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第二章 匀变速直线运动的研究
第1节 实验：探究小车速度随时间变化的规律
1．实验思路
(1)利用纸带计算瞬时速度：各计数点的瞬时速度可用该点前后一小段时间内的01平均速度来代替。
(2)利用v-t图像判断小车的运动情况：以速度v为02纵轴、时间t为03横轴建立直角坐标系，用描点法画出小车的v-t图像，图线的04倾斜程度表示加速度的大小，如果v-t图像是一条倾斜的直线，说明小车的速度是05均匀变化的。
(3)实验器材
打点计时器(带导线)、06交流电源、纸带、一端附有定滑轮的长铝板、小车、细绳、槽码、07刻度尺、复写纸、坐标纸。
2．实验步骤
(1)如图所示，把一端带有定滑轮的长铝板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，打点计时器固定在长铝板01没有滑轮的一端，连接好电路。
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(2)把小车放在铝板上，小车的一端连接穿过打点计时器的纸带，另一端连接绕过滑轮系有槽码的细绳。
(3)把小车停在02靠近打点计时器的位置，先03接通电源(填“接通电源”或“释放小车”)，后04释放小车(填“接通电源”或“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行小点，随后立即关闭电源。
(4)增减所挂的槽码(或在小车上放置重物)，更换纸带，再做两次实验。 3．数据记录 (1)挑选纸带并测量
为了便于测量，舍掉纸带开头一些01过于密集的点，找一个适当的点当作计时起点(0点)，选择相隔0.1 s(或更短)的若干计数点进行测量，如图所示，一般不是直接测量相邻两个计数点间的距离，而是先测量出02各个计数点到计时起点的距离x1、x2、x3、x4、x5、x6，再计算出相邻的两个计数点间的距离。Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4，Δx6＝x6－x5。
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(2)求各计数点的瞬时速度。 4．数据分析
(1)作出小车运动的v-t图像。
(2)分析数据得出小车速度随时间的变化规律。
典型考点一 实验器材和操作
1．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。
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(1)图中仪器A叫作____________计时器，使用220 V________(填“交流”或“直流”)电源，释放小车前，小车应停在________(填“靠近”或“远离”)仪器A的位置。
(2)下列是该实验中的一部分基本步骤： A．释放小车，让小车带着纸带运动 B．安装纸带 C．把计时器固定好 D．接通电源，进行打点
以上步骤的正确顺序是________。
答案 (1)电火花打点 交流 靠近 (2)CBDA
解析 (1)题图中仪器A叫作电火花打点计时器，使用220 V交流电源，实验过程中，释放小车前，小车要靠近打点计时器。
(2)步骤的正确顺序为：先把计时器固定好，安装纸带，再接通电源，进行打点，之后释放小车，让小车带着纸带运动，故正确的顺序是CBDA。
2．用电磁打点计时器、光滑平板、小车等器材探究小车速度随时间变化的规律，如图所示是某同学即将释放小车前的实验装置图，该装置图中有3处明显错误，它们分别是：
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(1)_____________________________________________________________； (2)_____________________________________________________________； (3)____________________________________________________________。 答案 (1)细线与平板不平行 (2)打点计时器接的是直流电源
(3)开始实验前小车离打点计时器的距离太远
解析 电磁打点计时器是一种计时仪器，所用电源为交流电源，因此题图中直流电源是错误的；细线和平板应平行，而题图中细线和平板不平行，故需要调整它们的位置；实验开始时，小车应靠近打点计时器，以保证在纸带上打出足够多的点，有利于数据的处理与分析，而题图中小车离打点计时器的距离太远，所以此处是错误的，也应该进行调整。
典型考点二 数据处理和误差分析
3．(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 答案 ACD
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解析 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。
4．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图甲所示为某次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点(A点为第一个点)，相邻两计数点间的时间间隔T＝0.1 s。(计算结果均保留三位有效数字)
(1)根据________________________________________________计算各点的瞬时速度，则vD＝________ m/s，vC＝________ m/s，vB＝________ m/s。
(2)在如图乙所示坐标系中画出小车的v-t图线，并根据图线求出小车运动的加速度a＝________。若当时电网中交变电流的频率变为60 Hz，但该同学并不知道，那么做实验的这个同学测得的物体加速度的测量值与实际值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度的物理意义：
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2024-2024学年新教材突破人教版物理必修第一册学案：2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律
