第一章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 ,学生用书 P14) 一、实验目的 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动情况 2会利用纸带求匀变速直线运动的速度、加速度 3利用打点纸带探究小车速度随时间变化的规律，并能画出小车运动的 vt 图象，根据图象求加速度 二、实验器材 电火花计时器(或电磁打点计时器)、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 三、实验步骤 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，下边挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固

2、定在小车的后面实验装置见上图，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行 3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，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次 4从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点，以后依次每五个点取一个计数点，确定好计数始点，并标明 0、1、2、3、4、，测量各计数点到 0 点的距离 x，并记录填入表中. 位置编号 0 1 2 3 4 5 t/s x/m v/(ms1) 5.计算出相邻的计数点之间的距离 x1、x2、x3、. 6利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的

3、瞬时速度求得各计数点 1、2、3、4、5 的瞬时速度，填入上面的表格中 7增减所挂钩码数，再做两次实验 四、注意事项 1纸带、细绳要和长木板平行 2释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置 3 实验时应先接通电源， 后释放小车； 实验后先断开电源， 后取下纸带 , 一、数据处理 1匀变速直线运动的判断： (1)沿直线运动的物体在连续相等时间 T 内的位移分别为 x1、x2、x3、x4、，若xx2x1x3x2x4x3则说明物体在做匀变速直线运动，且xaT2. (2)利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度，作出物体运动的 vt 图象若 vt 图线是一条倾斜的直线，则说明物体的速度随时间均匀变化

4、，即做匀变速直线运动 2求速度的方法： 根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度 vnxnxn12T. 3求加速度的两种方法： (1)逐差法：即根据 x4x1x5x2x6x33aT2(T 为相邻两计数点之间的时间间隔)，求出 a1x4x13T2，a2x5x23T2，a3x6x33T2，再算出 a1、a2、a3的平均值 aa1a2a3313x4x13T2x5x23T2x6x33T2 （x4x5x6）（x1x2x3）9T2，即为物体的加速度 (2)图象法：以打某计数点时为计时起点，利用 vnxnxn12T求出打各点时的瞬时速度，描点得 vt 图象，图象的斜率即为物体做匀

5、变速直线运动的加速度 二、误差分析 1纸带上计数点间距测量有偶然误差，故要多测几组数据，以尽量减小误差 2纸带运动时摩擦不均匀，打点不稳定引起测量误差，所以安装时纸带、细绳要与长木板平行，同时选择符合要求的交流电源的电压及频率 3用作图法作出的 vt 图象并不是一条直线为此在描点时最好用坐标纸，在纵、横轴上选取合适的单位，用细铅笔认真描点 4在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地，小车与滑轮碰撞 5选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点 6在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏，而导致误差过大)，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条平滑曲线，让各点尽

6、量落到这条曲线上，落不到曲线上的各点应均匀分布在曲线的两侧 考点一_对实验步骤和实验原理的考查_ 学生用书 P16 (2013 高考广东卷)研究小车匀变速直线运动的实验装置如图甲所示， 其中斜面倾角 可调打点计时器的工作频率为 50 Hz，纸带上计数点的间距如图乙所示，其中每相邻两点之间还有 4 个记录点未画出 (1)部分实验步骤如下： A测量完毕，关闭电源，取出纸带 B接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车 C将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连 D把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔 上述实验步骤的正确顺序是：_(用字母填写) (2)图乙中标出的相邻两计数点的时间间隔 T

7、_s. (3)计数点 5 对应的瞬时速度大小计算式为 v5_ (4)为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为 a_ 解析 (1)正确的实验步骤为 D、C、B、A. (2)相邻两个计数点间的时间间隔 T5150 s0.1 s. (3)匀变速直线运动一段位移内的中间时刻的瞬时速度等于该段位移的平均速度，则计数点 5 对应的瞬时速度大小 v5x4x52T. (4)用逐差法求得小车的加速度 a（x4x5x6）（x1x2x3）9T2. 答案 (1)DCBA (2)0.1 (3)x4x52T (4)（x4x5x6）（x1x2x3）9T2 考点二_对实验器材和数据处理的考查_ 学生用书 P

8、16 在做“研究匀变速直线运动”的实验中： (1)实验室提供了以下器材：打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸、弹簧测力计其中在本实验中不需要的器材是_ (2)如图所示，是某同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的时间间隔 T0.02 s，其中 x17.05 cm、x27.68 cm、x38.33 cm、x48.95 cm、x59.61 cm、x610.26 cm. 下表列出了打点计时器打下 B、C、F 时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下 D、E 两点时小车的瞬时速

9、度. 位置 B C D E F 速度(ms1) 0.737 0.801 0.994 (3)以 A 点为计时起点，在坐标图中画出小车的速度时间关系图线 (4)根据你画出的小车的速度时间关系图线计算出的小车的加速度 a_m/s2. 解析 (1)本实验中不需要测量力的大小，因此不需要的器材是弹簧测力计 (2)根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度知： vDx3x42T（8.338.95）102m20.1 s0.864 m/s 同理可得 vE0.928 m/s. (3)小车的速度时间关系图线如图所示 (4)小车的加速度 avt1.000.700.500.04 m/s20.65 m

10、/s2. 答案 见解析 ,学生用书 P16) 2016 年高考命题对本实验的改进创新可能从以下角度进行： 用气垫导轨代替长木板； 用频闪照相的方法或光电计时器代替打点计时器 通过以上装置的改进能最大限度地减少因长木板和打点计时器的限位孔的阻力而导致的小车加速度不恒定，使小车尽可能做匀加速直线运动，以提高实验的精确度 (2014 高考大纲全国卷)现用频闪照相方法来研究物块的变速运动 在一小物块沿斜面向下运动的过程中， 用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示 拍摄时频闪频率是 10 Hz；通过斜面上固定的刻度尺读取的 5 个连续影像间的距离依次为 x1、x2、x3、x4.已知斜面顶端的高度 h

11、 和斜面的长度 s.数据如下表所示重力加速度大小 g9.80 m/s2. 单位：cm x1 x2 x3 x4 h s 10.76 15.05 19.34 23.65 48.00 80.00 根据表中数据，完成下列填空： (1)物块的加速度 a_(保留 3 位有效数字) (2)因为_，可知斜面是粗糙的 解析 (1)根据匀变速直线运动的推论，利用逐差法，得 x3x12a1T2，x4x22a2T2 aa1a22，又知 T1f0.1 s 联立以上各式得 a4.30 m/s2. (2)如果斜面光滑， 根据牛顿第二定律得， 物块下滑的加速度 agsin ghs5.88 m/s2a，所以斜面是粗糙的 答案

12、(1)4.30 m/s2 (2)aghs5.88 m/s2 点评 高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，即所谓情境新而知识旧因此做实验题应注重迁移创新能力的培养，用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题对于本题物理过程旧，但情景新，数据处理属于逐差法处理纸带问题的延伸 1(2015 佛山模拟)某同学利用打点计时器测量小车做匀变速直线运动的加速度 (1)电磁打点计时器是一种使用_(选填“交流”或“直流”)电源的计时仪器， 它的工作电压是 46 V，当电源的频率为 50 Hz 时，它每隔_ s 打一次点 (2)使用打点计时器时，接通电源与让纸带随小车开始运动这两个操作过程的操作顺序应该是( ) A

13、先接通电源，后释放纸带 B先释放纸带，后接通电源 C释放纸带的同时接通电源 D哪个先，哪个后都可以 (3)实验中该同学从打出的若干纸带中选取一条纸带， 如图所示， 纸带上按时间顺序取 A、B、C、D 四个计数点，每两个点之间还有四个点未画出，用尺子测得相邻各点间的距离为x13.62 cm，x24.75 cm，x35.88 cm. 根 据 纸 带 数 据 可 以 判 断 小 车 在 做 匀 加 速 直 线 运 动 ， 理 由 是_(请用文字描述)；在计数点 C 所代表的时刻，纸带运动的瞬时速度是_ m/s，小车的加速度是_ m/s2(以上两空小数点后保留两位数字) 答案：(1)交流 0.02 (

14、2)A (3)相邻相等时间内的位移差相等 0.53 1.13 2某同学用如图所示的装置测定重力加速度： (1)电火花计时器的工作电压为_，频率为_ (2)打出的纸带如图所示，实验时纸带的_端应和重物相连接(选填“甲”或“乙”) (3)纸带上 1 至 9 各点为计时点， 由纸带所示数据可算出实验时的加速度为_m/s2. 解析：(1)交流 220 V，50 Hz (2)开始打点时，速度小，点距近，故乙端与重物相连接 (3)x23x785aT2， ax23x785T2（3.922.04）1025（0.02）2 m/s29.4 m/s2. 答案：(1)交流 220 V 50 Hz (2)乙 (3)9.

15、4 3在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图所示是一条记录小车运动情况的纸带，图中 A、B、C、D、E 为相邻的计数点，每相邻的两个计数点之间还有 4 个点没有画出，交流电的频率为 50 Hz. (1)在打点计时器打 B、C、D 点时，小车的速度分别为 vB_m/s；vC_m/s；vD_m/s. (2)在如图所示的坐标系中画出小车的 vt 图象 (3)将 图线 延长与 纵轴相 交， 交点的 速度是_， 此速度 的物理 含义 是_ 解析：(1)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，所以 B 点的瞬时速度 vBxAC2T0.276 00.2 m/s1.38 m/s C 点的

16、瞬时速度 vCxBD2T0.528 00.2 m/s2.64 m/s D 点的瞬时速度 vDxCE2T0.7800.2 m/s3.90 m/s. (2)根据以上数据作出小车的 vt 图象，如图所示 (3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度约为 v0.2 m/s.此速度的物理含义是表示 0 时刻小车经过 A 点时的速度 答案：见解析 4(2015 吉林省吉林市质量检测)测定木块与长木板之间的动摩擦因数时，采用如图的装置，图中长木板水平固定 (1) 实 验 过 程 中 ， 电 火 花 计 时 器 应 接 在 交 流 电 源 上 ， 调 整 定 滑 轮 高 度 ，使_ (2)已知重力加速度为 g，测得

17、木块的质量为 M，砝码盘和砝码的总质量为 m，木块的加速度为 a，则木块与长木板间动摩擦因数 _ (3)如图所示为木块在水平木板上带动纸带运动打出的一条纸带的一部分，0、1、2、3、4、5、6 为计数点，相邻两计数点间还有 4 个计时点未画出从纸带上测出 s13.20 cm，s24.52 cm，s58.42 cm，s69.70 cm.则木块加速度大小 a_ m/s2(结果保留两位有效数字) 解析：(1)为了使细线的拉力方向与木块运动方向相同，应调整细线与长木板平行 (2)根据牛顿第二定律， 对砝码盘和砝码整体有：mgFma， 对木块有：FMgMa， 联立两方程得mg（mM）aMg. (3)利用

18、逐差法得 a（s5s6）（s1s2）8T2 （8.429.70）（3.204.52）1028（0.1）2 m/s2 1.3 m/s2. 答案：(1)细线与长木板平行 (2)mg（mM）aMg (3)1.3 5(2013 高考浙江卷)如图所示，装置甲中挂有小桶的细线绕过定滑轮，固定在小车上；装置乙中橡皮筋的一端固定在导轨的左端， 另一端系在小车上 一同学用装置甲和乙分别进行实验，经正确操作获得两条纸带和，纸带上的 a、b、c均为打点计时器打出的点 (1)任选一条纸带读出 b、c 两点间距离为_； (2)任选一条纸带求出 c、e 两点间的平均速度大小为_，纸带和上 c、e 两点间的平均速度 v_v

19、(选填“大于”、“等于”或“小于”)； (3)图中_(填选项) A两条纸带均为用装置甲实验所得 B两条纸带均为用装置乙实验所得 C纸带为用装置甲实验所得，纸带为用装置乙实验所得 D纸带为用装置乙实验所得，纸带为用装置甲实验所得 解析： (1)由纸带可读出 b、 c 间距为 2.10 cm， 由纸带可读出 b、 c 间距为 2.40 cm( 0.05 cm，有效数字位数要准确) (2)由 vxt，知 t0.04 s，xce4.52 cm(纸带)或 xce5.00 cm(纸带)，代入数据得 vce1.13 m/s(纸带)或 1.25 m/s(纸带)，vv. (3)由纸带各点间距分析可知，小车做匀加速运动，从纸带各点间距来看，小车开始做加速运动，一段距离后做匀速运动，故可知纸带是用装置甲实验所得，纸带是用装置乙实验所得，选 C. 答案：(1)2.10 cm 或 2.40 cm( 0.05 cm，有效数字位数要正确) (2)1.13 m/s 或 1.25 m/s( 0.05 m/s，有效数字位数不作要求) 小于 (3)C 6利用如图所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度一斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在