2023年高考物理一轮复习提升核心素养·1.4探究小车速度随时间变化的规律-2023年高考物理一轮复习提升核心素养

1.4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＝50Hz时，每隔0.02s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）求物体的速度与加速度

①利用平均速度求瞬时速度：v_n＝$\frac{x_n+x_{n+1}}{2T}$＝$\frac{d_{n+1}-d_{n-1}}{2T}$。

②利用逐差法求解平均加速度

a₁＝$\frac{x_4-x_1}{3T^2}$，a₂＝$\frac{x_5-x_2}{3T^2}$，a₃＝$\frac{x_6-x_3}{3T^2}$⇒a＝$\frac{a_1+a_2+a_3}{3}$＝$\frac{(x_4+x_5+x_6)-(x_1+x_2+x_3)}{9T^2}$。

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物体的加速度；

b．剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度。

（2）依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动

①x₁、x₂、x₃…x_n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50cm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）计数点间距测量有偶然误差。

（3）作图有误差。

教材原型实验的数据处理

（2019·全国卷Ⅰ·22）

探索创新实验

对本实验的改进创新的方法

1．实验器材的改进及速度的测量方法（如图）

2．获得加速度方法的改进

靠重物的拉力获得加速度―→长木板倾斜靠重力获得加速度，如图甲、乙所示。

3．用频闪照相的方法、滴水法或光电计时器代替打点计时器。

通过以上装置的改进能最大限度地减少因长木板和打点计时器的限位孔的阻力而导致的小车加速度不恒定，使小车尽可能做匀加速直线运动，以提高实验的精确度。

（2020·海南卷·14（2））

（2020·江苏卷·11）

（2018·北京卷·21改编）