1、【 精品教育资源文库 】 实验一 研究匀变速直线运动 (对应学生用书第 13 页 ) 一、实验目的 1练习正确使用打点计时器，学会利用打上点的纸带研究物体的运动 2掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法 ( x aT2) 3测定匀变速直线运动的加速度 二、实验原理 1打点计时器 (1)作用：计时仪器，当所用交流电源的频率 f 50 Hz 时，每隔 0.02 s 打一次点 (2)工作条件? 电磁打点计时器： 4 6 V交流电源电火花打点计时器： 220 V交流电源 (3)处理纸带数据时区分计时点和计数点：计时点是指打点计时器在纸带上打下的点计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点，要注意 “
2、每 5 个点取一个计数点 ” 与 “ 每隔 4 个点取一个计数点 ” 取点方法是一样的，时间间隔均为 0.1 s. 2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 x x2 x1 x3 x2 x4 x3 ? 则说明物体在做匀变速直线运动，且 x aT2. (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 象 是一条倾斜的 直线，则说明物体的速度随时间均匀变化，即做匀变速直线运动 3由纸带求物体运动速度的方法 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 vn
3、xn xn 12T . 4利用纸带求物体加速度的两种方法 (1)逐差法：即根据 x4 x1 x5 x2 x6 x3 3aT2(T 为相邻两计数点之间的时间间隔 )，求出 a1 x4 x13T2 ， a2 x5 x23T2 ， a3 x6 x33T2 ，再算出 a1、 a2、 a3的平均值 a a1 a2 a33 13 ? ?x4 x13T2 x5 x23T2 x6 x33T2 x4 x5 x6 x1 x2 x39T2 ，即为物体的加速度 【 精品教育资源文库 】 (2)图象法：以打某计数点时为计时起点，利用 vn xn xn 12T 求出打各点时的瞬时速度，描点得 vt 图象，图象的斜率即为
4、物体做匀变速直线运动的加速度 三、实验器材 电火花 打点 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 四、实验步骤 1仪器安装 (1)把一端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，细绳跨过定滑轮，下边挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面实验装置如图实 11 所示，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行 图实 11 2测量与记录 (1)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
5、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 (2)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，通常用连续打点五次的时间作为时间单位，即计数点的时间间隔为 T 0.1 s正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离，并填入设计的表格中 (3)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 (4)增减所挂钩码的个数，再重复实验两次 五、数据处理 1由实 验数据得出 vt 图象 (1)根据表格中的 v、 t 数据，在直角坐标系中仔细描点 【 精品教育资源文库 】 (2)作一条直线，使同
6、一次实验得到的各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧，这条直线就是本次实验的 vt 图线，它是一条倾斜的直线，如图实 12 所示 图实 12 2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的规律 (1)直接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，如图实 13所示，当时间增加相同的值 t 时，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 图实 13 (2)通过函数关系进一步得出既然小车的 vt 图象是一条倾斜的直线，那么 v 随 t变化的函数关系式为 v kt b，显然 v 与 t 成线性关系，小车的速度随时间均匀变
7、化 六、误差分析 1偶然误差 (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)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 2系统误差 (1)纸带运动时摩擦不均匀，打点不稳定引起误差，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 (2)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段的平均加速度，为减小误差可在木板上铺一层白纸或换用气垫导轨 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 3一先一后：实
8、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 【 精品教育资源文库 】 4防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地或小车与滑轮碰撞 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准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线，让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 . (对应学生用书第 14 页 ) 考点一 | 实验原理与操作 某同学用如图实 14 甲所示的实验装置研究匀变速直线运动 甲 乙 图实 14 实验步骤如下： A
9、安装好实验器材； B让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打下一系列小点，重复几次，选出一条点迹比较清晰 的纸带，从便于测量的点开始，每五个点取一个计数点，如图乙中a、 b、 c、 d 等点； C测出 x1、 x2、 x3、 ? 结合上述实验步骤，请你继续完成下列任务： (1)实验中，除打点计时器 (含纸带、复写纸 )、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外，在下列的仪器和器材中，必须使用的有 _ (填选项代号 ) A电压合适的 50 Hz 交流电源 B电压可调的直流电源 C秒表 D刻度尺 【 精品教育资源文库 】 E天平 F重锤 G弹簧测力计 H滑动变阻器 (2)如果小车做匀
10、加速运动，所得纸带如图乙所示，则 x1、 x2、 x3 的关系是_，已知打点计时器打点的时间间隔是 t，则打 c 点时小车的速度大小是 _ (3)如果小车做匀加速直线运动，测出前六段相等时间内的位移分别为 x1、 x2、 x3、x4、 x5、 x6，已知打点计时器打点的时间间隔是 t，则小车的加速度 a 的表达式为：_. 【导学号： 84370035】 解析 (1)本实验中需要打点计时器工作电源和纸带长度的测量，故除上述器材外还要 A、 D 两项 (2)小车做匀加速直线运动，应满足相同时间内相邻两段位移之差为常数，即 x3 x2 x2 x1， c 点的瞬时速度应等于 bd 段的平 均速度，即
11、vc x2 x310t .(3)根据逐差法可知 a x4 x5 x6 x1 x2 x39T2 ，其中 T 5t，则 a x4 x5 x6 x1 x2 x3225t2 . 答案 (1)A、 D (2)x3 x2 x2 x1 x2 x310t (3)a x4 x5 x6 x1 x2 x3225t2 (2017 年河南郑州高三 (上 )期末 )(1)如图所示为 “ 探究小车速度随时间变化的规律 ” 的实验装置图，按照实验要求应该 ( ) A先释放小车，再接通电源 B先接通电源，再释放小车 C同时释放小车和接通电源 (2)本实验必须 ( ) A要平衡摩擦力 【 精品教育资源文库 】 B要求悬挂物的质
12、量远小于小车的质量 C上述两项要求都不需要 (3)如图为在 “ 探究小车速度随时间的变化规律 ” 实验中得到的纸带，从中确定五个计数点，量得 d1 8.00 cm， d2 17.99 cm， d3 30.00 cm， d4 44.01 cm.每相邻两个计数点间的时间间隔 是 0.1 s则打 C 点时小车的速度 vC _ m/s，小车的加速度 a _m/s2.(结果保留两位有效数字 ) 解析 (1)实验中应该先接通电源，再释放小车，选项 B 正确 (2)本实验不是验证牛顿第二定律的实验，只需要保持合力恒定即可，选项 C 正确 (3)根据匀变速直线运动的规律， vC d3 d12T 1.1 m/s
13、，加速度 a d4 d2 d24T2 2.0 m/s2. 答案 (1)B (2)C (3)1.1 2.0 考点二 | 数据处理与 误差分析 如图实 15 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，打点计时器打点的频率 f 50 Hz，其中 x1 7.05 cm、 x2 7.68 cm、 x3 8.33 cm、 x4 8.95 cm、 x5 9.61 cm、x6 10.26 cm. 图实 15 (1)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度 (保留三位有效数
14、字 ) 位置 B C D E F 速度 (ms 1) 0.737 0.801 0.994 (2)以 A 点为计时起点，在坐标图实 16 中画出小车的速度 时间图线 【 精品教育资源文库 】 图实 16 (3)根据你画出的小车的速度 时间图线计算出小车的加速度 a _m/s2.(保留两位有效数字 ) (4)如果当时电网中交变电流的频率是 f 49 Hz，而做实验的同学并不知道，由此引起的系统误差将使加速度的测量值比实际值偏 _ (选填 “ 大 ” 或 “ 小 ”) 【导学号： 84370036】 解析 (1)vD x3 x42 t 3 2250.02 m/s 0.864 m/s vE x4 x52 t
