第2.1课 探究小车速度随时间变化规律-2020-2021学年高一物理知识点专题解析与题型练习（人教版必修1）

第2.1课 探究小车速度随时间变化规律

一、实验目的

1.进一步练习使用打点计时器及利用纸带求瞬时速度。

2.探究小车速度随时间的变化规律。

3.会用图象法处理实验数据。

二、实验原理

1.瞬时速度的计算：各计数点的瞬时速度可用以该点为中间时刻的一段时间内的平均速度来代替：vn＝。

2.根据v－t图象判断运动性质：用描点法可作出小车的v－t图象，根据图象的形状可判断小车的运动性质。

3.加速度的计算：利用v－t图象的斜率求出小车的加速度。

三、实验器材

电磁打点计时器（或电火花计时器）、复写纸、导线、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、交流电源。

四、实验步骤

1.如图所示，把附有定滑轮的长木板放在实验桌上，并使定滑轮伸出桌面，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系列小点，关闭电源。

4.换上新的纸带，重复实验两次。

5.增减所挂钩码的个数，按以上步骤再做两次实验。

五、数据处理

1.瞬时速度的计算

（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。

（3）1、2、3、4…各点的瞬时速度分别为：v1＝、v2＝、v3＝、v4＝…。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.作出小车运动的v－t图象

（1）定标度、描点：坐标轴的标度选取要合理，应使图象大致分布在坐标平面中央。描点时要用平行于两坐标轴的虚线标明该点的位置坐标。（所描的点一般用“·”标明）

（2）连线：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。

3.求解加速度

根据所画v－t图象的斜率求出小车运动的加速度a＝。

六、误差分析

七、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，应立即断开电源。

4.要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰，在小车到达滑轮前及时用手按住。

5.牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小，而使各段位移差别不大，误差增大。

6.要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个计时点取一个计数点，即时间间隔t＝0.1 s。

7.在坐标纸上画v－t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。

考点 v-t图象和x-t图象的比较

一、v－t图像

1.交点：与横轴的交点表示质点速度为零；两条图线的交点表示两个质点速度相等

2.点：表示物体的状态，即表示某时刻质点的速度

3.线：表示物体的运动过程，即表示质点在某段时间内速度的改变量；横轴上方的图线表示速度大于零。

4.斜率：表示加速度

5.面积：表示质点通过的位移，t轴以上面积为正，t轴以下面积为负

二、图象

1.交点：与横轴的交点表示质点回到出发点；两条图线的交点表示两个质点相遇

2.点：表示物体的状态，即表示质点在某时刻相对于基准点（位移为零）的位置

3.线：表示物体的运动过程，即表示质点在某段时间内发生的位移横轴上方的图线表示位移大于零，斜向上的图线表示速度大于零。

4.斜率：表示速度

5.面积：无意义

【注意】无论v－t图像还是图像中，图像是直线还是曲线都表示物体做直线运动。

1.在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，所需器材有：打点计时器（带导线）、长木板、纸带、复写纸、小车、钩码、细线，此外还需（　　）中的器材.

A.直流电源、天平及砝码

B.直流电源、毫米刻度尺

C.交流电源、天平及砝码

D.交流电源、毫米刻度尺

2.在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，未启动打点计时器，小车应放置在（　　）

A.靠近打点计时器位置

B.长木板上的滑轮附近

C.打点计时器与滑轮的中点处

D.任意位置

3.如图是某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时打出的纸带，已知打点计时器的电源频率是50 Hz（周期是0.02 s），则：（　　）

A.vC＝m/s

B.vC＝m/s

C.vC＝m/s

D.vC＝m/s                                                             

4.（多选）在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，得到如下图所示的纸带，其中A、B、C、D、E、F、G为计数点，相邻两计数点间的时间间隔为T，x1、x2、x3、x4、x5、x6分别为AB、BC、CD、DE、EF、FG间的位移，下列可用来计算打D点时小车速度的表达式是（　　）

A.

B.

C.

D.

5.（多选）“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图甲、乙两个图象为甲、乙两位同学从实验中得到数据后画出的小车运动的v－t图象.下列说法正确的是（　　）

A.甲的实验误差比乙的实验误差小

B.甲的实验误差比乙的实验误差大

C.甲在实验中处理纸带时没有舍掉开头一些密集的点迹

D.乙在实验中处理纸带时没有舍掉开头一些密集的点迹

6.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一端

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

7.在探究“小车速度随时间变化的规律”的实验中，某同学操作以下实验步骤，其中错误或遗漏的步骤有（遗漏步骤可编上序号G……）____________

A.将小车安放至靠近打点计时器处，先放开小车，再接通电源

B.将打点计时器固定在平板上没有滑轮的一端，并接好电路

C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码

D.取下纸带

E.将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速运动

F.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔

将以上步骤完善后写出合理的步骤顺序__________

8.在“探究小车的速度随时间变化的规律”的实验中，某同学操作过程中有以下实验步骤：

A.拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源；

B.将打点计时器固定在长木板上，并连接好电路；

C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着适当重的钩码，放手后看小车能否在木板上做平稳的加速运动；

D.取下纸带；

E.把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使附有定滑轮的一端伸出桌面；

F.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔；

G.换上新纸带，重复操作两次.

（1）其中有错误的步骤是______；应改正为___________________________________________

______________________________________________________________________________.

（2）将改正后的步骤按合理的顺序写在横线上：

步骤顺序为_____________________________________________________________________.

9.在“探究小车速度随时间变化的规律”时，某同学根据所学知识设计了如下实验步骤：

A.把打点计时器固定在长木板上，连接好电路；

B.把小车停放在靠近打点计时器处，接通电源后放开小车；

C.换上纸带，重复三次，选择一条理想的纸带；

D.把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车车尾；

E.断开电源，取下纸带.

（1）合理的实验顺序应为________.

若下图是该实验得到的一条纸带，从0点开始每5个计时点取一个记数点，依照打点的先后顺序依次编为1、2、3、4、5、6，测得s1＝5.18 cm，s2＝4.40 cm，s3＝3.62 cm，s4＝2.84 cm，s5＝2.06 cm，s6＝1.28 cm.

（2）相邻两记数点间的时间间隔为________s.

（3）打点计时器打下记数点3时，小车的速度大小v3＝________m/s.