1、第4讲实验：研究匀变速直线运动,知识梳理?实验装置,打点计时器(1)作用:计时仪器,每隔0.02 s打一次点。(2)工作条件a.电磁打点计时器:46 V的交流电源;b.电火花计时器:220 V的交流电源。(3)纸带上各点的意义a.表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置;b.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。利用纸带判断物体运动性质的方法(1)沿直线运动的物体,若相等时间内的位移相等,即x1=x2=x3=,则物体做匀速直线运动。,(2)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-x1=x3-x2=x4-x3=,则说明物体在做匀变速直线运动,
2、且x=aT2。速度、加速度的求解方法(1)“平均速度法”求瞬时速度,即vn=?,如图所示。?(2)“逐差法”求加速度,即a1=?,a2=?,a3=?,然后取平均值,?=?,这样使所给数据全部得到利用,以提高准确性。,(3)“图像法”求加速度即由“平均速度法”求出多个点的速度,画出v-t图线,图线的斜率即加速度。,实验室利用打点计时器研究小滑块做减速运动时的运动情况,打出如图所示的纸带,打点计时器接在频率为50 Hz 的交流电源上。请回答下列问题:(1)纸带的B(填“A”或“B”)端与小滑块相连,纸带上AB段运动的时间为 0.08 s 。(2)根据纸带请判断该滑块的运动属于匀减速(填 “非匀减速
3、”或“匀减速”)直线运动。,(3)从纸带可以测出A、B两点间的距离为9.20cm,滑块的加速度大小为 5.00 m/s2 。(计算结果保留三位有效数字)?答案(1)B0.08 s(2)匀减速(3)9.20 cm5.00 m/s2,解析(1)小滑块做减速运动,从纸带上相邻计时点间的分布看出,从左向右,相邻计时点之间的距离越来越大,因此纸带的B端与小滑块相连,纸带上AB段运动的时间为4T=40.02 s=0.08 s。(2)从左向右纸带上相邻两计时点间的距离之差分别为x1=(5.20-3.00) cm-(3.00-1.00) cm=0.20 cm,x2=(7.60-5.20) cm-(5.20-3
4、.00) cm=0.20 cm, x3=(10.20-7.60) cm-(7.60-5.20) cm=0.20 cm,显然x1=x2=x3,因此该滑块做匀减速直线运动。(3)纸带上A、B两点之间的距离为xAB=(10.20-1.00) cm=9.20 cm。由公式x=aT2得滑块运动的加速度大小a=?=? m/s2=5.00 m/s2。,深化拓展,考点一实验原理与数据处理,考点二实验创新与延展,深化拓展考点一实验原理与数据处理1.注意事项(1)平行:纸带、细绳要和长木板平行。(2)两先两后:实验中应先接通电源,后让小车运动;实验完毕应先断开电源后取纸带。(3)防止碰撞:在到达长木板末端前应让小
5、车停止运动,防止钩码落地,小车与滑轮碰撞。(4)减小误差:小车的加速度要适当大些,可以减小长度的测量误差,加速度大小以能在约50 cm的纸带上清楚地取出67个计数点为宜。,2.纸带数据的分析和运用(1)利用连续相等时间内的位移之差等于恒量进行有关计算或判断。(2)利用平均速度法求瞬时速度。(3)利用x=aT2(或逐差法)求a。,1-1某同学利用图甲所示的实验装置,探究物块在水平桌面上的运动规律。物块在重物的牵引下开始运动,重物落地后,物块再运动一段距离停在桌面上(尚未到达滑轮处)。从纸带上便于测量的点开始,每5个点取1个计数点,相邻计数点间的距离如图乙所示。打点计时器电源的频率为50 Hz。?
6、甲,乙通过分析纸带数据,可判断物块在两相邻计数点6和7(或76)之间某时刻开始减速。计数点5对应的速度大小为1.00m/s,计数点6对应的速度大小为1.20m/s。(保留三位有效数字)物块减速运动过程中加速度的大小为a=2.00m/s2,若用?来计算物块与桌面间的动摩擦因数(g为重力加速度),则计算结果比动摩擦因数的真实值偏大(填“偏大”或“偏小”)。,答案67(或76)1.001.202.00偏大,解析物块在16计数点间相邻两点间距离递增,距离之差约为2 cm,711计数点间相邻两点间距离递减,距离之差约为2 cm,说明物块在计数点6、7之间某个时刻开始减速。物块做匀变速直线运动时,中间时刻
7、的瞬时速度等于全过程的平均速度,即?=?,v5=?=? m/s=1.00 m/s;5点到6点,物块一直做匀加速直线运动,用逐差法求加速度a=?=? m/s2=2.00 m/s2,v6=v5+aT=(1.00+2.000.1) m/s=1.20 m/s。用逐差法求减速运动过程中加速度的大小:a=?=,m/s2=2.00 m/s2;若不考虑空气阻力,由mg=ma得=?,实际情况有空气阻力存在,即f+真mg=ma,真=?=?-?,所以计算结果比真实值偏大。,1-2研究小车匀变速直线运动的实验装置如图(a)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(b)所示,其中
8、每相邻两点之间还有4个点未画出。?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DCBA(用字母填写)。图(b)中标出的相邻两计数点的时间间隔T=0.1 s。计数点5对应的瞬时速度大小为v5=。为了充分记录数据,减小误差,小车加速度大小的计算式应为a= 。,答案DCBA0.1?,解析按常规实验步骤排序即可,先安装再操作后整理。因相邻两计数点间有4个点没有画出所以其间有5个0.02 s,共计 0.1 s。由匀变速直线运动
9、中中间时刻的瞬时速度等于整段时间的平均速度可知,v5=?。由 x=aT2,结合逐差法可得 a=?。,考点二实验创新与延展,2-1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和斜面的长度s。数据如下表所示。重力加速度大小g=9.80 m/s2。,单位:cm,根据表中数据,完成下列填空:(1)物块的加速度a=4.30m/s2(保留3位有效数字)。(2)因为 ? 。,答案(1)4.30(填“4.29”或“
10、4.31”均可)(2)若斜面光滑,a=g sin =g?,若斜面粗糙a=gsin -?=g?-?,物块加速度小于g?=5.88 m/s2(或:物块加速度小于物块沿光滑斜面下滑的加速度),解析(1)a=?=?=4.30 m/s2(2)见答案。,2-2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斜面上靠近底端处,光电门甲的位置可移动。当一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时,与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t。改变光电门甲的位置进行多次测量,每次都使滑块从同一点由静止开始下滑,并用米尺测量甲、乙之间的距离s,记下相应的t
11、值;所得数据如下表所示。,(1)若滑块所受摩擦力为一常量,滑块加速度的大小a、滑块经过光电门乙时的瞬时速度vt、测量值s和t四个物理量之间所满足的关系式是;(2)根据表中给出的数据,在给出的坐标纸上画出?-t图线;,(3)由所画出的?-t图线,得出滑块加速度的大小为a=2.0m/s2(保留2位有效数字)。,答案(1)?=-?at+vt(或写成s=-?at2+vtt也可)(2)?-t图线如图所示?(3)2.0(答案在1.82.2范围内都可),解析滑块沿斜面向下做匀加速直线运动,反过来也可以看成是初速度为vt的沿斜面向上的匀减速直线运动,由位移公式有s=vtt-?at2。由于要画?-t图线,所以可将s=vtt-?at2变形得?=-?t+vt,可知图线的斜率 k=-?,则a=-2k=2.0 m/s2。,
