尺测量出各计数点1、2、3、4、5、6到“0”点的距离依次为3.20cm、7.20cm、11.98cm、17.58cm、24.00cm、31.24cm。

  

（1）已知打点计时器所用电源是频率为50Hz的交流电，试根据纸带上各计数点间的距离，计算出打下1、2、3、4、5五个点时小车的瞬时速度，并将下表中的速度值补充完整（保留两位有效数字）；

计数点	1	2	3	4	5
速度	v1	v2	v3	v4	v5