（浙江選考）2021版新高考物理一輪復習 4 實驗微講座1 1 實驗一 探究小車速度隨時間變化的規(guī)律教學案

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1、實驗一　探究小車速度隨時間變化的規(guī)律 一、實驗目的 1．練習正確使用打點計時器，學會利用打上點的紙帶研究物體的運動情況． 2．掌握判斷物體是否做勻變速直線運動的方法(Δx＝aT2)． 3．測定勻變速直線運動的瞬時速度和加速度． 二、實驗原理 1．打點計時器 (1)作用：計時儀器，當所用交流電源的頻率f＝50 Hz時，每隔0.02 s打一次點． (2)工作條件 2．處理紙帶數(shù)據(jù)時區(qū)分計時點和計數(shù)點 計時點是指打點計時器在紙帶上打下的點．計數(shù)點是指測量和計算時在紙帶上所選取的點，要注意“每5個點取一個計數(shù)點”與“每隔4個點取一個計數(shù)點”取點方法是一樣的． 3．判斷物體的運

2、動是否為勻變速直線運動的方法 (1)沿直線運動的物體在連續(xù)相等時間T內(nèi)的位移分別為x1、x2、x3、x4、…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…，則說明物體在做勻變速直線運動，且Δx＝aT2. (2)利用“平均速度法”確定多個點的瞬時速度，作出物體運動的v－t圖象．若v－t圖線是一條傾斜的直線，則說明物體的速度隨時間均勻變化，即做勻變速直線運動． 4．利用紙帶數(shù)據(jù)求解物體的速度、加速度的方法 (1)“平均速度法”求物體在某點的瞬時速度，即vn＝，如圖所示． (2)“逐差法”求物體的加速度，如圖所示： 即a1＝，a2＝，a3＝，然后求平均值，即a＝＝，這樣使所測數(shù)

3、據(jù)全部得到利用，準確度較高． 這個表達式也可以根據(jù)下列思路得到：把(x1＋x2＋x3)和(x4＋x5＋x6)分別看做xⅠ、xⅡ，利用xⅡ－xⅠ＝at2，其中t＝3T. 同理可得(x3＋x4)－(x1＋x2)＝4aT2. 三、實驗器材 電火花計時器(或電磁打點計時器)，一端附有定滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導線、電源、復寫紙片． 四、實驗步驟 1．儀器安裝 (1)把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路． (2)把一條細繩拴在小車上，細繩跨過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，把紙帶穿過打點計時器，并把它的一端

4、固定在小車的后面．實驗裝置如圖，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行． 2．測量與記錄 (1)把小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，后放開小車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列的點，換上新紙帶，重復三次． (2)從三條紙帶中選擇一條比較理想的，舍掉開頭一些比較密集的點，從后邊便于測量的點開始確定計數(shù)點，為了計算方便和減小誤差，通常用連續(xù)打點五次的時間作為時間單位，即T＝0.1 s．正確使用毫米刻度尺測量每相鄰兩計數(shù)點間的距離，并填入設(shè)計的表格中． (3)利用某一段時間的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求得各計數(shù)點的瞬時速度． (4)增減所掛鉤碼數(shù)，再

5、重復實驗兩次． 五、數(shù)據(jù)處理 1．由實驗數(shù)據(jù)得出v－t圖象 (1)根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù)，在平面直角坐標系中仔細描點，如圖可以看到，對于每次實驗，描出幾個點都大致落在一條直線上． (2)做一條直線，使同一次實驗得到的各點盡量落到這條直線上，落不到直線上的點，應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè)，這條直線就是本次實驗的v－t圖象，它是一條傾斜的直線． 2．由實驗得出的v－t圖象進一步得出小車運動的速度隨時間變化的規(guī)律 有兩條途徑進行分析： (1)直接分析圖象的特點得出，小車運動的v－t圖象是一條傾斜的直線，如圖所示，當時間增加相同的值Δt，速度也會增加相同的值Δv，由此得出結(jié)論：小車的速

6、度隨時間均勻變化． (2)通過函數(shù)關(guān)系進一步得到，既然小車的v－t圖象是一條傾斜的直線，那么v隨t變化的函數(shù)關(guān)系式為v＝kt＋b，所以小車的速度隨時間均勻變化． 六、注意事項 1．紙帶和細繩要和木板平行，小車運動要平穩(wěn)． 2．實驗中應(yīng)先接通電源，后讓小車運動；實驗后應(yīng)先斷開電源，后取紙帶． 3．要防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞． 4．小車的加速度適當大些可以減小長度的測量誤差，加速度大小以能在約50 cm的紙帶上清楚地打出6～7個計數(shù)點為宜． 七、誤差分析 1．根據(jù)紙帶測量的位移有誤差． 2．電源頻率不穩(wěn)定，造成相鄰兩點的時間間隔不完全相等． 3．紙帶運動時打點不穩(wěn)定引起測量

7、誤差． 4．用作圖法，做出的v－t圖象并不是一條直線． 5．木板的粗糙程度并非完全相同，這樣測量得到的加速度只能是所測量段的平均加速度． 　對實驗原理和操作的考查 【典題例析】 　(2016·10月浙江選考)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中 (1)下列說法中不正確或不必要的是________(填字母)． A．長木板的一端必須墊高，使小車在不掛鉤碼時能在木板上做勻速運動 B．連接鉤碼和小車的細線應(yīng)與長木板保持平行 C．小車應(yīng)靠近打點計時器，先接通電源，后釋放小車 D．選擇計數(shù)點時，必須從紙帶上第一個點開始 (2)圖1是實驗中打下的一段紙帶，算出計數(shù)點2的速度大小

8、為________ m/s，并在圖2中標出，其余計數(shù)點1、3、4、5對應(yīng)的小車瞬時速度大小在圖2中已標出． (3)作圖并求得小車的加速度大小為________ m/s2. [解析]　(1)探究小車的速度隨時間的變化，并沒有要求小車需要在光滑水平面上運動，即軌道是否光滑不是必要的，即A項是不必要的．在處理紙帶時，由于第一點并不確定，因此常常將前面的點去掉，從清晰可辨的點取點后處理實驗數(shù)據(jù)，所以D項不是必要的．連接小車的細線需要與木板平行，否則就要涉及線上拉力分解問題，即拉力是一個變力，B項是必要的．操作時應(yīng)先開電源再釋放小車，C項是必要的． (2)根據(jù)題圖中x1＝3.80 cm，x

9、2＝15.70 cm，所以v2＝≈0.60 m/s. (3)由v－t圖象的斜率即為小車的加速度，可得a＝1.45 m/s2. [答案]　(1)AD　(2)0.60　圖見解析圖甲 (3)圖見解析圖乙　1.45 　(多選)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，某同學利用紙帶上的數(shù)據(jù)計算出了各計數(shù)點對應(yīng)時刻小車的瞬時速度．然后他以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標系，共描出了10個點，并畫出了小車運動的v－t圖象如圖所示，針對該同學作出的v－t 圖象，他所在的實驗小組的其他四位同學分別交流了自己的看法，以下四種看法，你認為有道理的是(　　) A．這10個點無論如何也不

10、在一條直線上，因此小車運動的圖象不可能為一條直線，而應(yīng)為一條平滑的曲線 B．這10個點中有7個點雖然不在一條直線上，但它們緊挨在一條直線附近，只有F和B兩個點離這條直線太遠 C．在這10個點中有3個點(A、D、I)能畫在一條直線上，其余7個點都不在該直線上，這條直線肯定不能表示小車的速度隨時間變化的規(guī)律 D．與直線偏差較小的點(C、E、G、H、J)可能是實驗誤差造成的，而偏離直線較遠的點(B 、F)則可能是實驗中出現(xiàn)失誤造成的 解析：選BD.實驗中產(chǎn)生誤差是不可避免的，所以得到的點不可能嚴格地處于一條直線上，會稍有偏差．但偏差過大的點則可能是實驗中的失誤造成的，作圖時應(yīng)把這樣的點舍棄，

11、故選項B、D兩種看法有道理． 　對實驗數(shù)據(jù)處理和誤差分析的考查 【典題例析】 　(2020·寧波高二期中)實驗中，如圖甲所示為一次記錄小車運動情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔T＝0.1 s. (1)根據(jù)紙帶可判定小車做________運動． (2)根據(jù)紙帶計算各點瞬時速度：vD＝________m/s，vC＝________m/s，vB＝________m/s.在如圖乙所示坐標中作出小車的v－t圖線，并根據(jù)圖線求出a＝________．　 (3)將圖線延長與縱軸相交，交點的速度的物理意義是_______________________

12、___ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. [答案]　(1)勻加速直線　(2)3.90　2.64　1.38　如圖所示　12.60 m/s2　(3)零時刻小車經(jīng)過A點的速度 　(2020·臺州調(diào)研)如圖甲是“研究勻變速直線運動”實驗中獲得的一條紙帶，O、A、B、C、D和E為紙帶上六個計數(shù)點．加速度大小用a表示． (1)OD間

13、的距離為________cm. (2)如圖乙是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的x－t2圖線(x為各計數(shù)點至同一起點的距離)，斜率表示________，其大小為________ m/s2(保留三位有效數(shù)字)． 解析：(2)由于物體做的是勻變速直線運動，所以其從某一點開始運動的位移x＝v0t＋at2，由于x－t2圖線是一條過原點的傾斜直線，因此v0＝0，則x＝t2，這樣，我們就可以知道x－t2圖線的斜率為，通過圖線可求得斜率為0.467. 答案：(1)1.20　(2)a　0.467 1．光電計時器也是一種研究物體運動情況的常用計時儀器，其結(jié)構(gòu)如圖甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當

14、有物體從a、b間通過時，光電計時器就可以精確地把物體從開始擋光到擋光結(jié)束的時間記錄下來．現(xiàn)利用如圖乙所示的裝置測量滑塊和長木板間的動摩擦因數(shù)，圖中MN是水平桌面，Q是長木板與桌面的接觸點，1和2是固定在長木板適當位置的兩個光電門，與之連接的兩個光電計時器沒有畫出，長木板頂端P點懸有一鉛錘．實驗時，讓滑塊從長木板的頂端滑下，光電門1、2各自連接的計時器顯示的擋光時間分別為1.0×10－2 s和4.0×10－3 s．用精度為0.05 mm的游標卡尺測量滑塊的寬度d，其示數(shù)如圖丙所示． (1)滑塊的寬度d＝________cm. (2)滑塊通過光電門1時的速度v1＝________m/s，滑

15、塊通過光電門2時的速度v2＝________m/s.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (3)由此測得的瞬時速度v1和v2只是一個近似值，它們實質(zhì)上是通過光電門1和2時的________，要使瞬時速度的測量值更接近于真實值，可將________的寬度減小一些． 解析：(1)d＝10 mm＋0.05 mm×2＝10.10 mm＝1.010 cm. (2)v1＝＝ m/s≈1.0 m/s， v2＝＝ m/s≈2.5 m/s. (3)v1、v2實質(zhì)上是滑塊通過光電門1和2時的平均速度，要使瞬時速度的測量值更接近于真實值，可將滑塊的寬度減小一些． 答案：(1)1.010　(2)1.0　2.5 (3

16、)平均速度　滑塊 2．在暗室中用如圖甲所示裝置做“測定重力加速度”的實驗．實驗器材有：支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺絲夾子、接水鋁盒、一根熒光刻度的米尺、頻閃儀．具體實驗步驟如下： ①在漏斗內(nèi)盛滿清水，旋松螺絲夾子，水滴會以一定的頻率一滴滴地落下． ②用頻閃儀發(fā)出的白閃光將水滴流照亮，由大到小逐漸調(diào)節(jié)頻閃儀的頻率直到第一次看到一串仿佛固定不動的水滴． ③用豎直放置的米尺測得各個水滴所對應(yīng)的刻度． ④采集數(shù)據(jù)進行處理． (1)實驗中看到空間有一串仿佛固定不動的水滴時，頻閃儀的閃光頻率滿足的條件是_________________________________________

17、_______________________________． (2)實驗中觀察到水滴“固定不動”時的閃光頻率為30 Hz，某同學讀出其中比較遠的水滴到第一個水滴的距離如圖乙所示，根據(jù)數(shù)據(jù)測得當?shù)刂亓铀俣萭＝________ m/s2；第8個水滴此時的速度v8＝________ m/s.(結(jié)果都保留三位有效數(shù)字) (3)該實驗存在的系統(tǒng)誤差可能有(答出一條即可)： ________________________________________________________________________. 解析：(1)后一水滴經(jīng)過一個頻閃間隔運動到前一水滴的位置，可看到仿佛

18、固定不動的一串水滴，即頻閃儀頻率等于水滴滴落的頻率時，水滴仿佛不動． (2)g＝ ＝ m/s2 ＝9.72 m/s2；　 v8＝＝ m/s≈2.27 m/s. (3)存在空氣阻力會對水滴的運動產(chǎn)生影響，水滴滴落的頻率不恒定也會對實驗產(chǎn)生影響． 答案：見解析 3．(2020·臺州六校聯(lián)考)一位同學在探究木塊的速度隨時間變化的規(guī)律時，在質(zhì)地均勻的水平桌面上將木塊、電火花打點計時器、紙帶連接成如圖甲所示的裝置．先接通頻率為50 Hz 的電源，再給木塊一向左的初速度，木塊向左運動一小段距離后紙帶拉緊，最后得到如圖乙所示點跡的紙帶，A、B、C、D、E正是連續(xù)的五個計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點間

19、還有一個點未畫出，下面標注的數(shù)字是相鄰兩點間的距離，單位是cm. (1)木塊與紙帶的________(填“左”或“右”)端固定． (2)由紙帶上數(shù)據(jù)判斷，在誤差范圍內(nèi)，可以認為木塊做的是________(填“勻速”“勻加速”或“勻減速”)運動． (3)木塊運動的加速度大小是________ m/s2.(保留兩位有效數(shù)字) 解析：(1)木塊運動中受到摩擦阻力做減速運動，所以相等的時間內(nèi)位移逐漸減小，故木塊與紙帶的右端固定． (2)因為7.20 cm－6.81 cm＝0.39 cm、6.81 cm－6.43 cm＝0.38 cm、6.43 cm－6.04 cm＝0.39 cm，相等的時間內(nèi)的位移差近似相等，所以在誤差范圍內(nèi)，可以認為木塊做勻減速運動． (3)電源的頻率為50 Hz，打點周期則為0.02 s，則相鄰計數(shù)點間的時間為0.04 s，所以加速度的大小為 a＝＝ m/s2≈2.4 m/s2. 答案：(1)右　(2)勻減速　(3)2.4 10