【物理教案】2021江苏高考物理：第一章实验一测量做直线运动物体的瞬时速度

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实验一　测量做直线运动物体的瞬时速度
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、钩码、刻
度尺、导线、电源、复写纸．
2．实验原理(如图 1所示)
图1
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，下端挂合适的钩码，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．注意事项
(1)平行：纸带、细绳要和长木板平行．
(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，防止钩码落地及小车与滑轮相撞．
(4)减小误差：小车的加速度宜适当大些，可以减小长度测量的相对误差，加速度大小以能在
约50 cm 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．
1．数据处理
(1)目的
通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度，分析物体的运动性质等．
(2)方法
①分析物体的运动性质——测量相邻计数点间的距离，计算相邻计数点距离之差，看其是否
为常数，从而确定物体的运动性质．
②利用逐差法求解平均加速度
a1＝
x
4
－
x
1
3
T
2
，a2＝
x
5
－
x
2
3
T
2
，a3＝
x
6
－
x
3
3
T
2
⇒a＝
a
1
＋
a
2
＋
a
3
3
＝
x
4
＋
x
5
＋
x
6
－
x
1
＋
x
2
＋
x
3
9
T
2
.
③利用平均速度求瞬时速度：
v
n＝
x
n
＋
x
n
＋
1
2
T
＝
d
n
＋
1
－
d
n
－
1
2
T
.
④利用速度—时间图象求加速度
a．作出速度—时间图象，通过图象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
(1)x1、x2、x3…xn是相邻两计数点间的距离．
(2)Δx是两个连续相等的时间内的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2….
(3)T是相邻两计数点间的时间间隔：T＝0.02n s(打点计时器的频率为 50 Hz，n为两计数点间
计时点的间隔数)．
(4)Δx＝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.
例1　(2019·全国卷Ⅰ·22)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动
进行探究．物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图 2所示．已知打点计时器所用交流电
的频率为 50 Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有 4个打出的点未画出．在 A、B、C、
D、E五个点中，打点计时器最先打出的是______点．在打出 C点时物块的速度大小为
________ m/s(保留 3位有效数字)；物块下滑的加速度大小为________ m/s2(保留 2位有效数
字)．
图2
答案　A　0.233　0.75
解析　根据题述，物块加速下滑，在 A、B、C、D、E五个点中，打点计时器最先打出的是 A
点．根据刻度尺读数规则可读出，B点对应的刻度为 1.20 cm，C点对应的刻度为 3.15 cm，D
点对应的刻度为 5.85 cm，E点对应的刻度为 9.30 cm，AB＝1.20 cm，BC＝1.95 cm，CD＝
2.70 cm，DE＝3.45 cm.两个相邻计数点之间的时间 T＝5×
1
5
0
s＝0.10 s，根据做匀变速直线
运动的质点在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得，打出 C点时物块的速度
大小为
v
C＝
C
＋
C
D
2
T
≈0.233 m/s.由逐差法可得 a＝
C
D
＋
D
－
＋
C
4
T
2
，解得 a＝0.75 m/s2.
[听课感悟]　____________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
　
变式 1　(2017·全国卷Ⅰ·22)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水
计时器”计量时间．实验前，将该计时器固定在小车旁，如图 3(a)所示．实验时，保持桌面
水平，用手轻推一下小车．在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)
记录了桌面上连续 6个水滴的位置．(已知滴水计时器每 30 s 内共滴下 46 个小水滴)
图3
(1)由图(b)可知，小车在桌面上是________(填“从右向左”或“从左向右”)运动的．
(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动．小车运动到图(b)中A点位置时的
速度大小为________ m/s，加速度大小为________ m/s2.(结果均保留两位有效数字)
答案　(1)从右向左　(2)0.19　 0.038
解析　(1)小车在阻力的作用下，做减速运动，由题图(b)知，从右向左相邻水滴间的距离逐渐
减小，所以小车在桌面上是从右向左运动的．
(2)已知滴水计时器每 30 s 内共滴下 46 个小水滴，所以相邻两水滴间的时间间隔为 T＝
3
0
4
5
s＝
2
3
s，所以 A点位置的速度为
v
A＝
0
.
1
1
7
＋
0
.
1
3
3
2
×
2
3
m/s≈0.19 m/s.根据逐差法可得加速度 a＝
x
5
＋
x
4
－
x
2
＋
x
1
6
T
2
，解得 a≈－0.038 m/s2，故加速度的大小为 0.038 m/s2.
变式 2　(2018·北京卷·21 改编)用图 4所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律．
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