實驗二探究勻變速直線運(yùn)動規(guī)律

1、 實驗二 探究速度隨時間變化的規(guī)律實驗?zāi)康?練習(xí)使用打點計時器，利用打點紙帶探究小車速度隨時間變化的規(guī)律2能畫出小車運(yùn)動的vt圖象，并根據(jù)圖象求加速度實驗原理1打點計時器(1)作用：計時儀器，每隔0.02_s打一次點(2)工作條件：電磁打點計時器：4 v6 v的交流電源電火花計時器：220_v的交流電源(3)紙帶上各點的意義：表示和紙帶相連的物體在不同時刻的位置通過研究紙帶上各點之間的間隔，可以判斷物體的運(yùn)動情況2利用紙帶判斷物體運(yùn)動性質(zhì)的方法(1)沿直線運(yùn)動的物體，若相等時間內(nèi)的位移相等，即x1x2x3，則物體做勻速直線運(yùn)動(2)沿直線運(yùn)動的物體在連續(xù)相等時間內(nèi)的位移分別為x1，x2，x3，

2、x4，若xx2x1x3x2x4x3，則說明物體在做勻變速直線運(yùn)動，且xat2.3速度、加速度的求解方法(1)“平均速度法”求瞬時速度，即vn，如圖1所示圖1(2)“逐差法”求加速度，即a1，a2，a3，然后取平均值，即，這樣可以使所給數(shù)據(jù)全部得到利用，以提高結(jié)果的準(zhǔn)確性(3)“圖象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多個點的速度，畫出vt圖，直線的斜率即加速度實驗器材電火花計時器(或電磁打點計時器)，一端附有滑輪的長木板，小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、交流電源、復(fù)寫紙片實驗步驟1儀器安裝(1)把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連

3、接好電路(2)把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，把紙帶穿過打點計時器，并將它的一端固定在小車的后面實驗裝置見圖2所示，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行圖22測量與記錄(1)把小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，后放開小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動，打點計時器就在紙帶上打下一系列的點，隨后立即關(guān)閉電源換上新紙帶，重復(fù)三次(2)從三條紙帶中選擇一條比較理想的，舍掉開頭一些比較密集的點，從后邊便于測量的點開始確定計數(shù)點，為了計算方便和減小誤差，通常用連續(xù)打點五次的時間作為時間單位，即t0.1 s，如圖3所示，正確使用毫米刻度尺測量每相鄰兩計數(shù)點之間的距離圖3(3)利用一段時

4、間內(nèi)的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求得各計數(shù)點1、2、3、4、5的瞬時速度(4)增減所掛鉤碼數(shù)，或在小車上放置重物，再做兩次實驗數(shù)據(jù)處理及實驗結(jié)論1由實驗數(shù)據(jù)得出vt圖象圖4(1)根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù)，在平面直角坐標(biāo)系中仔細(xì)描點，如圖4，可以看到，對于每次實驗，描出的幾個點大致落在一條直線上(2)做一條直線，使同一次實驗得到的各點盡量落到這條直線上，落不到直線上的點，應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè)，這條直線就是本次實驗的vt圖象，它是一條傾斜的直線2由實驗得出vt圖象后，進(jìn)一步分析得出小車運(yùn)動的速度隨時間變化的規(guī)律(1)小車運(yùn)動的vt圖象是一條傾斜的直線如圖5所示，當(dāng)時間增加相同的值t時，

5、速度也會增加相同的值v，由此得出結(jié)論：小車的速度隨時間均勻變化圖53求出小車的加速度：利用vt圖象的斜率求加速度a或利用逐差法求加速度a注意事項1紙帶和細(xì)繩要和木板平行，小車運(yùn)動要平穩(wěn)2實驗中應(yīng)先接通電源，后讓小車運(yùn)動；實驗后先斷開電源后取紙帶3要防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞4小車的加速度宜適當(dāng)大些，可以減小長度的測量誤差，加速度大小以能在約50 cm的紙帶上清楚地取出67個計數(shù)點為宜5選擇一條理想的紙帶，是指紙帶上的點跡清晰，舍棄打點密集的部分，適當(dāng)選取計數(shù)點(注意計數(shù)點與計時點的區(qū)別)，弄清楚所選的時間間隔t等于多少題型一對實驗原理的正確理解【例1】 在做“研究勻變速直線運(yùn)動”的實驗時，為

6、了能夠較準(zhǔn)確地測出加速度，將你認(rèn)為正確的選項前面的字母填在橫線上：_a把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面b把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路c再把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，每次必須由靜止釋放小車d把紙帶穿過打點計時器，并把它的一端固定在小車的后面e把小車停在靠近打點計時器處，接通直流電源后，放開小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動，打點計時器就在紙帶上打下一系列的點，隨后立即關(guān)閉電源，換上新紙帶，重復(fù)三次f從三條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開頭比較密集的點，在后邊便于測量的地方找一個開始點，并把每打五個點的時間作為時間單位在選好的開始點下面

7、記作0，往后第六個點作為計數(shù)點1，依此標(biāo)出計數(shù)點2、3、4、5、6，并測算出相鄰兩點間的距離g根據(jù)公式a1(x4x1)/3t2，a2(x5x2)/3t2，a3(x6x3)/3t2及(a1a2a3)/3求出答案abcdfg解析在實驗中盡可能地保證小車做勻變速直線運(yùn)動，同時也要求紙帶能盡可能地直接反映小車的運(yùn)動情況，既要減小運(yùn)動誤差也要減小紙帶的分析誤差其中e項中的電源應(yīng)采用交流電，而不是直流電題型二紙帶數(shù)據(jù)的處理【例2】 (2010·重慶·22)某同學(xué)用打點計時器測做勻加速直線運(yùn)動的物體的加速度，電源頻率f50 hz，在紙帶上打出的點中，選出零點，每隔4個點取1個計數(shù)點，因保

8、存不當(dāng)，紙帶被污染，如圖6所示，a、b、c、d是依次排列的4個計數(shù)點，但僅能讀出其中3個計數(shù)點到零點的距離：xa16.6 mm，xb126.5 mm，xd624.5 mm圖6若無法再做實驗，可由以上信息推知：(1)相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為_ s(2)打c點時物體的速度大小為_ m/s(取2位有效數(shù)字)(3)物體的加速度大小為_(用xa、xb、xd和f表示)答案(1)0.1(2)2.5(3) f2解析(1)由電源頻率f50 hz，可知電源周期t00.02 s所以打點周期t5×0.02 s0.1 s(2)打c點時物體的速度vc m/s2.5 m/s(3)xabxbxa，xbcxcxb，x

9、cdxdxc又因xcdxbcxbcxabat2a()2所以a f2規(guī)范思維高考對“紙帶”的命題往往從以下三個方面設(shè)置問題：(1)利用連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之差x2x1x3x2x4x3等于恒量進(jìn)行有關(guān)計算或判斷(2)利用平均速度法求瞬時速度；(3)利用xat2(或逐差法)求a.針對訓(xùn)練某同學(xué)在研究小車的運(yùn)動實驗中，獲得一條點跡清楚的紙帶，如圖7所示，已知打點計時器每隔0.02 s 打一個點，該同學(xué)選擇了a、b、c、d、e、f六個計數(shù)點，測量數(shù)據(jù)如圖所示，單位是cm.圖7(1)小車做什么運(yùn)動？(2)試計算瞬時速度vb、vc、vd、ve各多大？(3)計算小車的加速度多大？答案(1)勻加速直線運(yùn)動(2)

10、0.415 m/s0.495 m/s0.575 m/s0.655 m/s(3)2.0 m/s2解析(1)因為相鄰的位移差xbcabcdbcdecdefde常數(shù)，所以小車做勻加速直線運(yùn)動(2)由圖可知，相鄰計數(shù)點的時間間隔t2×0.02 s0.04 s由求瞬時速度的方法可得：vb m/s0.415 m/svc m/s0.495 m/svd m/s0.575 m/sve m/s0.655 m/s(3)a1，a2a m/s22.0 m/s2練習(xí)題1(2010·雞西一模)在“研究勻變速直線運(yùn)動”的實驗中，下列方法中有助于減少實驗誤差的是()a選取計數(shù)點，把每打5個點的時間間隔作為一

11、個時間單位b使小車運(yùn)動的加速度盡量小些c舍去紙帶上開始時密集的點，只利用點跡清晰、點間隔適當(dāng)?shù)哪且徊糠诌M(jìn)行測量、計算d適當(dāng)增加掛在細(xì)繩下鉤碼的個數(shù)答案acd解析選取計數(shù)點可以使用于測量和計算的相鄰點的間隔增大，在用直尺測量這些點間的間隔時，在測量絕對誤差基本相同的情況下，相對誤差較小，因此a正確；在實驗中，如果小車運(yùn)動的加速度過小，打出的點很密，長度測量的相對誤差較大，測量準(zhǔn)確性降低，因此小車的加速度應(yīng)適當(dāng)大些，而使小車加速度增大的常見方法是，適當(dāng)增加掛在細(xì)繩下鉤碼的個數(shù)，以增大拉力，故b項錯，d項對；為了減少長度測量的相對誤差，舍去紙帶上過于密集，甚至分辨不清的點，因此c項正確2“研究勻變速

12、直線運(yùn)動”的實驗中，使用電磁打點計時器(所用交流電的頻率為50 hz)，得到如圖8所示的紙帶圖中的點為計數(shù)點，相鄰兩計數(shù)點間還有四個點未畫出來，下列表述正確的是()圖8a實驗時應(yīng)先放開紙帶再接通電源b(x6x1)等于(x2x1)的6倍c從紙帶可求出計數(shù)點b對應(yīng)的速率d相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔為0.02 s答案c3在研究變速直線運(yùn)動的實驗中，算出小車經(jīng)過各計數(shù)點的瞬時速度如下：計數(shù)點序號123456計數(shù)點對應(yīng)的時刻/s0.10.20.30.40.50.6通過計數(shù)點的速度/(cm·s1)44.062.081.0100.0110.0168.0為了算出加速度，合理的方法是()a根據(jù)任意兩個

13、計數(shù)點的速度，由公式a算出加速度b根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出vt圖線，量出其傾角，由公式atan 算出加速度c根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出vt圖線，由圖線上任意兩點所對應(yīng)的速度，用公式a算出加速度d依次算出通過連續(xù)兩個計數(shù)點間的加速度，算出平均值作為小車的加速度答案c解析方法a偶然性較大，方法d實際上也僅由始末兩個速度決定，偶然誤差也比較大，只有利用實驗數(shù)據(jù)畫出對應(yīng)的vt圖線，才可充分利用各次測量數(shù)據(jù)，減少偶然誤差由于物理圖象中，坐標(biāo)軸的分度大小往往是不相等的，根據(jù)同一數(shù)據(jù)，可以畫出傾角不同的許多圖線，方法b是錯誤的，另外測量角度誤差較大正確的方法是根據(jù)圖線找出任意兩個時刻對應(yīng)的速度值，由a計算c正確4(2010&

14、#183;廣東·34改編) 圖9是某同學(xué)在做勻變速直線運(yùn)動實驗中獲得的一條紙帶(1)已知打點計時器電源頻率為50 hz，則紙帶上打相鄰兩點的時間間隔為_(2)abcd是紙帶上四個計數(shù)點，每兩個相鄰計數(shù)點間有四個點沒有畫出從圖中讀出a、b兩點間距x_；c點對應(yīng)的速度是_(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)圖9答案(1)0.02 s(2)0.70 cm10.0 cm/s1一個小球沿斜面向下運(yùn)動，用每間隔 s曝光一次的頻閃相機(jī)拍攝不同時刻小球位置的照片，如圖10所示，即照片上出現(xiàn)的相鄰兩個小球的像之間的時間間隔為 s，測得小球在幾個連續(xù)相等時間內(nèi)的位移數(shù)據(jù)如下表所示圖10x1(cm)x2(cm)x

15、3(cm)x4(cm)8.209.3010.4011.50(1)小球在相鄰的相等時間內(nèi)的位移差_(填“相等”或“不相等”)，小球運(yùn)動的性質(zhì)屬_直線運(yùn)動(2)有甲、乙兩同學(xué)計算小球加速度的方法如下：甲同學(xué)：a1，a2，a3，.乙同學(xué)：a1，a2，.你認(rèn)為甲、乙中兩位同學(xué)的計算方法更準(zhǔn)確的是_，加速度值為_答案(1)相等勻加速(2)乙同學(xué)1.10 m/s2解析(1)x2x19.30 cm8.20 cm1.10 cmx3x210.40 cm9.30 cm1.10 cmx4x311.50 cm10.40 cm1.10 cm由以上數(shù)據(jù)可以得出，小球在相鄰的相等的時間間隔內(nèi)位移差相等即xk(恒量)，所以小球的運(yùn)動性質(zhì)屬勻加速直線運(yùn)動(2)用逐差法求加速度可以減小實驗誤差故乙同學(xué)計算方法更準(zhǔn)確a1 cm/s21.10 m/s2a2 cm/s21.10 m/s21.10 m/s22(2009·天津理綜)如圖11所示，將打點計時器固定在鐵架臺上，使重物帶動紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置可以測定重力加速度圖11(1)所需器材有打點計時器(帶導(dǎo)線)、紙帶、復(fù)寫紙、帶鐵夾的鐵架臺和帶夾子的重物，此外還需_(填字母代號)中的器材