实验一　研究匀变速直线运动

1、实验一研究匀变速直线运动实验一研究匀变速直线运动 1练习使用打点计时器，学会用打上点的纸带研究物体的运练习使用打点计时器，学会用打上点的纸带研究物体的运 动动 2掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法(xaT2) 3测定匀变速直线运动的加速度测定匀变速直线运动的加速度 1打点计时器打点计时器 (1)作用：计时仪器，每隔作用：计时仪器，每隔0.02 s打一次点打一次点 (3)纸带上点的意义：纸带上点的意义： 表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置 通过研究纸带上各点之间的间隔，可以判断物体的运动情况通过研究纸带上各点之间的间

2、隔，可以判断物体的运动情况 可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔 图图1 (3)“图象法图象法”求加速度，即由求加速度，即由“平均速度法平均速度法”求出多个点的速度，求出多个点的速度， 画出画出vt图，直线的斜率即加速度图，直线的斜率即加速度 电火花计时器电火花计时器(或电磁打点计时器或电磁打点计时器)、一端附有滑轮的长木板、小、一端附有滑轮的长木板、小 车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片 1把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把把附有滑轮的长木板放在实验桌上

3、，并使滑轮伸出桌面，把 打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路 2把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩 码，把纸带穿过打点计时器，并将它的一端固定在小车的后面实验码，把纸带穿过打点计时器，并将它的一端固定在小车的后面实验 装置见下图装置见下图2，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行 图图2 3把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车，把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车， 让小车拖着纸带运动，打点

4、计时器就在纸带上打下一系列的点，换上让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上 新纸带，重复三次新纸带，重复三次 4.从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的 点，从后边便于测量的点开始确定计数点，为了计算方便和减小误差，点，从后边便于测量的点开始确定计数点，为了计算方便和减小误差， 通常用连续打点五次的时间作为时间单位，即通常用连续打点五次的时间作为时间单位，即T0.1 s，如下图，如下图3，正，正 确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离，并填入设计的表格确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离，并填

5、入设计的表格 中中 图图3 5.利用某一段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度利用某一段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度 求得各计数点的瞬时速度求得各计数点的瞬时速度 6增减所拴的钩码数，再做两次实验增减所拴的钩码数，再做两次实验 位置编号位置编号0 01 12 23 34 4 5 5 时间时间t t/s/s0 00.10.10.20.20.30.30.40.40.50.5 相邻两计数点间的距相邻两计数点间的距 离离x x/m/m 计数点的速度计数点的速度v v/(m/s)/(m/s) 7由实验数据得出由实验数据得出vt图象图象 (1)根据表格中的根据表格中的v，t数据，在

6、平面直角坐标系中仔细描点，如图数据，在平面直角坐标系中仔细描点，如图4 可以看到，描出的几个点都大致落在一条直线上可以看到，描出的几个点都大致落在一条直线上 (2)做一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上，做一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上， 落不到直线上的点，应均匀分布在直线的两侧，这条直线就是本次实落不到直线上的点，应均匀分布在直线的两侧，这条直线就是本次实 验的验的vt图象，它是一条倾斜的直线图象，它是一条倾斜的直线 图图4 8由实验得出的由实验得出的vt图象进一步得出小车运动的速度随时间变化图象进一步得出小车运动的速度随时间变化 的规律的规律 有两条途径进

7、行分析有两条途径进行分析 (1)分析图象的特点得出，小车运动的分析图象的特点得出，小车运动的vt图象是一条倾斜的直线图象是一条倾斜的直线 如图如图5所示，当时间增加相同的值所示，当时间增加相同的值t，速度也会增加相同的值，速度也会增加相同的值v，由此，由此 得出结论：小车的速度随时间均匀变化得出结论：小车的速度随时间均匀变化 图图5 (2)通过函数关系进一步得出，既然小车的通过函数关系进一步得出，既然小车的vt图象是一条倾斜的图象是一条倾斜的 直线，那么直线，那么v随随t变化的函数关系式为变化的函数关系式为vktb，显然，显然v与与t成成“线性关线性关 系系”，小车的速度随时间均匀变化，小车的

8、速度随时间均匀变化 1开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器 2先接通电源，计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动先接通电源，计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动 时及时断开电源时及时断开电源 3要区别计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸带上要区别计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸带上 每隔四个点取一个计数点，即时间间隔为每隔四个点取一个计数点，即时间间隔为T0.025 s0.1 s 4小车另一端挂的钩码个数要适当，避免速度过大而使纸带上小车另一端挂的钩码个数要适当，避免速度过大而使纸带上 打的点太少，或者速度太小，使纸带上的点过于密集

9、打的点太少，或者速度太小，使纸带上的点过于密集 5选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰适当舍弃开选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰适当舍弃开 头密集部分，适当选取计数点，弄清楚所选的时间间隔头密集部分，适当选取计数点，弄清楚所选的时间间隔T. 6测测x时不要分段测量，读数时要注意有效数字的要求，计算时不要分段测量，读数时要注意有效数字的要求，计算a 时要注意用逐差法，以减小误差时要注意用逐差法，以减小误差 解析解析长木板不能侧向倾斜，但可以一端高一端低，故长木板不能侧向倾斜，但可以一端高一端低，故A错实错实 验时，为了能在纸带上得到较多的点迹，释放小车前，小车应停在靠验时，为了能在纸

10、带上得到较多的点迹，释放小车前，小车应停在靠 近打点计时器处，近打点计时器处，B对；如果先释放小车，可能纸带上打不上几个点，对；如果先释放小车，可能纸带上打不上几个点， 故故C对；为了保护小车，避免落地摔坏，在小车到达定滑轮前要用手对；为了保护小车，避免落地摔坏，在小车到达定滑轮前要用手 使小车停止运动，使小车停止运动，D对对 答案答案A 题后反思题后反思 凡是应用打点计时器的实验，都必需先接通电源，等打点稳定后，凡是应用打点计时器的实验，都必需先接通电源，等打点稳定后， 再释放纸带本实验要保护小车，以免摔坏再释放纸带本实验要保护小车，以免摔坏 变式变式11在在“测定匀变速直线运动的加速度测定

11、匀变速直线运动的加速度”的实验中，某同的实验中，某同 学的操作步骤如下，其中错误或遗漏的步骤有学的操作步骤如下，其中错误或遗漏的步骤有(遗漏可编上序号遗漏可编上序号G、 H)_ A拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器处先放开纸带，再接拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器处先放开纸带，再接 通电源通电源 B将打点计时器固定在平板上，并接好电源将打点计时器固定在平板上，并接好电源 C把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重 的钩码的钩码 D取下纸带取下纸带 E将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做加速运动将平板一端抬高，轻推小车，使

12、小车能在平板上做加速运动 F将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔 将以上步骤完善并按合理顺序填写在横线上将以上步骤完善并按合理顺序填写在横线上 _ _ 解析：解析：A中应先接通电源再放开纸带，中应先接通电源再放开纸带，D中先断开电源，使计时中先断开电源，使计时 器停止工作，再取下纸带；遗漏器停止工作，再取下纸带；遗漏G，换上新纸带重复实验三次合理，换上新纸带重复实验三次合理 顺序顺序BEFCADG 答案：见解析答案：见解析 题型二利用纸带求速度和加速度题型二利用纸带求速度和加速度 例例2如图如图6所示，某同学在做所示，某同学在做“研究匀变

13、速直线运动研究匀变速直线运动”实验中，实验中， 由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻 计数点的时间间隔为计数点的时间间隔为T0.10 s，其中，其中x17.05 cm，x27.68 cm，x3 8.33 cm，x48.95 cm，x59.61 cm，x610.26 cm，则，则A点处瞬时速点处瞬时速 度的大小是度的大小是_m/s，小车运动的加速度计算表达式为，小车运动的加速度计算表达式为_， 加速度的大小是加速度的大小是_m/s2(计算结果保留两位有效数字计算结果保留两位有效数字) 图图6 题后反思题后反思 求

14、解时注意三点：求解时注意三点： (1)认清计时点与计数点，以便于确定打点周期；认清计时点与计数点，以便于确定打点周期； (2)明确明确x1、x2、xn表示的含义，是相邻两个点的间距还是某表示的含义，是相邻两个点的间距还是某 点到起点的间距；点到起点的间距； (3)准确进行单位换算，因为纸带上的数据通常是以厘米为单位准确进行单位换算，因为纸带上的数据通常是以厘米为单位 的的 变式变式21(2011日照模拟日照模拟)在在“研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动”的实验中，的实验中， 打点计时器使用的交流电源的频率为打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz，记录小车运动的纸带如图，记录小车运动的纸带

15、如图 7所示，在纸带上选择所示，在纸带上选择6个计数点个计数点A、B、C、D、E、F，相邻两计数点，相邻两计数点 之间还有四个点未画出，各点到之间还有四个点未画出，各点到A点的距离依次是点的距离依次是2.0 cm、5.0 cm、9.0 cm、14.0 cm、20.0 cm. 图图7 (1)根据学过的知识可以求出小车在根据学过的知识可以求出小车在B点的速度为点的速度为vB_m/s， CE间的平均速度为间的平均速度为_ m/s. 图图8 (2)以打以打B点时为计时起点，建立点时为计时起点，建立vt坐标系如图坐标系如图8所示，请在图中所示，请在图中 作出小车运动的速度与时间的关系图线作出小车运动的速

16、度与时间的关系图线 (3)根据图线可得小车运动的加速度为根据图线可得小车运动的加速度为_ m/s2. 图图9 答案：答案：(1)0.250.45(2)见图见图9(3)1 1如图如图10所示，为同一打点计时器打出的两条纸带，由纸带可所示，为同一打点计时器打出的两条纸带，由纸带可 知知() A在打下计数点在打下计数点“0”至至“5”的过程中，纸带甲的平均速度比乙的过程中，纸带甲的平均速度比乙 的大的大 B在打下计数点在打下计数点“0”至至“5”的过程中，纸带甲的平均速度比乙的过程中，纸带甲的平均速度比乙 的小的小 C纸带甲的加速度比乙的大纸带甲的加速度比乙的大 D纸带甲的加速度比乙的小纸带甲的加速

17、度比乙的小 图图10 答案：答案：BD 2“研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动”的实验中，使用电磁式打点计时器的实验中，使用电磁式打点计时器 (所用交流电的频率为所用交流电的频率为50 Hz)，得到如图，得到如图11所示的纸带图中的点为计所示的纸带图中的点为计 数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表述正确的是数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表述正确的是() A实验时应先放开纸带再接通电源实验时应先放开纸带再接通电源 B(x6x1)等于等于(x2x1)的的6倍倍 C从纸带可求出计数点从纸带可求出计数点B对应的速率对应的速率 D相邻两个计数点间的时间间隔为相邻两个计数点间的时

18、间间隔为0.02 s 图图11 答案：答案：C 3一小球在桌面上做匀加速直线运动，现用高速摄影机在同一一小球在桌面上做匀加速直线运动，现用高速摄影机在同一 底片上多次曝光，记录下小球运动过程中在每次曝光时的位置，并将底片上多次曝光，记录下小球运动过程中在每次曝光时的位置，并将 小球的位置编号，得到的照片如图小球的位置编号，得到的照片如图12所示由于底片保管不当，其中所示由于底片保管不当，其中 位置位置4处被污损若已知摄影机连续两次曝光的时间间隔均为处被污损若已知摄影机连续两次曝光的时间间隔均为1 s，则利，则利 用该照片可求出：小球运动的加速度约为用该照片可求出：小球运动的加速度约为_m/s2

19、。位置。位置4对应的对应的 速度为速度为_m/s，能求出，能求出4的具体位置吗？的具体位置吗？_。求解方法是：。求解方法是： _(不要求计算，但要说明过程不要求计算，但要说明过程) 图图12 答案：答案：10 2 10 2 10 2均可 均可)910 2能利用 能利用(x6x4) (x4x2)4aT2可求出可求出x4的具体位置的具体位置(其他方法合理均可其他方法合理均可) 4. (2010广东理综广东理综)如图如图13是某同学在做匀变速直线运动实验中获是某同学在做匀变速直线运动实验中获 得的一条纸带得的一条纸带 图图13 已知打点计时器电源频率为已知打点计时器电源频率为50 Hz，则纸带上打相

20、邻两点的时，则纸带上打相邻两点的时 间间隔为间间隔为_ A、B、C、D是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四 个点没有画出从图中读出个点没有画出从图中读出A、B两点间距两点间距s_；C点对应的速点对应的速 度是度是_(计算结果保留三位有效数字计算结果保留三位有效数字) 答案：答案：0.02 s0.70 cm0.100 m/s 5某同学用如图某同学用如图14所示装置测量重力加速度所示装置测量重力加速度g，所用交流电频率，所用交流电频率 为为50 Hz.在所选纸带上取某点为在所选纸带上取某点为0计数点，然后每计数点，然后每3个点取一个计数点，个点取一个

21、计数点， 所有测量数据及其标记符号如图所有测量数据及其标记符号如图15所示所示 图图14 图图15 从数据处理方法看，在从数据处理方法看，在x1、x2、x3、x4、x5、x6中，对实验结果起中，对实验结果起 作用的，方法作用的，方法A中有中有_；方法；方法B中有中有_因此，选择方法因此，选择方法 _(A或或B)更合理，这样可以减少实验的更合理，这样可以减少实验的_(系统或偶然系统或偶然) 误差本实验误差的主要来源有误差本实验误差的主要来源有_(试举出两条试举出两条) 因此，选择方法因此，选择方法B更合理，更易减小偶然误差本题中误差来源更合理，更易减小偶然误差本题中误差来源 很多，例如：阻力很多

22、，例如：阻力(空气阻力，振针的阻力，限位孔的阻力，复写纸的空气阻力，振针的阻力，限位孔的阻力，复写纸的 阻力等阻力等)，交流电频率，长度测量，数据处理方法等，交流电频率，长度测量，数据处理方法等 答案：答案：x x1 1、x x6 6；x x1 1、x x2 2、x x3 3、x x4 4、x x5 5、x x6 6B B偶然阻力偶然阻力( (空气阻空气阻 力，振针的阻力，限位孔的阻力，复写纸的阻力等力，振针的阻力，限位孔的阻力，复写纸的阻力等) )，交流电频率，长，交流电频率，长 度测量，数据处理方法等度测量，数据处理方法等 6某同学用图某同学用图16所示的实验装置研究小车在斜面上的运动实所示的实验装置研究小车在斜面上的运动实 验步骤如下：验步骤如下： a安装好实验器材安装好实验器材 图图16 b接通电源后，让拖着纸带的小车沿平板