1、【 精品教育资源文库 】 实验一 研究匀变速直线运动 考纲要求 考情分析 命题趋势 研究匀变速直线运动 2017 全国卷 ， 22 2017 全国卷 ， 22 高考对本实验的考查主要侧重于对打点纸带的研究 通过打点纸带计算瞬时速度、计算加速度、判定物体运动性质，同时要注意此方法的类比拓展，如通过频闪摄像研究物体运动、通过其他 “ 留迹法 ”研究物体运动 知识梳理 夯实基础 一、实验目的 1练习使用打点计时器，学会用打点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 v t 图象，根据图象求加速度 二、实验原
2、理 1利用打点计时器获取记录物体运动信息的打点纸带，通过纸带上的点研究物体的运动 2利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法 沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为 x1， x2， x3， x4? 若 x x2 x1x3 x2 x4 x3 ? 则说明物体做匀变速直线运动 3速度的求解方法 用 “ 平均速度法 ” 求速度，即 vn xn xn 12T ，如图所示 4加速度的求解方法 (1)“ 两大段法 ” 求加速度，若已 知纸带上 x1、 x2、 x3、 x4、 x5、 x6连续的六段，每段时间为 T，可分成 x1 x2 x3和 x4 x5 x6两大段，每大段对应时间 3T，根据 x2
3、x1 aT2得 (x4 x5 x6) (x1 x2 x3) a(3T)2， 解得 a ?x4 x5 x6? ?x1 x2 x3?9T2 . (2)“ 逐差法 ” 求加速度，即 a1 x4 x13T2 ， a2 x5 x23T2 ， a3 x6 x33T2 ，然后取平均值， 【 精品教育资源文库 】 即 a a1 a2 a33 ?x4 x5 x6? ?x1 x2 x3?9T2 . (3)“ 图象法 ” 求加速度，即由 “ 平均速度法 ” 求出多个点的速度，画出 v t 图象，直线的斜率即加速度的大小 三、实验器材 电火花计时器 (或电磁打点计时器、低压交流电源 )、一端附有滑轮的长木板、小车、
4、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线 四、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，细绳绕过滑轮，下边挂上合适的钩码，将纸带穿过打点 计时器，固定在小车的后面实验装置如图所示，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行 3将小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车 4小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带 5换纸带重复做三次，选择一条比较理想的纸带测量分析 五、数据处理 1由实验数据得出 v t 图象 (1)选适当的点作计时起点，在纸带上标出计数点，用刻度尺量出各计数点到起点的距离 (2)计算各计
5、数点的速度，填入表格，根据表格中的 v、 t 数据，在直角坐标系中描点 (3)根据描的点作一条直线，使各点尽量落到这条直线 上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧，如图所示 2小车运动的速度随时间变化的规律 (1)小车运动的 v t 图象是一条倾斜的直线，如图所示，当时间增加相同的值 t，速度也会增加相同的值 v，由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化 【 精品教育资源文库 】 (2)既然小车的 v t 图象是一条倾斜的直线，那么 v 随 t 变化的函数关系式为 v ktb，所以小车的速度随时间均匀变化 六、误差分析 1根据纸带测量的位移有误差 2电源频率不稳定，造成相邻两点的时间间隔
6、不完全相等 3纸带运动时打点不稳定引起测量误差 4 用作图法，作出的 v t 图象并不是一条直线 5木板的粗糙程度并非完全相同，这样测量得到的加速度只能是所测量的平均加速度 七、注意事项 1平行 纸带、细绳要和长木板平行 2靠近 释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置 3先后顺序 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 4防止碰撞 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减小误差 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，使纸带上打的点过于密集 6纸带选取 选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选
7、取计数点 7准确作图 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 核心考点 分层突破 考点 1 实验原理与操作 例 1某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度 【 精品教育资源文库 】 请完成以下主要实验步骤：按图甲安装实验器材并连接电源；竖直提起系有重物的纸带，使重物 _靠近 _(选填 “ 靠近 ” 或 “ 远离 ”) 计时器下端； _先接通打点计时器电源，再释放纸带 _，使重物自由下落；关闭电源，取出纸带；换新纸带重复实验 图乙和丙是实验获
8、得的两条纸带，应选取 _乙 _(选填 “ 乙 ” 或 “ 丙 ”) 来计算重力加速度在实验操作和数据处理都正确的情况下，得到的结果仍小于当地重力加速度，主要原因是空气阻力和 _纸带与打点计时器之间有摩擦 _. (1)打点计时器 作用：计时仪器，每隔 0.02 s 打一次点 工作条件? 电磁打点计时器： 4 6 V交流电源电火花计时器： 220 V交流电源 (2)纸带上点的意义 反映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距离，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 考点 2 数据处理与误差分析 例 2某同学利用图甲所示的实验装置探究物块速度随时
9、间的变化物块放在桌面上，细绳的一端与物块相连，另一端跨过滑轮挂上钩码打点计时器固定在桌面左端，所用交流电源的频率为 50 Hz.纸带穿过打点计时器连接在物块上启动打点计时器，释放物块，物块在钩码的作用下拖着纸带运动打点计时器打出的 纸带如图乙所示 (图中相邻两点间有4 个点未画出 ) 【 精品教育资源文库 】 根据实验数据分析，该同学认为物块的运动为匀加速运动回答下列问题： (1)在打点计时器打出 B 点时，物块的速度大小为 _0.56_m/s.在打出 D 点时，物块的速度大小为 _0.96_m/s； (保留两位有效数字 ) (2)物块的加速度大小为 _2.0_m/s2.(保留两位有效数字
10、) 解析 (1)根据匀变速直线运动中中间时刻的速度等于该过程中的平均速度，所以 vBxAC2T0.046 1 0.065 90.2 m/s 0.56 m/s， vDxCE2T0.086 1 0.106 10.2 m/s 0.96 m/s； (2)根据题意，该同学认为物块的运动为匀加速运动，则根据速度公式 vD vB a2 T，代入数据整理可以得到 a 2.0 m/s2. 考点 3 实验改进与创新 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 1实验器材的改进及速度的测量方法 (1)图甲中，由遮光片的宽度
11、 d 和遮光片挡光时间 t 求速度 v d t； (2)图乙中，由纸带求速度 vn xn xn 12T . 2获得加速度方法的改进 长木板倾斜靠重力获得加速度，如图甲、乙所示 替代 靠重物的拉力获得加速度 例 3某同学用图甲所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数已知打点计时【 精品教育资源文库 】 器所用电源的频率为 50 Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图乙所示，图中标出了五个连续点之间的距离 (1)物块下滑时的加速度 a _3.25_m/s2，打 C 点时物块的速度 v _1.79_m/s； (2)以知重力加速度大小为 g，为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是 _C_.
12、(选填正确答案序号 ) A物块的质量 B斜面的高度 C斜面的倾角 解析 (1)打点计时器的打点周期 T 0.02 s，根据纸带数据可知，加速度 a?xCD xDE? ?xAB xBC?4T2 3.25 m/s2；打 C 点时物块的速度 vCxBD2T 1.79 m/s. (2)由牛顿第二定律得加速度 a gsin g cos ， 所以要求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是斜面的倾角 对应演练 迁移运用 1 (2017 全国卷 )，某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器 实验步骤如下： 如图甲，将光电门固定在
13、斜面下端附近；将一挡光片安装在滑块上；记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑； 当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间 t； 用 s 表示挡光片沿运动方向的长度，如图乙所示， v 表示滑块在挡光片遮住光线的 t 时间内的平均速度大小，求出 v ； 将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与 中位置相同，令滑块由静止开【 精品教育资源文库 】 始下滑，重复步骤 ； 多次重复步骤 ； 利用实验中得到的数据作出 v t 图，如图丙所示 完成下列填空： (1)用 a 表示滑块下滑的加速度大小，用 vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则 v 与 vA、 a 和 t 的关系式为 v _vA a2 t_. 丙 (2)由图丙可求得， vA _52.1_cm/s， a _16.3_cm/s2.(结果保留 3 位有效数字 ) 解析 挡光片通过光电门的平均速度 v 等于 t 时间段的中间时刻的速度， 由 v v0 at 可知 v vA a t2 ， 即 v vA 12a t，由图象的截距可知 vA 52.12 cm/s52.1 cm/s ， 其斜率 k 12a，故物体的加速度 a 2k 16.3 cm/s2. 2某同学利用图甲所示装置研究小车的匀变速直线运动 实验中，必要的措施是 _
