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1、实验一 探究小车速度随时间的变化规律,1.练习使用打点计时器，学会用打点纸带研究小车的运动情况 2.会利用打点纸带求匀变速直线运动的速度、加速度 3.能画出小车运动的v-t图象，根据图象求加速度,1.打点计时器 (1)作用：计时仪器，当所用交流电源的频率f=50 Hz时，每隔0.02 s打一次点. (3)纸带上点的意义. 表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置. 可以利用纸带上打出的点确定计数点间的时间间隔. 通过研究纸带上各点之间的间距，可以判断物体的运动情况.,电磁打点计时器：6 V以下交流电源,电火花计时器：220 V交流电源,(2)工作条件,2.利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法
2、 设x1、x2、x3、x4为纸带上相邻两个计数点之间的距离，假如 x=x2-x1=x3-x2=x4-x3=常数，即连续相等的时间间隔内的位 移之差为恒量，则与纸带相连的物体做匀变速直线运动. 3.由纸带求物体运动速度的方法 根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时 间内的平均速度vn=(xn+xn+1)/2T.,4.由纸带求物体运动加速度的方法 (1) 逐差法:即根据 x4-x1=x5-x2=x6-x3=3aT2(T为相邻两计数点 之间的时间间隔)，求出a1=(x4-x1)/3T2,a2=(x5-x2)/ 3T2, a3=(x6-x3)/3T2，再算出a1、a2、a3的平均值a=
3、(a1+a2+a3)/3= 即为物体的加速度. (2)图象法:求出打各个计数点时纸带的瞬时速度，再作出v-t图 象，图象的斜率即为物体做匀变速直线运动的加速度.,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.,一、实验步骤 1.把带有滑轮的长木板平放在实验桌上，将滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，并把打点计时器连接在电源上,2.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边挂上合适的钩码.把纸带穿过打点计时器的复写纸下，并把它的一端固定在小车的后面，调节滑轮的高度，使细绳与长木板平行.实验装置如图所示,3.将小车停在
4、靠近打点计时器处，先接通电源，等打点计时器 打点稳定后，放开小车.换上新纸带，重复实验3次 4.从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较 密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点，以后依次每五个点取一个计数点，确定好计数始点，并标明0、1、2、3、 4，测量各计数点到0点的距离d，记录并填入表中,5.计算出相邻的计数点之间的距离x1、x2、x3 6.利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速 度，求出各计数点1、2、3、4、5的瞬时速度，填入表格中 7.增减所挂钩码数，再做两次实验,二、数据处理 1.由实验数据得出v-t图象 (1)根据表格中的v、t数据，在直角坐标系
5、中仔细描点. (2)作一条直线，使同一次实验得到的各点 尽量落到这条直线上，落不到直线上的各 点应均匀分布在直线的两侧，这条直线就是本次实验的v-t图线，它是一条倾斜的直线.,2.由实验得出的v-t图象进一步得出小车运动的速度随时间变 化的规律 有两条途径进行分析： (1)直接分析图象的特点得出.小车运动的 v-t图象是一条倾斜的直线，如图所示， 当时间增加相同的值t，速度也会增加 相同的值v，由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化. (2)通过函数关系进一步得到，既然小车运动的v-t图象是一条 倾斜的直线，那么v随t变化的函数关系式为vktb，显然v与 t成线性关系，小车的速度随时间均匀变化
6、.,1.小车运动时摩擦不均匀，打点不稳定引起系统误差 2.纸带上计数点间距测量以及作v-t图象引起偶然误差,1.平行：纸带、细绳要和长木板平行 2.靠近：释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置 3.一先一后：实验时应先接通电源，后释放小车；实验后先断 开电源，后取下纸带 4.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，小车与滑轮碰撞,5.减小误差：小车另一端挂的钩码个数要适当，避免速度过大 而使纸带上打的点太少，或者速度太小，使纸带上打的点过于 密集 6.纸带选取：选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点 7.准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位，
7、仔细描 点连线，不能连成折线，应作一条直线，让各点尽量落到这条 直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧,钩码带动小车做加速运动时，因受摩擦等各方面的影响，致使小车加速度不恒定，即小车不能真正做匀加速直线运动，因此可用阻力小的气垫导轨替代长木板，用频闪照相或光电计时的办法替代打点计时器，可避免由于电源频率不稳定，造成相邻两点间的时间间隔不完全相等，提高实验的精确度.,实验数据的处理 【例证1】(2011新课标全国卷) 利用图1所示的装置可测量滑块在 斜面上运动的加速度.一斜面上安 装有两个光电门，其中光电门乙固 定在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动，当一带有遮 光片的滑块自斜面上
8、滑下时，与两个光电门都相连的计时器可 以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t.改变光电门甲的,位置进行多次测量，每次都使滑块从同一点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间的距离x，记下相应的t值，所得数据如表所示.,完成下列填空和作图： (1)若滑块所受摩擦力为一常量， 滑块加速度的大小a、滑块经过 光电门乙时的瞬时速度v1、测量 值x和t四个物理量之间所满足的 关系式是_； (2)根据表中给出的数据，在图2 给出的坐标纸上画出 图线； (3)由所画出的 图线，得出滑块加速度的大小为 a=_m/s2(保留2位有效数字).,【规范解答】(1)由运动学公式x= 变形为 从此式可知， 图线是一条
9、斜率为负值的直线.,(2)根据题目提供的数据按 进行处理，把处理的数值对应描 点，然后用一根直线连接这些点，所得图象如图所示.,(3)由图线知斜率绝对值为 又从 知，斜率的绝对值为 a，故有 a=1.0，即a=2.0 m/s2. 答案：(1) 或x= at2+v1t (2)见规范解答图 (3)2.0(1.82.2范围内均正确),实验原理和实验误差的分析 【例证2】如图所示，将打点计时器 固定在铁架台上，使重物带动纸带 从静止开始自由下落，利用此装置 可以测定重力加速度. (1)所需器材有打点计时器(带导线)、 纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需_(填字母代号)器材. A.直流
10、电源、天平及砝码B.直流电源、毫米刻度尺 C.交流电源、天平及砝码D.交流电源、毫米刻度尺,(2)通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验 的准确程度.为使图线的斜率等于重力加速度，除作v-t图象 外，还可作_图象，其纵轴表示的是_， 横轴表示的是_.,【规范解答】(1)选D.打点计时器需接交流电源.重力加速度与 物体的质量无关，所以不需要天平和砝码.计算速度需要测相邻 计数点间的距离，需要毫米刻度尺，故D正确. (2)由公式v22gh，如绘出 图象，其斜率也等于重力加速 度. 答案：(1)D (2) 速度平方的二分之一 重物下落的高度,1.在探究速度随时间的变化规律的实验中，使用
11、电磁式打点计时器(所用交流电的频率为50 Hz)，得到如图所示的纸带图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表述正确的是( ),A.实验时应先放开纸带再接通电源 B.(x6-x1)等于(x2-x1)的6倍 C.从纸带可求出计数点B对应的速率 D.相邻两个计数点间的时间间隔为0.02 s,【解析】选C.在做“研究匀变速直线运动”的实验时应先接通 电源再放开纸带，A错误；根据相等的时间间隔内通过的位移有 xM-xN=(M-N)aT2，可知(x6-x1)等于(x2-x1)的5倍，B错误；根据B 点为A与C点的中间时刻点，有 C正确；由于相邻的计数 点之间还有4个点没有画出，所以时间间
12、隔为0.1 s，D错误.,2.(2012德州模拟)某同学在测定匀变速直线运动的加速度 时，得到了几条较为理想的纸带，并在每条纸带上每5个计时点 取一个计数点,依打点先后编为0、1、2、3、4、5.由于不小 心，纸带被撕断，部分缺失，如图所示.请根据给出的甲、乙、 丙、丁四段纸带回答：,(1)从纸带甲上撕下的那段应该是乙、丙、丁三段纸带中的 _. (2)打纸带甲时，物体的加速度大小是_m/s2;打计数点1 时，物体的速度大小是_m/s.,【解析】因小车做匀变速直线运动，加速度保持不变，打甲纸 带时，加速度 m/s2=0.6 m/s2, 又小车运动的加速度： 则4、5两点间隔为：x5=x2+3aT
13、2=36.010-3 m+30.60.12 m=5410-3 m=54.0 mm, 所以从纸带甲上撕下的那段应是丙. m/s=0.33 m/s. 答案：(1)丙 (2)0.6 0.33,3.小球做匀变速直线运动时的频闪照片如图所示，已知频闪周 期T0.1 s，小球相邻位置间距分别为OA6.51 cm，AB 5.59 cm，BC4.70 cm，CD3.80 cm，DE2.89 cm，EF 2.00 cm.小球在位置A时的速度大小vA_m/s.小球运动的加速度大小a_m/s2.(保留两位小数),【解析】根据匀变速直线运动的规律，小球经过A点的瞬时速度 等于OB段的平均速度，即 0.61 m/s.由
14、逐差法 求小球运动的加速度 a 0.90 m/s2. 所以加速度大小为0.90 m/s2. 答案：0.61 0.90,4.(2011广东高考)如图甲是“研究匀变速直线运动”实验中 获得的一条纸带，O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点，加 速度大小用a表示. (1)OD间的距离为_cm.,(2)如图乙是根据实验数据绘出的x-t2图线(x为各计数点至同 一起点的距离)，斜率表示_，其大小为_m/s2(保留三位有效数字).,【解析】由图甲D点对应的数值可以读出OD之间的距离为 1.20 cm.物体做匀变速直线运动，位移和时间之间的关系为 x=v0t+ at2，可见在x-t2图象中的斜率表示加速度
15、的一半， 可得加速度为0.933 m/s2. 答案：(1)1.20 (2)加速度的一半(或 ) 0.933,5.(2012聊城模拟)某同学用如图所示的装置 测定重力加速度： (1)电火花计时器的工作电压为_，频率_. (2)打出的纸带如图所示，实验时纸带的_ 端应和重物相连接.(选填“甲”或“乙”) (3)纸带上1至9各点为计时点，由纸带所示数据可算出实验时的 加速度为_m/s2.,【解析】(1)电火花计时器使用的是220 V的交流电，交流电的 频率为50 Hz. (2)重物匀加速下落，相等时间内位移越来越大，由打点纸带可 知乙端应和重物相连接. (3)由逐差法可得 m/s2=9.4 m/s2
16、. 答案：(1)交流220 V 50 Hz (2)乙 (3)9.4,6.光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结 构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当 有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以精确地把物体从开 始挡光到挡光结束的时间记录下来.现利用图乙所示的装置测量 滑块和长木板间的动摩擦因数，图中MN是水平桌面，Q是长木板 与桌面的接触点，1和2是固定在长木板上适当位置的两个光电 门，与之连接的两个光电计时器没有画出，长木板顶端P点悬有 一铅锤，实验时，让滑块从长木板的顶端滑下，光电门1、2各,自连接的计时器显示的挡光时间分别为1.0102 s和4.0 103 s.用精度为0.05 mm的游标卡尺测量滑块的宽度为d1.010 cm.,(1)滑块通
