02　实验：探究小车速度随时间变化的规律（原卷版）---【同步实验课】2023-2024高中物理实验大盘点.docxVIP

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实验02探究小车速度随时间变化的规律

探究小车速度随时间变化的规律

探究小车速度随时间变化的规律

1．【实验原理】

利用打上点的纸带测量物体的瞬时速度，从而研究物体的运动。

2．【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、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片。

3．【实验步骤】

(1)按照如图所示实验装置，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)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。

4．【数据处理】

（1）选取计数点

（2）利用平均速度求瞬时速度：vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)。

（3）描绘v-t图像

5．【注意事项】

(1)实验中先接通电源，后让小车运动，实验完毕应先断开电源后取纸带。

(2)小车到达长木板末端前应让小车停止运动，防止小车落地和小车与滑轮相撞。

(3)选纸带时应选点迹清晰的，且舍去打点密集部分。

(4)注意区别计时点和计数点，明确计数点间的时间间隔。

(5)作图像时，纵、横坐标轴单位的选取要适当，同时注意连线的原则。

6．【误差分析】

(1)木板的粗糙程度不同引起的误差。

(2)电源频率不稳引起的误差。

(3)测量纸带上的打点位移有误差。

(4)在坐标纸上描点、作图时引起误差。

操作要领

(1)平行：细绳、纸带与长木板平行。

(2)靠近：小车释放前，应靠近打点计时器的位置。

(3)先后：实验时先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带。

(4)防撞：小车到达滑轮前让其停止运动，防止与滑轮相撞或掉下桌面摔坏。

(5)适当：悬挂槽码要适当，避免纸带打出的点太少或过于密集。

创新角度：实验装置的改进

【典例1】利用如图所示的装置研究匀变速直线运动．

(1)实验时，测出遮光条的宽度d，在砝码盘中放上砝码，让滑块从光电门1的右侧由静止释放，用数字毫秒计测出遮光条经过光电门1和2的时间分别为t1和t2，测出从光电门1到光电门2所用的时间为Δt，计算出滑块的加速度大小a＝________(用d、t1、t2和Δt表示)

(2)一个同学利用(1)中的装置实验时，保持滑块的质量、砝码盘和砝码的总质量不变，撤去光电门1，在某位置静止释放滑块，记录滑块的释放位置到光电门2的距离，记录遮光条的遮光时间，多次改变滑块的释放位置，重复实验．记录下的距离为x1、x2、x3、…，时间为t1、t2、t3、…，以x为纵轴，eq\f(1,t2)为横轴，描点作图得到一条过原点的倾斜直线，已知该直线的斜率为k，则滑块匀变速运动过程中的加速度大小a＝________(用d和k表示)．

创新点分析

创新点分析

利用光电门测小球经过光电门的速度。

【典例2】(2021·天津等级考，节选)某实验小组利用手机的录像功能拍下小球在斜面上做匀加速直线运动的过程。为便于记录小球各个时刻在斜面上的位置，将录像中时间间隔为T的连续7幅画面合成到同一张图中，示意如图。依次测得小球各相邻位置间的距离为x1、x2、x3、x4、x5、x6。

(1)写出小球在位置1的速度表达式________。

(3)在测量小球相邻位置间距时由于实验者读数产生的误差是________误差。(选填“偶然”或“系统”)

创新点分析

创新点分析

利用频闪照相取代打点计时器。

【典例1】用图甲所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律．

主要实验步骤如下：

a．安装好实验器材，接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次．

b．选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O(t＝0)，然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图乙中A、B、C、D、E、F……所示．

c．通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E……点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5……

d．以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图丙所示．

结合上述实验步骤，请你完成下列任务：

(1)在下列仪器和器材中，还需要使用的有________和________(填选项前的字母)．

A．电压合适的50Hz交变电源

B．电压可调的直流电源

C．刻度尺

D．秒表

E．天平(含砝码)

(2)在图中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出v－t图像．

(3)观察v－t图像，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是________________．v－t图像斜率的物理意义是__