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1、- 1 -实验一实验一 研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动目录目录 课前预习课前预习基础落实基础落实 课堂互动课堂互动考点突破考点突破课前预习课前预习基础落实基础落实 【实验目的】 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 vt 图象，根据图象求加速度。 【实验原理】 1打点计时器 (1)作用：计时仪器，当所用交流电源的频率 f50 Hz 时，每隔 0.02 s 打一次点。2判断物体是否做匀变速直线运动的方法 设 x1、x2、x3、x4为纸带上相邻两个计数点之间的距离，假如 xx2x1x3x2x4x3常数，
2、则与纸带相连的物体做匀变速直线运动。 3求物体瞬时速度的方法 如图实1 所示：则则v vn n。x xn nx xn n1 1 2 2T T4求物体加速度的方法 (1)“逐差法”求加速度 如图实2 所示：a1，a2，a3，然后取平均值，即a，这样使所给数x4x1 3T2x5x2 3T2x6x3 3T2a1a2a3 3据全部得到利用，以提高精确度。(2)“图象法”求加速度 求出纸带上各计数点的瞬时速度，画出 vt 图线，直线的斜率即表示加速度。【实验器材】 打点计时器、纸带、一端附有定滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、电源、导线。 【实验步骤】 1把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸
3、出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有 滑轮的一端，连接好电路。- 2 -2把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器，并 把它的一端固定在小车的后面。实验装置见图实3 所示，放手后，看小车能否在木板上平稳 地加速滑行。3把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时 器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次。 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 x，
4、并记录填入表中。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得各计数点 1、2、3、4、5 的瞬时速度，填入上面的表格中。 7增减所挂钩码数，再做两次实验。【数据处理及实验结论数据处理及实验结论】 1由实验数据得出 vt 图象 (1)根据表格中的 v、t 数据，在平面直角坐标系中仔细描点，如图实4 可以看到，对于每次 实验，描出的几个点都大致落在一条直线上。(2)作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落在这条直线上，落不到直线上的点，应均匀分 布在直线的两侧，这条直线就是本次实验的 vt 图象，它是一条倾斜的直线。 2由实验得
5、出的 vt 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)小车运动的 vt 图象是一条倾斜的直线如图实5 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。- 3 -(2)既然小车的 vt 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，所以 小车的速度随时间均匀变化。 【注意事项注意事项】 1交流电源的电压及频率要符合要求。 2开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。 3先接通电源，计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源。 4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
6、点太少，或者速度太小，使 纸带上的点过于密集。 5选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰。适当舍弃开头密集部分，适当选取计数点， 弄清楚所选的时间间隔 T。 6测 x 时不要分段测量，读数时要注意有效数字的要求，计算 a 时要注意用逐差法，以减小误 差。课堂互动课堂互动考点突破考点突破 考点一考点一 实验原理与操作实验原理与操作 例 1 (广东理综)研究小车匀变速直线运动的实验装置如图实6 甲所示其中斜面倾角 可调，打点计时器的工作频率为 50 Hz，纸带上计数点的间距如图乙所示，其中每相邻两 点之 间还有 4 个记录点未画出。(1)部分实验步骤如下： A测量完毕，关闭电源，取出纸带 B接通
7、电源，待打点计时器工作稳定后放开小车 C将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连 D把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔 上述实验步骤的正确顺序是：_。(用字母填写) (2)图乙中标出的相邻两计数点的时间间隔 T_s。 (3)计数点 5 对应的瞬时速度大小计算式为 v5_。 (4)为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为 a_。 答案答案 (1)DCBA(1)DCBA (2)0.1(2)0.1(3)(3) (4)(4)s s4 4s s5 5 2 2T Ts s6 6s s5 5s s4 4s s3 3s s2 2s s1 1 9 9T T2 2- 4 -针对性训
8、练：针对性训练： 1(佛山模拟)某同学利用打点计时器测量小车做匀变速直线运动的加速度。 (1)电磁打点计时器是一种使用_(选填“交流”或“直流”)电源的计时仪器，它的工作 电压是 46 V，当电源的频率为 50 Hz 时，它每隔_s 打一次点。 (2)使用打点计时器时，接通电源与让纸带随小车开始运动这两个操作过程的操作顺序应该是（ ） A先接通电源，后释放纸带 B先释放纸带，后接通电源 C释放纸带的同时接通电源 D哪个先，哪个后都可以 (3)实验中该同学从打出的若干纸带中选取一条纸带，如图实7 所示，纸带上按时间顺序取 A、B、C、D 四个计数点，每两个点之间还有四个点未画出，用尺子测得相邻各
9、点间的距离为 x13.62 cm，x24.75 cm，x35.88 cm。根据纸带数据可以判断小车在做匀加速直线运动， 理由是_ _ (请用文字描述)； 在计数点 C 所代表的时刻，纸带运动的瞬时速度是_m/s，小车的加速度是 _m/s2(以上两空小数点后保留两位数字)。解析解析 (1)电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源频率为 50 Hz 时，它每隔 0.02 s 打一次点。 (2)在使用打点计时器时，应先接通电源，待打点稳定后再释放纸带，A 正确。 (3)当相邻相等时间内的位移之差都相等时，小车做匀加速直线运动。vC，T0.1 sx2x3 2T可求得vC0.53 m/s由 x
10、x2x1x3x2aT2可得：a1.13 m/s2。答案答案 (1)交流 0.02 (2)A (3)相邻相等时间内的位移差相等 0.53 1.13考点二考点二 数据处理与误差分析数据处理与误差分析 例 2 某同学利用图实8 所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律。物块在重 物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上(尚未到达滑轮处)。从纸 带上便于测量的点开始，每 5 个点取 1 个计数点，相邻计数点间的距离如图实9 所示。打点 计时器电源的频率为 50 Hz。- 5 -(1)通过分析纸带数据，可判断物块在两相邻计数点_和_之间某时刻开始减速。 (2)计数点 5 对应的
11、速度大小为_ _ m/s，计数点 6 对应的速度大小为_ m/s。(保留三位 有效数字) (3)物块减速运动过程中加速度的大小为 a_ m/s2。 解析解析 (1)从计数点 1 到 6 相邻的相等时间内的位移差 x2.00 cm，在 6、7 计数点间 的位移比 5、6 之间增加了(12.2811.01) cm1.27 cm2.00 cm，因此，开始减速的时刻在 计数点 6 和 7 之间。 (2)计数点 5 对应的速度大小为v5 m/s1.00 m/s。x4x5 2T（9.0011.01） 102 2 0.1计数点 4 对应的速度大小为v4 m/s0.80 m/s。x3x4 2T（7.019.0
12、0） 102 2 0.1根据 v5，得计数点 6 对应的速度大小为 v62v5v4(21.000.80) m/s1.20 v4v6 2m/s。 (3)物块在计数点 7 到 11 之间做减速运动，根据 xaT2得 x9x72a1T2 x10x82a2T2故 a2.00 m/s2。a1a2 2（x9x10）（x7x8） 2 2T2 答案答案 (1)6 7(或 7 6) (2)1.00 1.20 (3)2.00针对训练：针对训练： 2实验中，如图实10 所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中 A、B、C、D、E 为相邻的 计数点，相邻计数点间的时间间隔 T0.1 s。- 6 -(1)根据纸带可判定小
13、车做_运动； (2)根据纸带计算各点瞬时速度：vD_ m/s，vC_m/s，vB_m/s。在如 图实11 所示坐标中作出小车的 vt 图线，并根据图线求出 a_；(3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度的物理意义是_ _。 解析 (1)根据纸带提供的数据可知 xBCxABxCDxBCxDExCD12.60 cm， 故小车做匀加速直线运动。(2)根据 v v 可知t 2vD m/s3.9 m/s（105.6027.60） 102 0.2vC m/s2.64 m/s（60.307.50） 102 0.2vB m/s1.38 m/s27.60 102 0.2描点连线得如图所示 vt 图线，根据图线斜率
14、知 a12.60 m/s2。- 7 -(3)图线与纵轴交点的速度的物理意义是零时刻小车经过 A 点的速度。 答案答案 (1)匀加速直线 (2)3.90 2.64 1.38 见解析图 12.60 m/s2 (3)零时刻小车经过 A 点的速度考点三考点三 创新实验设计创新实验设计1 1实验器材的创新实验器材的创新(1)如果提供光电门和刻度尺，我们可以测出遮光片的宽度 d，借助 v求出物体通过光电门d t的速度，再由 v v 2ax，测出物体的加速度。2 22 1(2)如果提供闪光照相机和刻度尺，我们可以用处理纸带的方法，求出物体的瞬时速度及物体的 加速度。例 3 光电计时器也是一种研究物体运动情况
15、的常用计时仪器，其结构如图实12 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 4.0103 s。用精度为 0.05 mm 的游标卡尺测量滑块的宽度 d，其示数如图丙 所示。(1)滑块的宽度 d_cm。 (2)滑块通过光电门 1 时的速度 v1_m/s，滑块通过光电门 2 时的速度- 8 -v2_m/s。(结果保留两位有效数
