實驗一　研究勻變速直線運動

1、實驗一研究勻變速直線運動考綱解讀 1.練習正確使用打點計時器.2.會計算紙帶上各點的瞬時速度.3.會利用紙帶計算加速度.4.會用圖象法探究小車速度與時間的關系，并能根據(jù)圖象求加速度基本實驗要求1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、細繩、鉤碼、刻度尺、導線、電源、復寫紙片2實驗步驟(1)按照實驗原理圖所示實驗裝置，把打點計時器固定在長木板無滑輪的一端，接好電源；(2)把一細繩系在小車上，細繩繞過滑輪，下端掛合適的鉤碼，紙帶穿過打點計時器，固定在小車后面；(3)把小車?？吭诖螯c計時器處，接通電源，放開小車；(4)小車運動一段時間后，斷開電源，取下紙帶；(5)

2、換紙帶反復做三次，選擇一條比較理想的紙帶進行測量分析3注意事項(1)平行：紙帶、細繩要和長木板平行(2)兩先兩后：實驗中應先接通電源，后讓小車運動；實驗完畢應先斷開電源，后取紙帶(3)防止碰撞：在到達長木板末端前應讓小車停止運動，防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞(4)減小誤差：小車的加速度宜適當大些，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)點為宜規(guī)律方法總結1數(shù)據(jù)處理(1)目的通過紙帶求解運動的加速度和瞬時速度，確定物體的運動性質等(2)處理的方法分析物體的運動性質測量相鄰計數(shù)點間的距離，計算相鄰計數(shù)點距離之差，看其是否為常數(shù)，從而確定物體的運動性質利用逐差

3、法求解平均加速度a1，a2，a3a利用平均速度求瞬時速度：vn利用速度時間圖象求加速度a作出速度時間圖象，通過圖象的斜率求解物體的加速度；b剪下相鄰計數(shù)點的紙帶緊排在一起求解加速度2依據(jù)紙帶判斷物體是否做勻變速直線運動(1)x1、x2、x3xn是相鄰兩計數(shù)點間的距離(2)x是兩個連續(xù)相等的時間里的位移差：x1x2x1，x2x3x2.(3)T是相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔：T0.02n(打點計時器的頻率為50 Hz，n為兩計數(shù)點間計時點的間隔數(shù))(4)xaT2，因為T是恒量，做勻變速直線運動的小車的加速度a也為恒量，所以x必然是個恒量這表明：只要小車做勻變速直線運動，它在任意兩個連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)

4、的位移之差就一定相等考點一實驗原理與實驗操作例1在做“研究勻變速直線運動”的實驗時，為了能夠較準確地測出加速度，將你認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再把一條細繩拴在小車上，細繩跨過滑輪，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，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列的點，換上新紙帶，重復三次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

5、的地方找一個起始點，并把每打五個點的時間作為時間單位在選好的起始點下面記作0，往后第六個點作為計數(shù)點1，依次標出計數(shù)點2、3、4、5、6，并測算出相鄰兩計數(shù)點間的距離G根據(jù)公式a1、a2、a3及a求出a解析在實驗中應盡可能地保證小車做勻變速直線運動，同時也要求紙帶能盡可能地直接反映小車的運動情況，既要減小系統(tǒng)誤差又要減小偶然誤差其中E項中的電源應采用交流電源，而不是直流電源答案ABCDFG變式題組1實驗操作與實驗原理(2013·廣東·34(1)研究小車勻變速直線運動的實驗裝置如圖1甲所示，其中斜面傾角可調(diào)打點計時器的工作頻率為50 Hz.紙帶上計數(shù)點的間距如圖乙所示，其中每

6、相鄰兩點之間還有4個記錄點未畫出圖1部分實驗步驟如下：A測量完畢，關閉電源，取出紙帶B接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后放開小車C將小車?？吭诖螯c計時器附近，小車尾部與紙帶相連D把打點計時器固定在平板上，讓紙帶穿過限位孔上述實驗步驟的正確順序是：_(用字母填寫)圖乙中標出的相鄰兩計數(shù)點的時間間隔T_s.計數(shù)點5對應的瞬時速度大小計算式為v5_.為了充分利用記錄數(shù)據(jù)，減小誤差，小車加速度大小的計算式應為a_.答案DCBA0.12實驗器材和實驗原理某同學用如圖2甲所示的實驗裝置研究勻變速直線運動圖2實驗步驟如下：A安裝好實驗器材；B讓小車拖著紙帶運動，打點計時器在紙帶上打下一系列小點，重復幾次，選出

7、一條點跡比較清晰的紙帶，從便于測量的點開始，每五個點取一個計數(shù)點，如圖乙中a、b、c、d等點；C測出x1、x2、x3、.結合上述實驗步驟，請你繼續(xù)完成下列問題：(1)實驗中，除打點計時器(含紙帶、復寫紙)、小車、一端附有滑輪的長木板、細繩、鉤碼、導線及開關外，在下列的儀器和器材中，必須使用的有_(填選項代號)A電壓合適的50 Hz交流電源B電壓可調(diào)的直流電源C秒表D刻度尺E天平F重錘G彈簧測力計H滑動變阻器(2)如果小車做勻加速直線運動，所得紙帶如圖乙所示，則x1、x2、x3的關系是_，已知打點計時器打點的時間間隔是t，則打c點時小車的速度大小是_答案(1)AD(2)x3x2x2x1(或2x2

8、x1x3)解析(2)因小車做勻加速直線運動，所以x3x2x2x1，即2x2x1x3.c點是bd段的時間中點，則c點的瞬時速度等于該段的平均速度，vc.考點二數(shù)據(jù)處理與誤差分析例2(2012·山東理綜·21(1)某同學利用如圖3所示的實驗裝置，探究物塊在水平桌面上的運動規(guī)律物塊在重物的牽引下開始運動，重物落地后，物塊再運動一段距離停在桌面上(尚未到達滑輪處)從紙帶上便于測量的點開始，每5個點取1個計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的距離如圖4所示打點計時器電源的頻率為50 Hz.圖3圖4通過分析紙帶數(shù)據(jù)，可判斷物塊在兩相鄰計數(shù)點_和_之間某時刻開始減速計數(shù)點5對應的速度大小為_m/s，計數(shù)

9、點6對應的速度大小為_m/s.(保留三位有效數(shù)字)物塊減速運動過程中加速度的大小為a_m/s2.解析從計數(shù)點1到6相鄰的相等時間內(nèi)的位移差x2.00 cm，在6、7計數(shù)點間的位移比5、6計數(shù)點間的位移增加了(12.2811.01) cm1.27 cm<2.00 cm，因此，開始減速的時刻在計數(shù)點6和7之間計數(shù)點5對應的速度大小為v5 m/s1.00 m/s.計數(shù)點4對應的速度大小為v4 m/s0.80 m/s.根據(jù)v5，得計數(shù)點6對應的速度大小為v62v5v4(2×1.000.80) m/s1.20 m/s.物塊在計數(shù)點7到11之間做減速運動，根據(jù)xaT2得x9x72a1T2x

10、10x82a2T2故a2.00 m/s2答案67(或76)1.001.202.00變式題組3數(shù)據(jù)處理(2014·全國大綱·22)現(xiàn)用頻閃照相方法來研究物塊的變速運動在一小物塊沿斜面向下運動的過程中，用頻閃相機拍攝的不同時刻物塊的位置如圖5所示拍攝時頻閃頻率是10 Hz；通過斜面上固定的刻度尺讀取的5個連續(xù)影像間的距離依次為x1、x2、x3、x4.已知斜面頂端的高度h和斜面的長度s.數(shù)據(jù)如下表所示重力加速度大小g9.80 m/s2.圖5單位：cmx1x2x3x4hs10.7615.0519.3423.6548.0080.00根據(jù)表中數(shù)據(jù)，完成下列填空：(1)物塊的加速度a_

11、m/s2(保留3位有效數(shù)字)(2)因為_，可知斜面是粗糙的答案(1)4.30(2)物塊加速度小于g 5.88 m/s2(或物塊加速度小于物塊沿光滑斜面下滑的加速度)解析(1)根據(jù)“逐差法”可得物塊的加速度為a m/s24.30 m/s2.(2)假設斜面光滑，對物塊受力分析可得物塊下滑的加速度agsin g 9.80× m/s25.88 m/s2.根據(jù)a>a，可知斜面是粗糙的. 4數(shù)據(jù)處理實驗中，如圖6所示為一次記錄小車運動情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔T0.1 s.圖6(1)根據(jù)紙帶可判定小車做_運動(2)根據(jù)紙帶計算各點瞬時速度：vD

12、_ m/s，vC_ m/s，vB_ m/s.在如圖7所示坐標中作出小車的vt圖線，并根據(jù)圖線求出a_.圖7(3)將圖線延長與縱軸相交，交點的速度的物理意義是_.答案(1)勻加速直線(2)3.902.641.38見解析圖12.60 m/s2(3)零時刻小車經(jīng)過A點的速度解析(1)根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)可知xBCxABxCDxBCxDExCD12.60 cm，故小車做勻加速直線運動(2)根據(jù)v可知vD m/s3.90 m/svC m/s2.64 m/svB m/s1.38 m/s描點連線得如圖所示vt圖線，根據(jù)圖線斜率知a12.60 m/s2.(3)圖線與縱軸交點的速度的物理意義是零時刻小車經(jīng)過A點的

13、速度考點三實驗拓展與創(chuàng)新例3某校研究性學習小組的同學用如圖8甲所示的滴水法測量一小車在斜面上運動時的加速度實驗過程如下：在斜面上鋪上白紙，用圖釘固定；把滴水計時器固定在小車的末端，在小車上固定一平衡物；調(diào)節(jié)滴水計時器的滴水速度，使其每0.2 s滴一滴(以滴水計時器內(nèi)盛滿水為準)；在斜面頂端放置一淺盤，把小車放在斜面頂端，把調(diào)好的滴水計時器盛滿水，使水滴能滴入淺盤內(nèi)；隨即在撤去淺盤的同時放開小車，于是水滴在白紙上留下標志小車運動規(guī)律的點跡；小車到達斜面底端時立即將小車移開圖乙為實驗得到的一條紙帶，用刻度尺量出相鄰點之間的距離是x011.40 cm，x122.15 cm，x232.91 cm，x3

14、43.65 cm，x454.41 cm，x565.15 cm.試問：圖8(1)滴水計時器的原理與課本上介紹的_原理類似(2)由紙帶數(shù)據(jù)計算可得計數(shù)點4所代表時刻的瞬時速度v4_m/s，小車的加速度a_m/s2.(結果均保留兩位有效數(shù)字)解析(1)由題知滴水計時器的原理與打點計時器原理類似(2)可把小車的運動看做是勻變速直線運動，則v4 m/s0.20 m/s；求加速度利用逐差法：(x56x45x34)(x23x12x01)9aT2，即(5.154.413.65)×102 m(2.912.151.40)×102 m9a×(0.2 s)2，解得a0.19 m/s2.答

15、案(1)打點計時器(2)0.200.19拓展題組5實驗拓展光電計時器也是一種研究物體運動情況的常用計時儀器，其結構如圖9甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當有物體從a、b間通過時，光電計時器就可以精確地把物體從開始擋光到擋光結束的時間記錄下來現(xiàn)利用圖乙所示的裝置測量滑塊和長木板間的動摩擦因數(shù)，圖中MN是水平桌面，Q是長木板與桌面的接觸點，1和2是固定在長木板適當位置的兩個光電門，與之連接的兩個光電計時器沒有畫出，長木板頂端P點懸有一鉛錘實驗時，讓滑塊從長木板的頂端滑下，光電門1、2各自連接的計時器顯示的擋光時間分別為1.0×102 s和4.0×103 s用精度

16、為0.05 mm的游標卡尺測量滑塊的寬度d，其示數(shù)如圖丙所示圖9(1)滑塊的寬度d_ cm.(2)滑塊通過光電門1時的速度v1_ m/s，滑塊通過光電門2時的速度v2_ m/s.(結果保留兩位有效數(shù)字)(3)由此測得的瞬時速度v1和v2只是一個近似值，它們實質上是通過光電門1和2時的_，要使瞬時速度的測量值更接近于真實值，可將_的寬度減小一些答案(1)1.010(2)1.02.5(3)平均速度滑塊解析(1)d10 mm0.05 mm×210.10 mm1.010 cm.(2)v1 m/s1.0 m/sv2 m/s2.5 m/s(3)v1、v2實質上是通過光電門1和2時的平均速度，要使瞬時速度的測量值更接近于真實值，可將滑塊的寬度減小一些6數(shù)據(jù)處理某同學利用打點計時器研究做勻加速直線運動小車的運動情況，圖10所示為該同學實驗時打出的一條紙帶中的部分計數(shù)點(后面計數(shù)點未畫出)，相鄰計數(shù)點間有4個點跡未畫出(打點計時器每隔0.02 s打出一個點)圖10(1)為研究小車的運動，該同學用剪刀沿虛線方向把紙帶上OB、BD、DF等各段紙帶剪下，將剪下的紙帶一端對齊，按順序貼好，如圖11所示簡要說明怎樣判斷此小車是否做勻加速直線