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1、實驗一　研究勻變速直線運動 一、實驗?zāi)康? 1．練習(xí)正確使用打點計時器，學(xué)會利用打上點的紙帶研究物體的運動． 2．掌握判斷物體是否做勻變速直線運動的方法(Δx＝aT2)． 3．測定勻變速直線運動的加速度． 二、實驗原理 1．打點計時器 (1)作用：計時儀器，每隔0.02 s打一次點． (2)工作條件 (3)紙帶上點的意義： ①表示和紙帶相連的物體在不同時刻的位置． ②通過研究紙帶上各點之間的距離，可以判斷物體的運動情況． ③可以利用紙帶上打出的點來確定計數(shù)點間的時間間隔． 2．利用紙帶判斷物體運動狀態(tài)的方法 (1)沿直線運動的物體在連續(xù)相等時間內(nèi)不同時刻的速度分

2、別為v1、v2、v3、v4、…，若v2－v1＝v3－v2＝v4－v3＝…，則說明物體在相等時間內(nèi)速度的增量相等，由此說明物體在做勻變速直線運動，即a＝＝＝＝…. (2)沿直線運動的物體在連續(xù)相等時間內(nèi)的位移分別為x1，x2，x3，x4…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…，則說明物體在做勻變速直線運動，且Δx＝aT2. 3．速度、加速度的求解方法 (1)“逐差法”求加速度：如圖1所示的紙帶，相鄰兩點的時間間隔為T，且滿足x6－x5＝x5－x4＝x4－x3＝x3－x2＝x2－x1，即 a1＝，a2＝，a3＝，然后取平均值，即＝，這樣可使所給數(shù)據(jù)全部得到利用，以提高準(zhǔn)確性．

3、 圖1 (2)“平均速度法”求速度：得到如圖2所示的紙帶，相鄰兩點的時間間隔為T，n點的瞬時速度為vn. 即vn＝. 圖2 (3)“圖象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多個點的速度，畫出v－t圖象，直線的斜率即加速度． 三、實驗器材 電火花計時器(或電磁打點計時器)，一端附有定滑輪的長木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙片． 四、實驗步驟 1．儀器安裝 (1)把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路． (2)把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，把紙帶穿過打點計時

4、器，并把它的一端固定在小車的后面．實驗裝置見圖3所示，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行． 圖3 2．測量與記錄 (1)把小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，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(fù)三次． (2)從三條紙帶中選擇一條比較理想的，舍掉開頭一些比較密集的點，從后邊便于測量的點開始確定計數(shù)點，為了計算 方便和減小誤差，通常用連續(xù)打點五次的時間作為時間單位，即T＝0.1 s．正確使用毫米刻度尺測量每相鄰兩計數(shù)點間的距離，并填入設(shè)計的表格中 (3)利用某一段時間的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求得各計數(shù)點的瞬時速

5、度． (4)增減所掛鉤碼數(shù)，再重復(fù)實驗兩次． 3．?dāng)?shù)據(jù)處理及實驗結(jié)論 (1)由實驗數(shù)據(jù)得出v－t圖象 圖4 ①根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù)，在平面直角坐標(biāo)系中仔細(xì)描點，如圖4 所示可以看到，對于每次實驗，描出的幾個點都大致落在一條直線上． ②作一條直線，使同一次實驗得到的各點盡量落到這條直線上，落不到直線上的點，應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè)，這條直線就是本次實驗的v－t圖象，它是一條傾斜的直線． 圖5 (2)由實驗得出的v－t圖象進(jìn)一步得出小車運動的速度隨時間變化的規(guī)律，有兩條途徑進(jìn)行分析 ①分析圖象的特點得出：小車運動的v－t圖象是一條傾斜的直線如圖5所示，當(dāng)時間增加相同的值Δ

6、t時，速度也會增加相同的值Δv，由此得出結(jié)論：小車的速度隨時間均勻變化． ②通過函數(shù)關(guān)系進(jìn)一步得出：既然小車的v－t圖象是一條傾斜的直線，那么v隨t變化的函數(shù)關(guān)系式為v＝kt＋b，顯然v與t成“線性關(guān)系”，小車的速度隨時間均勻變化． 五、注意事項 1．交流電源的電壓及頻率要符合要求． 2．實驗前要檢查打點計時器打點的穩(wěn)定性和清晰程度，必要時要調(diào)節(jié)振針的高度和更換復(fù)寫紙． 3．開始釋放小車時，應(yīng)使小車靠近打點計時器． 4．先接通電源，打點計時器工作后，再放開小車，當(dāng)小車停止運動時及時斷開電源． 5．要區(qū)別打點計時器打出的計時點與人為選取的計數(shù)點，一般在紙帶上每隔四個計時點取一個計數(shù)

7、點，即時間間隔為T＝0.02×5 s＝0.1 s. 6．小車另一端掛的鉤碼個數(shù)要適當(dāng)，避免因速度過大而使紙帶上打的點太少，或者速度太小，使紙帶上的點過于密集． 7．選擇一條理想的紙帶，是指紙帶上的點跡清晰．適當(dāng)舍棄開頭密集部分，適當(dāng)選取計數(shù)點，弄清楚相鄰計數(shù)點間所選的時間間隔T. 8．測x時不要分段測量，讀數(shù)時要注意有效數(shù)字的要求，計算a時要注意用逐差法，以減小誤差． 考點一　完善實驗步驟 例1　在“測定勻變速直線運動的加速度”的實驗中，某同學(xué)的操作步驟如下，其中錯誤的步驟有________． A．拉住紙帶，將小車移到靠近打點計時器處先放開紙帶，再接通電源 B．將打點計時器固

8、定在平板上，并接好電源 C．把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下面掛上合適的鉤碼 D．取下紙帶 E．將平板一端抬高，輕推小車，使小車能在平板上做加速運動 F．將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔 ________________________________________________________________________ 將以上步驟完善并填寫在橫線上(遺漏的步驟可編上序號G、H……)；實驗步驟的合理順序為：________________. 考點二　紙帶數(shù)據(jù)的處理 例2　(2020·廣東理綜·34(1))如圖6是某同學(xué)在做勻變速直線運動實驗中獲得

9、的一條紙帶． 圖6 (1)已知打點計時器電源頻率為50 Hz，則紙帶上打相鄰兩點的時間間隔為________． (2)ABCD是紙帶上四個計數(shù)點，每兩個相鄰計數(shù)點間有四個點沒有畫出，從圖中讀出A、B兩點間距x＝________；C點對應(yīng)的速度是________(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)． 圖7 例3　某同學(xué)為了探究物體在斜面上運動時摩擦力與斜面傾角的關(guān) 系，設(shè)計實驗裝置如圖7.長直平板一端放在水平桌面上，另一端架 在一物塊上．在平板上標(biāo)出A、B兩點，B點處放置一光電門，用 光電計時器記錄滑塊通過光電門時擋光的時間． 實驗步驟如下： ①用游標(biāo)卡尺測量滑塊的擋

10、光長度d，用天平測量滑塊的質(zhì)量m； ②用直尺測量A、B之間的距離s，A點到水平桌面的垂直距離h1，B點到水平桌面的垂直距離h2； ③將滑塊從A點靜止釋放，由光電計時器讀出滑塊的擋光時間t； ④重復(fù)步驟③數(shù)次，并求擋光時間的平均值； ⑤利用所測數(shù)據(jù)求出摩擦力Ff和斜面傾角的余弦值cos α； ⑥多次改變斜面的傾角，重復(fù)實驗步驟②③④⑤，作出Ff－cos α關(guān)系曲線． (1)用測量的物理量完成下列各式(重力加速度為g)；①斜面傾角的余弦cos α＝________________； ②滑塊通過光電門時的速度v＝________； ③滑塊運動時的加速度a＝______________

11、； ④滑塊運動時所受到的摩擦阻力Ff＝________. (2)測量滑塊擋光長度的游標(biāo)卡尺讀數(shù)如圖8所示，讀得d＝________________. 圖8 實驗原理遷移創(chuàng)新 高考實驗題一般源于教材而不拘泥于教材，即所謂情境新 而知識舊．因此做實驗題應(yīng)注重遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，用 教材中實驗的原理、方法和技巧處理新問題．針對本題， 紙帶的處理、游標(biāo)卡尺的讀數(shù)、勻變速直線運動規(guī)律以及 牛頓第二定律，都是教材中的重點知識，只要熟練掌握， 就不難解答本題． 圖9 1. 如圖9所示是做勻加速直線運動的小車帶動打點計時器在紙帶上打出的點的一部分．圖中每相鄰兩點之間

12、還有四個點沒有畫出，交流電的頻率為50 Hz，測得第二個、第三個計數(shù)點與零點相距d2＝6.0 cm，d3＝10.0 cm，則 (1)第一個、第四個計數(shù)點與零點相距d1＝________；d4＝________； (2)物體經(jīng)過第一個、第二個計數(shù)點的瞬時速度v1＝_____，v2＝________；物體的加速度a＝________. 2．(2020·重慶理綜·22(1))某同學(xué)用打點計時器測量做勻加速直線運動的物體的加速度，電源頻率f＝50 Hz.在紙帶上打出的點中，選出零點，每隔4個點取1個計數(shù)點．因保存不當(dāng)，紙帶被污染．如圖10所示，A、B、C、D是依次排列的4個計數(shù)點，僅能讀出其中3

13、個計數(shù)點到零點的距離：xA＝16.6 mm、xB＝126.5 mm、xD＝624.5 mm. 圖10 若無法再做實驗，可由以上信息推知： (1)相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為________s； (2)打C點時物體的速度大小為__________m/s(取2位有效數(shù)字)； (3)物體的加速度大小為________(用xA、xB、xD和f表示)． 3．在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，如圖11所示，是一條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，每相鄰的兩個計數(shù)點之間還有4個點沒有畫出，交流電的頻率為50 Hz. 圖11 (1)在打點計時器打B、C

14、、D點時，小車的速度分別為vB＝________ m/s；vC＝________ m/s；vD＝________ m/s. (2)在如圖12所示的坐標(biāo)系中畫出小車的v－t圖象． 圖12 (3)將圖線延長與縱軸相交，交點的速度是________，此速度的物理含義是__________________． 4．如圖13所示，將打點計時器固定在鐵架臺上，使重物帶動紙帶從靜 止開始自由下落，利用此裝置可以測量重力加速度． (1)所需器材有打點計時器(帶導(dǎo)線)、紙帶、復(fù)寫紙、帶鐵夾的鐵架臺和帶夾子的重物，此外還需____(填字母代號)中的器材． A．直流電源、天平及砝碼 B．直流

15、電源、毫米刻度尺 C．交流電源、天平及砝碼 圖13 D．交流電源、毫米刻度尺 (2)通過作圖象的方法可以剔除偶然誤差較大的數(shù)據(jù)，提高實驗的準(zhǔn)確程度．為使圖線的斜率等于重力加速度，除作v－t圖象外，還可作________圖象，其縱軸表示的是__________，橫軸表示的是________． 5．(2020·課標(biāo)·23)利用圖14所示的裝置可測量滑塊在斜面上運 動的加速度．一斜面上安裝有兩個光電門，其中光電門乙 固圖14 定在斜面上靠近底端處，光電門甲的位置可移動．當(dāng)一 帶有遮光片的滑塊自斜面上滑下時，與兩個光電門都相連的計時 器可以顯示出遮光片從光電門甲滑至乙所

16、用的時間t.改變光電門甲的位置進(jìn)行多次測量，每次都使滑塊從同一點由靜止開始下滑，并用米尺測量甲、乙之間的距離s，記下相應(yīng)的t值；所得數(shù)據(jù)如下表所示. s(m) 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 0.950 t(ms) 292.9 371.5 452.3 552.8 673.8 776.4 s/t(m·s－1) 1.71 1.62 1.55 1.45 1.34 1.22 完成下列填空和作圖： (1)若滑塊所受摩擦力為一常量，滑塊加速度的大小a、滑塊經(jīng)過光電門乙時的瞬時速度vt、測量值s和t四個物理量之間所滿足的關(guān)系式是___

17、___________； (2)根據(jù)表中給出的數(shù)據(jù)，在圖15給出的坐標(biāo)紙上畫出－t圖線； 圖15 (3)由所畫出的－t圖線，得出滑塊加速度的大小為a＝__________m/s2(保留2位有效數(shù)字)． 6．某校研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)用如圖16甲所示的滴水法測量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(zhǔn))；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)；然后撤去淺盤并同時放開小車，于是水滴在白

18、紙上留下標(biāo)志小車運動規(guī)律的點跡；小車到達(dá)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x01＝1.40 cm，x12＝2.15 cm，x23＝2.91 cm，x34＝3.65 cm，x45＝4.41 cm，x56＝5.15 cm.試問： 圖16 (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(jié)果均保留2位有效數(shù)字) 答案 課堂探究 例1　AD　G．換上新紙帶重復(fù)實驗三次　BEFCADG 例2　(1)0.02 s　(2)0.70 cm　0.100 m/s 例3　(1)①　② ③?、躮g－m　(2)3.62 cm 隨堂訓(xùn)練 1．(1)2.67 cm　14.67 cm　(2)30 cm/s　36.67 cm/s　66.67 cm/s2 2．(1)0.1　(2)2.5 (3) 3．見解析 4．(1)D　(2)－h(huán)　速度平方的二分之一　重物下落的高度 5．(1)s＝vtt－at2或＝vt－at (2)見解析中圖　(3)2.0 6．(1)打點計時器　(2)0.20　0.19