高考物理實驗一研究勻變速直線運動理論指導

1、高考物理一輪復習實驗一研究勻變速直線運動(1) 練習使用打點計時器，學會用打點紙帶研究小車的運動情況。(2) 會利用打點紙帶求勻變速直線運動的速度、加速度。(3) 能畫出小車運動的 vt 圖象，根據(jù)圖象求加速度。1打點計時器(1)作用：計時儀器，當所用交流電源的頻率f 50 Hz 時，每隔 0.02 s打一次點。(2)電磁打點計時器： 6 V 以下交流電源工作條件電火花計時器： 220 V 交流電源(3) 紙帶上點的意義：表示和紙帶相連的物體在不同時刻的位置?？梢岳眉垘洗虺龅狞c確定計數(shù)點間的時間間隔。通過研究紙帶上各點之間的間距，可以判斷物體的運動情況。2利用紙帶判斷物體是否做勻變速直線運

2、動的方法設(shè) x1、 x2、 x3、 x4為紙帶上相鄰兩個計數(shù)點之間的距離，假如x x2 x1x3 x2x4x3常數(shù)，即連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)的位移之差為恒量，則與紙帶相連的物體做勻變速直線運動。3由紙帶求物體運動速度的方法根據(jù)勻變速直線運動某段時間中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度vn ( xn xn 1)/2 T。4由紙帶求物體運動加速度的方法(1) 逐差法：即根據(jù) x4 x1 x5 x2 x6 x3 3aT2 ( T為相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔 ) ，求出1(x4 1)/3T2 ，2(x52)/3T2， 3(x63)/3T2 ，再算出a1、2、 3的平均值aaxaxaxaa( a1

3、a2 a3)/3 x4 x5 x6 x1x2 x3，即為物體的加速度。9T2(2) 圖象法： 求出打各個計數(shù)點時紙帶的瞬時速度，再作出 v t圖象，圖象的斜率即為物體做勻變速直線運動的加速度。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、細繩、鉤碼、刻度尺、導線、電源、復寫紙。(1) 把帶有滑輪的長木板平放在實驗桌上，將滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，并把打點計時器連接在電源上。(2) 把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪，下邊掛上合適的鉤碼。把紙帶穿過打點計時器的限位孔，并壓在復寫紙下面，把它的一端固定在小車的后面，調(diào)節(jié)滑輪的高度，使細繩與長木板平行

4、。實驗裝置如圖實1 1 所示。圖實 1 1(3) 將小車停在靠近打點計時器處， 先接通電源， 等打點計時器打點穩(wěn)定后， 放開小車。換上新紙帶，重復實驗 3 次。(4) 從幾條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開始一些比較密集的點，在后面便于測量的地方找一個開始點，以后依次每五個點取一個計數(shù)點，確定好計數(shù)始點，并標明0、1、 2、 3、4，測量各計數(shù)點到0 點的距離 d，記錄并填入表中。位置編號0123456時間 t /sd/mx/mv/(m ·s1)(5) 計算出相鄰的計數(shù)點之間的距離x1、 x2、 x3。(6) 利用一段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求出各計數(shù)點1、

5、2、3、 4、 5 的瞬時速度，填入表格中。(7) 增減所掛鉤碼數(shù)，再做兩次實驗。圖實 1 21由實驗數(shù)據(jù)得出v t 圖象(1) 根據(jù)表格中的v、 t 數(shù)據(jù)，在直角坐標系中仔細描點。(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，落不到直線上的各點應均勻分布在直線的兩側(cè)，這條直線就是本次實驗的v t 圖線，它是一條傾斜的直線。2由實驗得出的v t 圖象進一步得出小車運動的速度隨時間變化的規(guī)律有兩條途徑進行分析：圖實 1 3(1) 直接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， 如圖實 1 3所示，當時間增加相同的值t ，速度也會增加相同的值v，由此得出結(jié)論：

6、小車的速度隨時間均勻變化。(2) 通過函數(shù)關(guān)系進一步得到，既然小車運動的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vkt b，顯然v 與t成線性關(guān)系，小車的速度隨時間均勻變化。(1) 平行：紙帶、細繩要和長木板平行。(2) 靠近：釋放小車前，應使小車停在靠近打點計時器的位置。(3) 一先一后：實驗時應先接通電源，后釋放小車；實驗后先斷開電源，后取下紙帶。(4) 防止碰撞：在到達長木板末端前應讓小車停止運動，防止鉤碼落地，小車與滑輪碰撞。(5) 減小誤差： 小車另一端掛的鉤碼個數(shù)要適當， 避免速度過大而使紙帶上打的點太少，或者速度太小，使紙帶上打的點過于密集。(6) 紙帶選取：選

7、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。(7) 準確作圖：在坐標紙上，縱、橫軸選取合適的單位，仔細描點連線，不能連成折線，應作一條直線， 讓各點盡量落到這條直線上， 落不到直線上的各點應均勻分布在直線的兩側(cè)。(1) 小車運動時摩擦不均勻，打點不穩(wěn)定引起系統(tǒng)誤差。(2) 紙帶上計數(shù)點間距測量以及作 v t 圖象引起偶然誤差。如圖實 1 4 所示，利用頻閃燈、小球、刻度尺可以測量小球沿斜面下滑過程中的加速度。圖中是頻閃燈在相同時間間隔T 閃光照相得到的閃光照片，若用刻度尺測出相鄰小球間的間隔 x1、x2、 x3、，利用逐差法xaT2，可以求出小球的加速度a。圖實 1 4實驗原理與誤差

8、的分析例 1如圖實 1 5 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，利用此裝置可以測定重力加速度。圖實 1 5(1) 所需器材有打點計時器 ( 帶導線 ) 、紙帶、復寫紙、 帶鐵夾的鐵架臺和帶夾子的重物，此外還需 _( 填字母代號 ) 器材。A直流電源、天平及砝碼B直流電源、毫米刻度尺C交流電源、天平及砝碼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 _。解析(1) 打點計時器需接交流電源。重力加速度與物體的質(zhì)量無關(guān)，

9、所以不需要天平和砝碼。計算速度需要測相鄰計數(shù)點間的距離，需要毫米刻度尺，故D 正確。2v2(2) 由公式 v 2gh，如繪出 2 h 圖象，其斜率也等于重力加速度。答案(1)Dv2重物下落的高度(2) h 速度平方的二分之一2 例2(2011 ·廣東高考) 圖實1 6實驗數(shù)據(jù)的處理是“研究勻變速直線運動”實驗中獲得的一條紙帶，O、 A、 B、 C、D和E為紙帶上六個計數(shù)點。加速度大小用a 表示。圖實 1 6(1) OD間的距離為 _cm。(2) 如圖實 1 7 是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的 x t 2 圖線 ( x 為各計數(shù)點至同一起點的距離) ，斜率表示 _，其大小為 _ m/s 2( 保

10、留三位有效數(shù)字 ) 。圖實 1 7解析由于物體做的是勻變速直線運動，所以其從某一點開始運動的位移01xv t 222a 22at，由于 xt圖線是一條過原點的傾斜直線，因此v0 0，則 x 2t，故 x t圖的斜率a0.464 。為 2，通過圖線可求得斜率為1答案(1)1.20(1.181.22 均可 ) (2) 2a0 458 0.464同類實驗的拓展與創(chuàng)新例 3某校研究性學習小組的同學用如圖實1 8 甲所示的滴水法測量一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，用圖釘釘?。话训嗡嫊r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0.2s 滴一滴

11、( 以滴水計時器內(nèi)盛滿水為準) ；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)；隨即在撤去淺盤的同時放開小車，于是水滴在白紙上留下標志小車運動規(guī)律的點跡；小車到達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：圖實 1 8(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 _ m/s 2( 結(jié)果均保留2位有效數(shù)字 ) 。a 解析 (1) 由題知滴水計時器的原理與打點計時器相同。(2) 可把小車的運動看做是勻變速直線運動，則x34 x45 2v4 v