第4講　實(shí)驗(yàn)：研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)

第4講實(shí)驗(yàn)：研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．練習(xí)正確使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)會(huì)利用打點(diǎn)紙帶研究物體的運(yùn)動(dòng)。2．掌握判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法Δx＝aT2。3．掌握使用速度—時(shí)間圖像求加速度的方法。4．掌握使用逐差法計(jì)算勻變速直線運(yùn)動(dòng)加速度的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1．實(shí)驗(yàn)原理圖2．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：6V以下交流電源。(2)電火花計(jì)時(shí)器：220V交流電源。(3)當(dāng)所用交流電源的頻率f＝50Hz時(shí)，每隔0.02s打一次點(diǎn)。若交流電的頻率變化，對應(yīng)打點(diǎn)時(shí)間間隔也會(huì)發(fā)生變化。3．處理紙帶數(shù)據(jù)時(shí)區(qū)分計(jì)時(shí)點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn)計(jì)時(shí)點(diǎn)是指打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下的點(diǎn)。計(jì)數(shù)點(diǎn)是指測量和計(jì)算時(shí)在紙帶上所選取的點(diǎn)，要注意“每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)”與“每隔4個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)”取點(diǎn)方法是一樣的，時(shí)間間隔均為0.1s。三、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、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙。四、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．把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源后放開小車。4．小車運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，斷開電源，取下紙帶。5．換紙帶重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次，選擇一條比較理想的紙帶進(jìn)行測量分析。一、基礎(chǔ)考法保住分考查點(diǎn)(一)實(shí)驗(yàn)原理與操作1．(2023·浙江1月選考，節(jié)選)在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。(1)需要的實(shí)驗(yàn)操作有________(多選)。A．調(diào)節(jié)滑輪使細(xì)線與軌道平行B．傾斜軌道以補(bǔ)償阻力C．小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器靜止釋放D．先接通電源再釋放小車(2)經(jīng)正確操作后打出一條紙帶，截取其中一段如圖乙所示。選取連續(xù)打出的點(diǎn)0、1、2、3、4為計(jì)數(shù)點(diǎn)，則計(jì)數(shù)點(diǎn)1的讀數(shù)為________cm。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電源的頻率為50Hz，則打計(jì)數(shù)點(diǎn)2時(shí)小車的速度大小為：________m/s(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。答案：(1)ACD

(2)2.75

1.47[關(guān)鍵點(diǎn)撥]實(shí)驗(yàn)操作的四點(diǎn)注意(1)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)調(diào)節(jié)紙帶和細(xì)繩，使其與木板平行。(2)在研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，可通過改變懸掛的鉤碼個(gè)數(shù)來改變加速度，無需平衡小車的摩擦力。(3)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。(4)在小車到達(dá)木板末端前應(yīng)讓小車停止運(yùn)動(dòng)，以防止小車與滑輪相撞及鉤碼落地。2．(1)某同學(xué)用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電源為________(填寫字母)。A．220V的交流電 B．6V以下的交流電C．220V的直流電

D．6V以下的直流電(2)實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn)，打出的紙帶如圖所示，則可大致判斷小車做________(選填“勻速”或“勻變速”)直線運(yùn)動(dòng)，這是因?yàn)開_______________；計(jì)算小車的加速度大小a＝_____m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。解析：(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電源為6V以下的交流電，選項(xiàng)B正確。(2)根據(jù)打出的紙帶中兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)的位移之差恒定，可大致判斷小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。利用Δx＝aT

2，T＝5×0.02s＝0.1s，可得小車的加速度大小a＝0.30m/s2。答案：(1)B

(2)勻變速兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)的位移之差恒定0.30考查點(diǎn)(二)數(shù)據(jù)處理與誤差分析3．(2022·全國乙卷)用雷達(dá)探測一高速飛行器的位置。從某時(shí)刻(t＝0)開始的一段時(shí)間內(nèi)，該飛行器可視為沿直線運(yùn)動(dòng)，每隔1s測量一次其位置，坐標(biāo)為x，結(jié)果如下表所示：回答下列問題：(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)可判斷該飛行器在這段時(shí)間內(nèi)近似做勻加速運(yùn)動(dòng)，判斷的理由是：____________________________________________________________；t/s0123456x/m050710941759250533294233(2)當(dāng)x＝507m時(shí)，該飛行器速度的大小v＝________m/s；(3)這段時(shí)間內(nèi)該飛行器加速度的大小a＝______m/s2(保留2位有效數(shù)字)。解析：(1)第1s內(nèi)的位移為507m，第2s內(nèi)的位移為587m，第3s內(nèi)的位移為665m，第4s內(nèi)的位移為746m，第5s內(nèi)的位移為824m，第6s內(nèi)的位移為904m，則相鄰1s內(nèi)的位移之差接近80m，可知飛行器在這段時(shí)間內(nèi)做勻加速運(yùn)動(dòng)；答案：(1)相鄰1s內(nèi)的位移之差接近80m(2)547

(3)794．在做“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，某同學(xué)得到一條用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶如圖甲所示，并在其上取A、B、C、D、E、F、G7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)，圖中沒有畫出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接周期為T0＝0.02s的交流電源。他經(jīng)過測量并計(jì)算得到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打B、C、D、E、F各點(diǎn)時(shí)物體的瞬時(shí)速度如表所示：對應(yīng)點(diǎn)BCDEF速度/(m·s－1)0.1220.1640.2050.2500.289(1)計(jì)算vF的公式為vF＝________(用已知量字母表示)。(2)根據(jù)表中記錄的數(shù)據(jù)，在圖乙坐標(biāo)紙上作出v-t圖像，令B點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，并求物體的加速度a＝_______m/s2。(3)如果當(dāng)時(shí)電網(wǎng)中交變電流的頻率是f＝51Hz，而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，那么加速度的測量值與實(shí)際值相比________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。二、創(chuàng)新考法不失分創(chuàng)新角度(一)實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新1．(2022·遼寧高考)某同學(xué)利用如圖所示的裝置測量重力加速度，其中光柵板上交替排列著等寬度的遮光帶和透光帶(寬度用d表示)。實(shí)驗(yàn)時(shí)將光柵板置于光電傳感器上方某高度，令其自由下落穿過光電傳感器。光電傳感器所連接的計(jì)算機(jī)可連續(xù)記錄遮光帶、透光帶通過光電傳感器的時(shí)間間隔Δt。(1)除圖中所用的實(shí)驗(yàn)器材外，該實(shí)驗(yàn)還需要______(填“天平”或“刻度尺”)；(2)該同學(xué)測得遮光帶(透光帶)的寬度為4.50cm，記錄時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)如表所示，根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得編號為3的遮光帶通過光電傳感器的平均速度大小為v3＝________m/s(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)；(3)某相鄰遮光帶和透光帶先后通過光電傳感器的時(shí)間間隔為Δt1、Δt2，則重力加速度g＝______(用d、Δt1、Δt2表示)；(4)該同學(xué)發(fā)現(xiàn)所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果小于當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，請寫出一條可能的原因：__________________________________________________________________。編號1遮光帶2遮光帶3遮光帶…Δt/(×10－3s)73.0438.6730.00…2．某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運(yùn)動(dòng)，用自制“滴水計(jì)時(shí)器”計(jì)量時(shí)間。實(shí)驗(yàn)前，將該計(jì)時(shí)器固定在小車旁，如圖甲所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運(yùn)動(dòng)過程中，滴水計(jì)時(shí)器等時(shí)間間隔地滴下小水滴，圖乙記錄了桌面上連續(xù)的6個(gè)水滴的位置。(已知滴水計(jì)時(shí)器每30s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴)(1)由圖乙可知，小車在桌面上是________(填“從右向左”或“從左向右”)運(yùn)動(dòng)的。(2)該小組同學(xué)根據(jù)圖乙的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運(yùn)動(dòng)。小車運(yùn)動(dòng)到圖乙中A點(diǎn)位置時(shí)的速度大小為_______m/s，加速度大小為________m/s2。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)答案：(1)從右向左(2)0.19

0.037創(chuàng)新角度(二)實(shí)驗(yàn)過程的創(chuàng)新3．某興趣小組利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來測量重力加速度。鐵架臺(tái)豎直放置，上端固定電磁鐵M，A、B為位置可調(diào)節(jié)的光電門，均與數(shù)字計(jì)時(shí)器N相連。實(shí)驗(yàn)步驟如下：①接通M的開關(guān)，吸住小球；②將A固定在小球下方某一位置，調(diào)節(jié)B的位置并固定，測出A和B之間的距離h1；③斷開M的開關(guān)，小球自由下落，記錄小球從A到B的時(shí)間，重復(fù)測量3次對應(yīng)于h1的時(shí)間，平均值為t1；④保持A位置不變而改變B的位置并固定，測出A和B之間的距離h2，重復(fù)測量3次對應(yīng)于h2的時(shí)間，平均值為t2。完成下列問題：(1)本實(shí)驗(yàn)所用器材有：鐵架臺(tái)、電源、電磁鐵、光電門、數(shù)字計(jì)時(shí)器、小球和______