人教版（2019）必修第一册2-1+实验：探究小车速度随时间变化的规律教师版-2021-2022学年高中物理合格性考试讲义

第第页合格性考试讲义必修一第二章匀变速直线运动的研究第一节实验：探究小车速度随时间变化的规律一、实验原理与方法1．利用打点计时器所打纸带的信息，代入计算式vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)，即用以n点为中心的一小段时间间隔的平均速度代替n点的瞬时速度．2．用描点法作出小车的v­t图象，根据图象的形状判断小车的运动性质．若所得图象为一条倾斜直线，则表明小车做匀变速直线运动．3．利用v­t图象求出小车的加速度．二、实验器材打点计时器、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源．三、实验步骤1．如图所示，把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把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，下边挂上钩码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面．3．把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，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列小点．4．换上新的纸带，重复实验两次．5．增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验．四、数据处理1．表格法(1)从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个点，作为计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标明0、1、2、3、4、…，如图所示．(2)依次测出01、02、03、04、…的距离x1、x2、x3、x4、…，填入表中．位置123456长度x1x2x3x4x5x6各段长度0～21～32～43～54～65～7时间间隔v/(m·s－1)(3)1、2、3、4、…各点的瞬时速度分别为：v1＝eq\f(x2,2T)、v2＝eq\f(x3－x1,2T)、v3＝eq\f(x4－x2,2T)、v4＝eq\f(x5－x3,2T)、….将计算得出的各点的速度填入表中．(4)根据表格中的数据，分析速度随时间变化的规律．2．图象法(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．(2)画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在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，分析物体的速度随时间的变化规律．(4)根据所画v­t图象求出小车运动的加速度a＝eq\f(Δv,Δt).五、误差分析1．木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀．2．根据纸带测量的位移有误差，从而计算出的瞬时速度有误差．3．作v­t图象时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差．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，等打点稳定后，再释放小车．3．打点完毕，立即断开电源．4．选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少．5．要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰，当小车到达滑轮前及时用手按住．6．要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点，一般在纸带上每隔4个点取一个计数点，即时间间隔为t＝0.1s.7．在坐标纸上画v­t图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象尽量分布在较大的坐标平面内.【学考演练】1．在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，下列说法正确的是()A．分别逐个测出每两个相邻计数点间的距离，这样便于记录B．为使测量更为严谨，应把打下的第一个点作为第一个测量点C．为了便于测量，应舍掉开头一些过于密集的点，找一个适当的点当作计时起点D．两相邻计数点间的时间间隔必须是0.1s解析：选C测量每两个相邻计数点间的距离时，应该用毫米刻度尺的零刻度对准计时起点，一次读出各计数点对应的刻度值，然后逐一相减，得到每两个相邻计数点间距离的数值，故A错误；纸带上开始时打的点比较密集，点距过小，测量误差较大，故应舍去，找一个适当的点当作计时起点，故B错误，C正确；选取计数点，可增加测量距离，减小测量过程所产生的误差，两相邻计数点间的时间间隔不一定取0.1s，故D错误。2．(多选)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法正确的是()A．通过调节滑轮的高度，使小车、纸带、细绳和定滑轮上边缘在一条水平线上B．坐标轴的单位长度越小越好C．开始打点前要先接通电源后释放小车，打完点后要先断开电源后取纸带D．槽码的质量越大越好解析：选AC实验中调节滑轮的高度使小车、纸带、细绳和定滑轮上边缘在一条水平线上，可以减小误差，A正确；要适当地选取坐标轴的单位长度，使图像尽量分布在坐标平面中央，B错误；开始打点前要先接通电源后释放小车，打完点后要先断开电源后取纸带，C正确；槽码的质量要适中，不要太大也不要太小，D错误。3．关于“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列操作不正确或不必要的是()A．长木板必须水平，不能一端高，一端低B．释放小车时，小车应靠近打点计时器C．应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车D．要在小车到达定滑轮之前使小车停止运动解析：选A在此实验中，带滑轮的长木板可以倾斜，只要小车能以稍大的加速度做匀变速直线运动就可以；为了充分利用纸带，使纸带上打点多一些，应使小车在靠近打点计时器处释放，并且要先接通电源再释放小车；为了防止小车与滑轮碰撞而损坏，应在小车到达滑轮前使其停止运动．故选A．4．(多选)关于用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验，下列说法中正确的是()A．打点计时器应固定在长木板上，且靠近滑轮一端B．开始实验时小车应靠近打点计时器C．应先接通电源，待打点稳定后再释放小车D．牵引小车的钩码个数越多越好解析：选BC打点计时器应固定在长木板上没有滑轮的一端，选项A错误；小车开始时靠近打点计时器是为了使小车的运动距离较大，选项B正确；若先释放小车后接通电源，只能在纸带的后面部分打点，选项C正确；钩码个数太少，打点密集，钩码个数太多，打点太少，都会带来实验误差，选项D错误．5．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法中正确的是()A．长木板一定要水平摆放B．使用刻度尺测量长度时，不必估读C．使用刻度尺测量长度时，要估读到分度值的下一位D．作v­t图象时，所描线必须经过每一个点解析：选C实验过程中，一般长木板应平放，不能侧向倾斜，但适当一端高一端低，也是可以的，A错误．使用刻度尺测长度时，需要估读到分度值的下一位，B错误，C正确．作v­t图象时，若各点与直线拟合，则作直线并使直线经过尽量多的点，不在直线上的点，分布在直线两侧，D错误．6．(多选)一小球在水平桌面上做直线运动，用照相机对着小球每隔0.1s拍照一次，得到一幅频闪照片，用刻度尺量得照片上小球各位置如图所示，已知照片与实物的比例为1∶10，则()A．图中对应的小球在通过8cm距离内的平均速度是2m/sB．图中对应的小球在通过8cm距离内的平均速度是1.6m/sC．图中对应的小球通过6cm处的瞬时速度是2.5m/sD．图中对应的小球通过6cm处的瞬时速度是2m/s解析：选AD小球在通过8cm距离内的平均速度eq\x\to(v)＝eq\f(x,t)＝eq\f(8×10,4×0.1)cm/s＝200cm/s＝2m/s，A对，B错．可以认为小球通过6cm处的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度v＝eq\f(x′,t′)＝eq\f(4×10cm,2×0.1s)＝200cm/s＝2m/s，C错，D对．7．打点计时器使用的交流电源频率为50Hz，在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，若交流电源的频率变小了而未被发现，则测得小车的速度值与真实值比较将()A．偏大 B．偏小C．无影响 D．无法判断解析：选A打点计时器打点的频率是由电源的频率决定的，且打点的频率等于电源的频率．当交流电源的频率为50Hz时，打点计时器每隔0.02s打一个点；当交流电源的频率低于50Hz时，打点计时器打点的时间间隔将大于0.02s，计算速度时如果仍按0.02s计算，由v＝eq\f(x,t)可知，因测量值t小于真实值，故导致测量出的速度值大于真实值．8．在用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下述测量每相邻两计数点间距离的方法正确的是()A．当某两个计数点间的距离较大时，可以用短尺把它分段来测量B．当某两个计数点间的距离较小时，可以用短尺一次把它测完C．测量每两个相邻计数点间的距离，应该用毫米刻度尺的零刻线对准起点，读出各计数点对应的刻度值，然后逐一相减，得到每两个相邻计数点间距离的数值D．分别测出每两个计数点间的距离，这样便于记录解析：选C为了减小测量误差，测量两个相邻计数点间的距离时，应该用毫米刻度尺量出各点到第一个点的距离，再逐一相减，得到每两个相邻计数点间的距离，故只有C项正确．9．(多选)在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，使用电磁打点计时器(所用交变电流的频率为50Hz)，得到如图所示的纸带．图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表述正确的是()A．实验时应先放开纸带再接通电源B．相邻两个计数点间的时间间隔为0.1sC．可表示出计数点B对应的速率D．相邻两个计数点间的时间间隔为0.02s解析：选BC在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，实验时应先接通电源再放开纸带，故选项A错；B点为A与C点的中间时刻，有vB＝eq\f(xAC,2T)，故选项C对；由于相邻两计数点之间还有4个点没有画出，所以时间间隔为0.1s，故选项D错，B对．10．(多选)在用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列关于作v-t图象的说法中，正确的是()A．只要确定了v-t图象中的两点，就可以得到小车运动的v-t图象，因此，实验只需要测出两组数据B．作v-t图象时，所取的点越多，图线就越准确C．作出的v-t图线应该通过所有的点，图线曲折也可以D．对于偏离图线较远的点，说明误差太大，应舍去解析：选BD该实验是探究小车速度随时间变化的规律，需要测出多组数据，故A错误；作v-t图象时，所取的点越多，图线就越准确，故B正确；作图的原则是所作的直线要通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在线的两侧，偏差比较大的点应舍弃，故C错误，D正确．11．(多选)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法中对于减小实验误差有益的是()A．选取计数点，把每打五个点的时间间隔作为一个时间单位B．使小车运动的加速度尽量小些C．舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰、点间间隔适当的那一部分进行测量、计算D．选用各处平整程度、光滑程度相同的长铝板做实验解析：选ACD合理选取计数点，可减小测量时间间隔和距离时的相对误差，A正确；若小车的加速度过小，会使点过于密集，不便于测量，B错误；舍去密集的点迹，使用清晰、间隔适当的点迹进行测量、计算可减小测量误差，C正确；选用光滑、平整程度均匀的长铝板可有效降低实验的系统误差，提高数据的可信度，D正确。12．某同学用如图所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验。(1)图中仪器A叫作____________计时器，使用220V________(填“交流”或“直流”)电源，释放小车前，小车应停在________(填