實(shí)驗(yàn)一　研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)

1、實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)考綱解讀 1.練習(xí)正確使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.2.會(huì)計(jì)算紙帶上各點(diǎn)的瞬時(shí)速度.3.會(huì)利用紙帶計(jì)算加速度.4.會(huì)用圖象法探究小車速度與時(shí)間的關(guān)系，并能根據(jù)圖象求加速度基本實(shí)驗(yàn)要求1實(shí)驗(yàn)器材電火花計(jì)時(shí)器(或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)、一端附有滑輪的長(zhǎng)木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙片2實(shí)驗(yàn)步驟(1)按照實(shí)驗(yàn)原理圖所示實(shí)驗(yàn)裝置，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板無滑輪的一端，接好電源；(2)把一細(xì)繩系在小車上，細(xì)繩繞過滑輪，下端掛合適的鉤碼，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，固定在小車后面；(3)把小車停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，接通電源，放開小車；(4)小車運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，斷開電源，取下紙帶；(5)

2、換紙帶反復(fù)做三次，選擇一條比較理想的紙帶進(jìn)行測(cè)量分析3注意事項(xiàng)(1)平行：紙帶、細(xì)繩要和長(zhǎng)木板平行(2)兩先兩后：實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源，后讓小車運(yùn)動(dòng)；實(shí)驗(yàn)完畢應(yīng)先斷開電源，后取紙帶(3)防止碰撞：在到達(dá)長(zhǎng)木板末端前應(yīng)讓小車停止運(yùn)動(dòng)，防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞(4)減小誤差：小車的加速度宜適當(dāng)大些，可以減小長(zhǎng)度的測(cè)量誤差，加速度大小以能在約50 cm的紙帶上清楚地取出67個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜規(guī)律方法總結(jié)1數(shù)據(jù)處理(1)目的通過紙帶求解運(yùn)動(dòng)的加速度和瞬時(shí)速度，確定物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)等(2)處理的方法分析物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)測(cè)量相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，計(jì)算相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)距離之差，看其是否為常數(shù)，從而確定物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)利用逐差

3、法求解平均加速度a1，a2，a3a利用平均速度求瞬時(shí)速度：vn利用速度時(shí)間圖象求加速度a作出速度時(shí)間圖象，通過圖象的斜率求解物體的加速度；b剪下相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的紙帶緊排在一起求解加速度2依據(jù)紙帶判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)(1)x1、x2、x3xn是相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離(2)x是兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間里的位移差：x1x2x1，x2x3x2.(3)T是相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔：T0.02n(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為50 Hz，n為兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間計(jì)時(shí)點(diǎn)的間隔數(shù))(4)xaT2，因?yàn)門是恒量，做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的小車的加速度a也為恒量，所以x必然是個(gè)恒量這表明：只要小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，它在任意兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)

4、的位移之差就一定相等考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作例1在做“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了能夠較準(zhǔn)確地測(cè)出加速度，將你認(rèn)為正確的選項(xiàng)前面的字母填在橫線上：_.A把附有滑輪的長(zhǎng)木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面B把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上沒有滑輪的一端，連接好電路C再把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，每次必須由靜止釋放小車D把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并把它的一端固定在小車的后面E把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，接通直流電源后，放開小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)，換上新紙帶，重復(fù)三次F從三條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開頭比較密集的點(diǎn)，在后邊便于測(cè)量

5、的地方找一個(gè)起始點(diǎn)，并把每打五個(gè)點(diǎn)的時(shí)間作為時(shí)間單位在選好的起始點(diǎn)下面記作0，往后第六個(gè)點(diǎn)作為計(jì)數(shù)點(diǎn)1，依次標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)2、3、4、5、6，并測(cè)算出相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離G根據(jù)公式a1、a2、a3及a求出a解析在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)盡可能地保證小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也要求紙帶能盡可能地直接反映小車的運(yùn)動(dòng)情況，既要減小系統(tǒng)誤差又要減小偶然誤差其中E項(xiàng)中的電源應(yīng)采用交流電源，而不是直流電源答案ABCDFG變式題組1實(shí)驗(yàn)操作與實(shí)驗(yàn)原理(2013·廣東·34(1)研究小車勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1甲所示，其中斜面傾角可調(diào)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50 Hz.紙帶上計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距如圖乙所示，其中每

6、相鄰兩點(diǎn)之間還有4個(gè)記錄點(diǎn)未畫出圖1部分實(shí)驗(yàn)步驟如下：A測(cè)量完畢，關(guān)閉電源，取出紙帶B接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后放開小車C將小車?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近，小車尾部與紙帶相連D把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在平板上，讓紙帶穿過限位孔上述實(shí)驗(yàn)步驟的正確順序是：_(用字母填寫)圖乙中標(biāo)出的相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔T_s.計(jì)數(shù)點(diǎn)5對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度大小計(jì)算式為v5_.為了充分利用記錄數(shù)據(jù)，減小誤差，小車加速度大小的計(jì)算式應(yīng)為a_.答案DCBA0.12實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)原理某同學(xué)用如圖2甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)圖2實(shí)驗(yàn)步驟如下：A安裝好實(shí)驗(yàn)器材；B讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列小點(diǎn)，重復(fù)幾次，選出

7、一條點(diǎn)跡比較清晰的紙帶，從便于測(cè)量的點(diǎn)開始，每五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖乙中a、b、c、d等點(diǎn)；C測(cè)出x1、x2、x3、.結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)你繼續(xù)完成下列問題：(1)實(shí)驗(yàn)中，除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(含紙帶、復(fù)寫紙)、小車、一端附有滑輪的長(zhǎng)木板、細(xì)繩、鉤碼、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列的儀器和器材中，必須使用的有_(填選項(xiàng)代號(hào))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(cè)力計(jì)H滑動(dòng)變阻器(2)如果小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，所得紙帶如圖乙所示，則x1、x2、x3的關(guān)系是_，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔是t，則打c點(diǎn)時(shí)小車的速度大小是_答案(1)AD(2)x3x2x2x1(或2x2

8、x1x3)解析(2)因小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，所以x3x2x2x1，即2x2x1x3.c點(diǎn)是bd段的時(shí)間中點(diǎn)，則c點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于該段的平均速度，vc.考點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理與誤差分析例2(2012·山東理綜·21(1)某同學(xué)利用如圖3所示的實(shí)驗(yàn)裝置，探究物塊在水平桌面上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律物塊在重物的牽引下開始運(yùn)動(dòng)，重物落地后，物塊再運(yùn)動(dòng)一段距離停在桌面上(尚未到達(dá)滑輪處)從紙帶上便于測(cè)量的點(diǎn)開始，每5個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖4所示打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源的頻率為50 Hz.圖3圖4通過分析紙帶數(shù)據(jù)，可判斷物塊在兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)_和_之間某時(shí)刻開始減速計(jì)數(shù)點(diǎn)5對(duì)應(yīng)的速度大小為_m/s，計(jì)數(shù)

9、點(diǎn)6對(duì)應(yīng)的速度大小為_m/s.(保留三位有效數(shù)字)物塊減速運(yùn)動(dòng)過程中加速度的大小為a_m/s2.解析從計(jì)數(shù)點(diǎn)1到6相鄰的相等時(shí)間內(nèi)的位移差x2.00 cm，在6、7計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移比5、6計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移增加了(12.2811.01) cm1.27 cm<2.00 cm，因此，開始減速的時(shí)刻在計(jì)數(shù)點(diǎn)6和7之間計(jì)數(shù)點(diǎn)5對(duì)應(yīng)的速度大小為v5 m/s1.00 m/s.計(jì)數(shù)點(diǎn)4對(duì)應(yīng)的速度大小為v4 m/s0.80 m/s.根據(jù)v5，得計(jì)數(shù)點(diǎn)6對(duì)應(yīng)的速度大小為v62v5v4(2×1.000.80) m/s1.20 m/s.物塊在計(jì)數(shù)點(diǎn)7到11之間做減速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)xaT2得x9x72a1T2x

10、10x82a2T2故a2.00 m/s2答案67(或76)1.001.202.00變式題組3數(shù)據(jù)處理(2014·全國(guó)大綱·22)現(xiàn)用頻閃照相方法來研究物塊的變速運(yùn)動(dòng)在一小物塊沿斜面向下運(yùn)動(dòng)的過程中，用頻閃相機(jī)拍攝的不同時(shí)刻物塊的位置如圖5所示拍攝時(shí)頻閃頻率是10 Hz；通過斜面上固定的刻度尺讀取的5個(gè)連續(xù)影像間的距離依次為x1、x2、x3、x4.已知斜面頂端的高度h和斜面的長(zhǎng)度s.數(shù)據(jù)如下表所示重力加速度大小g9.80 m/s2.圖5單位：cmx1x2x3x4hs10.7615.0519.3423.6548.0080.00根據(jù)表中數(shù)據(jù)，完成下列填空：(1)物塊的加速度a_

11、m/s2(保留3位有效數(shù)字)(2)因?yàn)開，可知斜面是粗糙的答案(1)4.30(2)物塊加速度小于g 5.88 m/s2(或物塊加速度小于物塊沿光滑斜面下滑的加速度)解析(1)根據(jù)“逐差法”可得物塊的加速度為a m/s24.30 m/s2.(2)假設(shè)斜面光滑，對(duì)物塊受力分析可得物塊下滑的加速度agsin g 9.80× m/s25.88 m/s2.根據(jù)a>a，可知斜面是粗糙的. 4數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)中，如圖6所示為一次記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T0.1 s.圖6(1)根據(jù)紙帶可判定小車做_運(yùn)動(dòng)(2)根據(jù)紙帶計(jì)算各點(diǎn)瞬時(shí)速度：vD

12、_ m/s，vC_ m/s，vB_ m/s.在如圖7所示坐標(biāo)中作出小車的vt圖線，并根據(jù)圖線求出a_.圖7(3)將圖線延長(zhǎng)與縱軸相交，交點(diǎn)的速度的物理意義是_.答案(1)勻加速直線(2)3.902.641.38見解析圖12.60 m/s2(3)零時(shí)刻小車經(jīng)過A點(diǎn)的速度解析(1)根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)可知xBCxABxCDxBCxDExCD12.60 cm，故小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)(2)根據(jù)v可知vD m/s3.90 m/svC m/s2.64 m/svB m/s1.38 m/s描點(diǎn)連線得如圖所示vt圖線，根據(jù)圖線斜率知a12.60 m/s2.(3)圖線與縱軸交點(diǎn)的速度的物理意義是零時(shí)刻小車經(jīng)過A點(diǎn)的

13、速度考點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新例3某校研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)用如圖8甲所示的滴水法測(cè)量一小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度實(shí)驗(yàn)過程如下：在斜面上鋪上白紙，用圖釘固定；把滴水計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)器的滴水速度，使其每0.2 s滴一滴(以滴水計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)器盛滿水，使水滴能滴入淺盤內(nèi)；隨即在撤去淺盤的同時(shí)放開小車，于是水滴在白紙上留下標(biāo)志小車運(yùn)動(dòng)規(guī)律的點(diǎn)跡；小車到達(dá)斜面底端時(shí)立即將小車移開圖乙為實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶，用刻度尺量出相鄰點(diǎn)之間的距離是x011.40 cm，x122.15 cm，x232.91 cm，x3

14、43.65 cm，x454.41 cm，x565.15 cm.試問：圖8(1)滴水計(jì)時(shí)器的原理與課本上介紹的_原理類似(2)由紙帶數(shù)據(jù)計(jì)算可得計(jì)數(shù)點(diǎn)4所代表時(shí)刻的瞬時(shí)速度v4_m/s，小車的加速度a_m/s2.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)解析(1)由題知滴水計(jì)時(shí)器的原理與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器原理類似(2)可把小車的運(yùn)動(dòng)看做是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，則v4 m/s0.20 m/s；求加速度利用逐差法：(x56x45x34)(x23x12x01)9aT2，即(5.154.413.65)×102 m(2.912.151.40)×102 m9a×(0.2 s)2，解得a0.19 m/s2.答

15、案(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(2)0.200.19拓展題組5實(shí)驗(yàn)拓展光電計(jì)時(shí)器也是一種研究物體運(yùn)動(dòng)情況的常用計(jì)時(shí)儀器，其結(jié)構(gòu)如圖9甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當(dāng)有物體從a、b間通過時(shí)，光電計(jì)時(shí)器就可以精確地把物體從開始擋光到擋光結(jié)束的時(shí)間記錄下來現(xiàn)利用圖乙所示的裝置測(cè)量滑塊和長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)，圖中MN是水平桌面，Q是長(zhǎng)木板與桌面的接觸點(diǎn)，1和2是固定在長(zhǎng)木板適當(dāng)位置的兩個(gè)光電門，與之連接的兩個(gè)光電計(jì)時(shí)器沒有畫出，長(zhǎng)木板頂端P點(diǎn)懸有一鉛錘實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓滑塊從長(zhǎng)木板的頂端滑下，光電門1、2各自連接的計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為1.0×102 s和4.0×103 s用精度

16、為0.05 mm的游標(biāo)卡尺測(cè)量滑塊的寬度d，其示數(shù)如圖丙所示圖9(1)滑塊的寬度d_ cm.(2)滑塊通過光電門1時(shí)的速度v1_ m/s，滑塊通過光電門2時(shí)的速度v2_ m/s.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)由此測(cè)得的瞬時(shí)速度v1和v2只是一個(gè)近似值，它們實(shí)質(zhì)上是通過光電門1和2時(shí)的_，要使瞬時(shí)速度的測(cè)量值更接近于真實(shí)值，可將_的寬度減小一些答案(1)1.010(2)1.02.5(3)平均速度滑塊解析(1)d10 mm0.05 mm×210.10 mm1.010 cm.(2)v1 m/s1.0 m/sv2 m/s2.5 m/s(3)v1、v2實(shí)質(zhì)上是通過光電門1和2時(shí)的平均速度，要使瞬時(shí)速度的測(cè)量值更接近于真實(shí)值，可將滑塊的寬度減小一些6數(shù)據(jù)處理某同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究做勻加速直線運(yùn)動(dòng)小車的運(yùn)動(dòng)情況，圖10所示為該同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的一條紙帶中的部分計(jì)數(shù)點(diǎn)(后面計(jì)數(shù)點(diǎn)未畫出)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有4個(gè)點(diǎn)跡未畫出(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打出一個(gè)點(diǎn))圖10(1)為研究小車的運(yùn)動(dòng)，該同學(xué)用剪刀沿虛線方向把紙帶上OB、BD、DF等各段紙帶剪下，將剪下的紙帶一端對(duì)齊，按順序貼好，如圖11所示簡(jiǎn)要說明怎樣判斷此小車是否做勻加速直線