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1、實驗01　研究勻變速直線運動 一、實驗目的 1．練習正確使用打點計時器． 2．會利用紙帶求勻變速直線運動的瞬時速度、加速度． 3．會利用紙帶探究小車速度隨時間變化的規(guī)律，并能畫出小車運動的v－t圖象，根據(jù)圖象求加速度． 二、實驗原理 從紙帶上確定計數(shù)點和兩計數(shù)點間隔的時間，量出相鄰計數(shù)點間的距離，利用平均速度求出瞬時速度；計算相鄰計數(shù)點距離之差，看其是否是一個常數(shù)來確定運動性質(zhì)． 三、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、細線、鉤碼、刻度尺、導線、電源、復寫紙片． 四、實驗步驟 1．按照實驗原理圖，把打點計時器固定在長木板無滑

2、輪的一端，接好電源． 2．把一細線系在小車上，細線繞過滑輪，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．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． 　某同學用如圖甲所示的實驗裝置研究勻變速直線運動． 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(jié)合上述實驗步

3、驟，請你繼續(xù)完成下列任務： (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(guān)外，在下列儀器和器材中，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 (2)如果小車做勻加速運動，所得紙帶如圖乙所示，則x1、x2、x3的關(guān)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__________ (3)如果小車做勻加速直線運動，測出前六段相等時間內(nèi)的位移分別為x1、

4、x2、x3、x4、x5、x6，已知打點計時器打點的時間間隔是t，則小車的加速度a的表達式為：__________ 答案：(1)AD　(2)x3－x2＝x2－x1　 (3)a＝ (1)兩種打點計時器的不同 ①電磁打點計時器使用6 V以下低壓50 Hz交流電源，用振針打點，每隔0.02 s打一次點． ②電火花計時器使用220 V　50 Hz交流電源，電火花打點，每隔0.02 s打一次點． (2)勻變速直線運動的判斷：連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之差為恒量，即x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…＝恒量，物體做勻變速直線運動． [跟蹤訓練] 1．(2018·佛山模擬)某同學利用打點計時器

5、測量小車做勻變速直線運動的加速度． (1)電磁打點計時器是一種使用____________(選填“交流”或“直流”)電源的計時儀器，它的工作電壓是4～6 V，當電源的頻率為50 Hz時，它每隔____________ s打一次點． (2)使用打點計時器時，接通電源與讓紙帶隨小車開始運動，這兩個操作過程的操作順序應該是(　　) A．先接通電源，后釋放紙帶 B．先釋放紙帶，后接通電源 C．釋放紙帶的同時接通電源 D．哪個先，哪個后都可以 (3)實驗中該同學從打出的若干紙帶中選取一條紙帶，如圖所示，紙帶上按時間順序取A、B、C、D四個計數(shù)點，每兩個點之間還有四個點未畫出，用尺子測得相鄰

6、各點間的距離為x1＝3.62 cm，x2＝4.75 cm，x3＝5.88 cm． 根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)可以判斷小車在做勻加速直線運動，理由是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________． (請用文字描述)；在計數(shù)點C所代表的時刻，紙帶運動的瞬時速度是__________ m/s，小車的加速度是____________m/s2.(以上兩空小數(shù)點后保留兩

7、位數(shù)字) 解析：(1)電磁打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器，當電源頻率為50 Hz時，它每隔0.02 s打一次點． (2)在使用打點計時器時，應先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放紙帶，A正確． (3)當相鄰相等時間內(nèi)的位移之差都相等時，小車做勻加速直線運動．vC＝，T＝0.1 s 可求得vC＝0.53 m/s 由Δx＝x2－x1＝x3－x2＝aT2可得：a＝1.13 m/s2． 答案：(1)交流　0.02　(2)A　(3)相鄰相等時間內(nèi)的位移差相等　0.53　1.13 (對應學生用書P12) 一、數(shù)據(jù)處理 1．利用逐差法求平均加速度 a1＝，a2＝，a3＝， a

8、＝． 2．利用平均速度求瞬時速度 vn＝＝． 3．利用速度－時間圖象求加速度：作出速度－時間圖象，通過圖象的斜率求物體的加速度． 二、注意事項 1．平行：紙帶、細線要和木板平行． 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，要防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞． 4．減小誤差：小車的加速度要適當大些，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6～7個計數(shù)點為宜． 5．準確作圖：在坐標紙上，縱、橫軸選取合適的單位(避免所描點過密或過疏，而導致誤差過大)，仔細描點連線，不能

9、連成折線，應作一條直線． 三、誤差分析 1．使用刻度尺測計數(shù)點的距離時有誤差． 2．作v－t圖象時出現(xiàn)作圖誤差． 3．電源頻率不穩(wěn)定，造成打點的時間間隔不完全相同． 4．長木板粗糙程度不均勻，小車運動時加速度有變化造成誤差． 　(2018·上高二中月考)在做“研究勻變速直線運動”的實驗時，某同學得到一條用電火花計時器打下的紙帶如圖甲所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G7個計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點圖中沒有畫出，電火花計時器接220 V、50 Hz交流電源 他經(jīng)過測量并計算得到電火花計時器在打B、C、D、E、F各點時物體的瞬時速度如下表： 對應點 B C

10、D E F 速度(m/s) 0.141 0.180 0.218 0.262 0.301 (1)設(shè)電火花計時器的周期為T，計算vF的公式為vF＝____________； (2)根據(jù)(1)中得到的數(shù)據(jù)，以A點對應的時刻為t＝0，試在圖乙所示坐標系中合理地選擇標度，作出v－t圖象。 (3)利用該圖象求物體t＝0時刻的速度v＝____________m/s.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (4)利用該圖象求物體的加速度a＝____________ m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (5)如果當時電網(wǎng)中交變電流的電壓變成210 V，而做實驗的同學并不知道，那么加速度的測量值與

11、實際值相比__________(選填“偏大”、“偏小”或“不變”) 解析：(1)每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點圖中沒有畫出，所以相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔T′＝5T，根據(jù)勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，得： vF＝ (2)根據(jù)(1)中得到的數(shù)據(jù)，以A點對應的時刻為t＝0，作出v－t圖象． (3)利用該圖象求物體t＝0時刻的速度v＝0.10 m/s． (4)由速度—時間圖象的斜率表示加速度，得：a＝ m/s2＝0.40 m/s2 (5)電網(wǎng)電壓變化，并不改變打點的周期，故測量值與實際值相比不變． 答案：(1)　(2)如圖所示 (3)0.10　(4)0

12、.40　(5)不變 [跟蹤訓練] 2．在做“研究勻變速直線運動”的實驗中： (1)實驗室提供了以下器材：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、交流電源、復寫紙、彈簧測力計．其中在本實驗中不需要的器材是__________________． (2)如圖所示，是某同學由打點計時器得到的表示小車運動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計數(shù)點間還有四個點沒有畫出，打點計時器打點的時間間隔T＝0.02 s，其中x1＝7.05 cm、x2＝7.68 cm、x3＝8.33 cm、x4＝8.95 cm、x5＝9.61 cm、x6＝10.26 cm． 下表列出了打點計

13、時器打下B、C、F時小車的瞬時速度，請在表中填入打點計時器打下D、E兩點時小車的瞬時速度. 位置 B C D E F 速度(m·s－1) 0.737 0.801 0.994 (3)以A點為計時起點，在坐標圖中畫出小車的速度－時間關(guān)系圖線． (4)根據(jù)你畫出的小車的速度－時間關(guān)系圖線計算出的小車的加速度a＝____________ m/s2． (5)如果當時電網(wǎng)中交變電流的頻率是f＝49 Hz，而做實驗的同學并不知道，由此引起的系統(tǒng)誤差將使加速度的測量值比實際值偏__________(選填“大”或“小”) 解析：(1)本實驗中不需要測量力的大小，因此不需要

14、的器材是彈簧測力計． (2)根據(jù)勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度知： vD＝＝＝0.864 m/s 同理可得vE＝0.928 m/s． (3)小車的速度－時間關(guān)系圖線如圖所示． (4)小車的加速度 a＝＝ m/s2＝0.63 m/s2． (5)當交變電流的頻率f＝49 Hz時，實際周期大于0.02 s，根據(jù)運動學公式Δx＝aT2得，測量的加速度值與實際值相比是偏大的． 答案：見解析 (對應學生用書P13) 從原理遷移和數(shù)據(jù)處理技巧上進行創(chuàng)新 1．復習啟示 高考實驗題一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材實驗的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)新情景．因此，要在夯實

15、基礎(chǔ)實驗的基礎(chǔ)上注意遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，善于用教材中實驗的原理、方法和技巧處理新問題． 2．情景拓展 3．數(shù)據(jù)處理 (1)加速度的獲得：靠重物的拉力獲得加速度→長木板傾斜靠重力獲得加速度． (2)速度的測量方法：由打點紙帶求速度→測定遮光片的寬度d和遮光片通過光電門的擋光時間Δt，由v＝求速度． (3)加速度的測量方法：由打點紙帶利用逐差法求加速度→利用經(jīng)過兩個光電門的瞬時速度，由速度位移關(guān)系式求加速度． 　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(jié)構(gòu)如圖甲所示，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

16、擋光到擋光結(jié)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1.0×10－2 s和4.0×10－3 s．用精度為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． (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＝______

17、______ m/s.(結(jié)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(zhì)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． 解析：(1)d＝10 mm＋0.05 mm×2＝10.10 mm＝1.010 cm． (2)v1＝＝ m/s≈1.0 m/s， v2＝＝ m/s≈2.5 m/s． (3)v1、v2實質(zhì)上是滑塊通過光電門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． 答案：(1)1.010　(2)1.0　2.5　(3)平均速度　滑塊 本實驗用光電計時器代替打點計時器來測量速度和加速度，是對原有實驗條件、實驗器材的遷移和改進，不脫離教材而又不拘泥于教材，仍屬于紙帶問題的延伸． 8