第二節(jié) 勻變速直線運動實驗探究

一、實驗?zāi)康?．練習(xí)使用打點計時器．2．掌握判斷物體是否做勻變速直線運動的方法．3．測定勻變速直線運動物體的加速度．4．學(xué)會探究重力作用下運動的規(guī)律和方法．第2節(jié) 勻變速直線運動的實驗探究二、實驗原理1．打點計時器及其應(yīng)用電火花打點計時器電磁打點計時器結(jié)構(gòu)圖示工作電壓220V交流電4～6V交流電打點方式周期性產(chǎn)生電火花振針周期性上下振動打點周期0.02s0.02s記錄信息位移、時間4．頻閃照相法及其應(yīng)用(1)頻閃照相法：利用照相技術(shù)，每隔一定時間曝光一次，從而形成間隔相同時間的影像的方法．(2)頻閃燈：每隔相等時間閃光一次，如每隔0.1s閃光一次，即每秒閃光10次．(3)頻閃照片：利用頻閃燈照明，照相機可以拍攝出運動物體每隔相等時間所到達的位置，通過這種方法拍攝的照片稱為頻閃照片．(4)記錄信息：物體運動的時間和位移．三、實驗器材打點計時器、紙帶、復(fù)寫紙、低壓交流電源、小車、墊片、長木板、刻度尺、導(dǎo)線等.一、實驗步驟1．將打點計時器固定在長木板的一端，并用墊片墊高此端，使木板傾斜．如圖3－2－1所示．圖3－2－12．連接好打點計時器的電路．(注意此過程中要斷開開關(guān))3．將紙帶穿過打點計時器，連接在小車后面，并使小車靠近打點計時器．4．閉合電路開關(guān)，然后釋放小車，打完紙帶后立即關(guān)閉電源．5．更換紙帶，重復(fù)操作三次．6．選擇一條點跡最清晰的紙帶，舍掉開頭一些過于密集的點，找一適當?shù)狞c作為開始點．選擇相隔0.1s的若干個計數(shù)點進行長度測量，并將數(shù)據(jù)填入設(shè)計好的表格中．2．用v－t圖象求加速度(1)在三條紙帶中選擇一條最清晰的，舍掉開頭一些比較密集的點跡，在后邊便于測量的地方找一個開始點，為了測量方便和減小誤差，通常選擇相隔0.1s的若干計數(shù)點進行測量．在選好的開始點下面標明0，在第六個點下面標1，在第十一個點的下面標2，依此類推，每5個點下面計一個數(shù)，這些標數(shù)字的點叫做計數(shù)點．如圖所示，測出兩相鄰計數(shù)點的距離分別為s1、s2、s3…填入下表．位置間隔0～11～22～33～44～5間隔距離(cm)圖3－2－2(3)作出速度—時間圖象．在坐標紙上，以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標系．根據(jù)上表中的v、t數(shù)據(jù)，在直角坐標系中描點，如圖3－2－3所示，通過觀察、思考，找出這些點的分布規(guī)律，然后根據(jù)這些點的分布趨向，用一條平滑的曲線(包括直線)連接這些點，并盡量讓多數(shù)點落在曲線上(或直線上)，不在曲線(或直線)上的點應(yīng)分布在曲線(或直線)兩側(cè)，且兩側(cè)的點數(shù)大致相同．圖3－2－3

三、誤差分析誤差產(chǎn)生原因減小方法偶然誤差①紙帶上計數(shù)點間距離的測量②v－t圖作出的并非一條直線①多次測量求平均值②大多數(shù)點在線上，不在線上的點盡可能均勻分布在兩側(cè)系統(tǒng)誤差①小車、紙帶運動過程中有摩擦②電源的不穩(wěn)定性①使用電火花打點計時器②使用穩(wěn)壓電源四、注意事項1．開始釋放小車時，應(yīng)使小車靠近打點計時器．2．應(yīng)該是先接通電源，等打點穩(wěn)定后，再釋放小車．3．打點完畢，立即斷開電源．4．如打出的點較輕或是短線時，應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫紙的高度．5．選擇一條點跡清晰的紙帶，舍棄點密集部分，適當選取計數(shù)點，弄清楚時間間隔T.6．每打好一條紙帶，將定位軸上的復(fù)寫紙換個位置，以保證打點清晰．7．不要分段測量各段位移，應(yīng)盡可能地一次測量完畢(可先統(tǒng)一量出各計數(shù)點到開始點之間的距離)．讀數(shù)時應(yīng)估讀到毫米的下一位．8．要區(qū)分打點計時器打出的計時點和人為選取的計數(shù)點，一般在紙帶上每隔4個點取一個計數(shù)點，即時間間隔為T＝0.02s×5＝0.1s.9．在坐標紙上畫v－t圖象時，注意坐標軸單位長度的選取，應(yīng)使圖象盡量分布在較大的坐標平面內(nèi)．

在“勻變速直線運動的實驗探究”中，按照實驗進行的先后順序，將下述步驟的代號填在橫線上______．A．把穿過打點計時器的紙帶固定在小車的后面B．把打點計時器固定在長木板的沒有滑輪的一端，并連好電路實驗步驟的考查

C．換上新的紙帶，再重復(fù)做兩次D．把長木板平放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面E．使小車停在靠近打點計時器處，接通電源，放開小車，讓小車運動F．把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪，另一端吊著合適的鉤碼G．斷開電源，取出紙帶【解析】正確的實驗步驟是：把長木板平放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面；把打點計時器固定在長木板的一端，并連好電路；把穿過打點計時器的紙帶固定在小車的后面，把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪，另一端吊著合適的鉤碼；使小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，再放開小車，讓小車運動；打完一條紙帶，斷開電源取下紙帶，換上新的紙帶；再重復(fù)做兩次．【答案】

DBAFEGC (2013·福建連江一中高一檢測)用一端裝有定滑輪的長木板，小車、打點計時器(頻率為50Hz)、鉤碼、紙帶、細線組成如圖3－2－4(a)所示的裝置，讓小車做勻加速直線運動，得到如圖(b)所示的一條紙帶，紙帶中相鄰兩點之間有四個點未畫出，用毫米刻度尺測量得：AB＝1.10cm、BC＝2.09cm、CD＝3.10cm、DE＝4.11cm(以下運算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)，則：利用紙帶求勻變速直線運動的加速度

【答案】

(1)1.0(2)0.361．(2013·五指高一檢測)關(guān)于打點計時器的使用說法正確的是()A．電磁打點計時器使用的是6V以下的直流電源B．在測量物體速度時，先讓物體運動，后接通打點計時器的電源C．使用的電源頻率越高，打點的時間間隔就越小D．電源的電壓越高，打點的時間間隔就越小【答案】

C2．下列關(guān)于打點計時器打出的紙帶上點跡的判斷正確的是()A．點跡記錄了物體運動的時間B．點跡記錄了物體在不同時刻的位置和某段時間內(nèi)的位移C．紙帶上點跡的分布情況反映了物體的質(zhì)量和形狀D．紙帶上點跡的分布情況反映了物體的運動情況【解析】

打點計時器每隔一定的時間(當電源頻率為50Hz時，打點的時間間隔為0.02s)打下一個點，因而點跡記錄了物體運動的時間，也記錄了物體在不同時刻的位置和某段時間內(nèi)的位移；點跡的分布情況反映了物體的運動情況，而不能反映物體的質(zhì)量和形狀，故只有C項錯誤．【答案】

ABD【解析】

打點計時器使用的是頻率為50Hz的交流電源，故紙帶上每打出兩個相鄰點所經(jīng)歷的時間為0.02s，所以A、B兩點間時間之比為：(0.02×10)∶(0.02×5)＝2∶1，B項正確．【答案】

B4．在測量勻變速直線運動的加速度的實驗中，對于減小誤差來說，下列操作不當?shù)氖?)A．選取計數(shù)點時，把每5個點的時間間隔作為一個時間單位B．使小車運動的加速度盡量小些C．舍去紙帶上密集的點，只利用點跡清晰、間隔適當?shù)哪且徊糠诌M行測量、計算D．選用各處平整程度、光滑程度相同的長木板做實驗【解析】

用計數(shù)點的方法，利用點跡清晰、間隔適當?shù)牟糠诌M行測量、計算，可減小測量誤差；選用各處平整程度、光滑程度相同的長木板做實驗，可以減小因加速度不穩(wěn)定帶來的誤差；若小車的加速度太小，則連續(xù)相等時間內(nèi)位移之差太小，不便于測量，故B錯誤．選B.【答案】

B5．一小球在桌面上從靜止開始做勻加速運動，現(xiàn)用高速攝影機在同一底片上多次曝光，記錄下小球每次曝光的位置，并將小球的位置編號．如圖3－2－6所示，1位置恰為小球剛開始運動的瞬間，攝影機連續(xù)兩次曝光的時間間隔均為1s，則小球從1位置到6位置的運動過程中位移為________m，時間為________s．(小數(shù)點后保留2位有效數(shù)字)圖3－2－6【解析】

由圖中1、6的位置可計算出1、6之間位移Δs＝0.37m，每次曝光時間T＝1s，故1、6兩位置時間間隔Δt＝5T＝5s.【答案】

0.375【答案】

(1)相等勻加速(2)乙1.11.0957．(2013·福州八中高一檢測)如圖3－2－8所示，甲、乙兩圖都是使用電磁打點計時器測量重力加速度g的裝置示意圖，已知該打點計時器的打點頻率為50Hz.(1)這兩圖相比較，哪個圖所示的裝置較好，為什么？____________________________________________(2)丙圖是采用較好的裝置并按正確的實驗步驟進行實驗打出的一條紙帶，其中O為打出的第一個點，標為1，后面依次打下的一系列點跡分別標為2、3、4、5……經(jīng)測量，第15至第17點間的距離為11.76cm，第1至第16點間的距離為44.14cm，則打下第16個點時，測出的重力加速度值為g＝________m/s2.(要求保留三位有效數(shù)字)甲乙丙圖3－2－8【答案】

(1)甲圖較好，用夾子固定紙帶，便于調(diào)整紙帶方向豎直，還可避免手持不穩(wěn)定造成打第一點模糊的情況(2)9.808．在“利用打點計時器測定勻加速直線運動加速度”的實驗中，打點計時器接在50Hz的低壓交變電源上，某同學(xué)在打出的紙帶上每5點取一個計數(shù)點，共取了A、B、C、D、E、F六個計數(shù)點(每相鄰兩個計數(shù)點間的四個點未畫出)．從每一個計數(shù)點處將紙帶剪開分成五段(分別為a、b、c、d、e段)，將這五段紙帶由短到長緊靠但不重疊地粘在xOy坐標系中，如圖3－2－9所示，由此可以得到一條表示v－t關(guān)系的圖線，從而求出加速度的大?。畧D3－2－9

(1)請你在xOy坐標系中用最簡潔的方法作出能表示v－t關(guān)系的圖線(作答在圖上)，并指出哪個軸相當于v軸？答：________；(2)從第一個計數(shù)點開始計時，為求出0.15s時刻的瞬時速度，需要測出哪一段