物理實(shí)驗(yàn)一 研究勻變速直線運(yùn)動

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1、實(shí)驗(yàn)一：研究勻變速直線運(yùn)動1.實(shí)驗(yàn)原理：研究物體做勻變速直線運(yùn)動，最基本的是測出位移和時(shí)間的關(guān)系，運(yùn)用勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律，對紙帶數(shù)據(jù)進(jìn)行處理.2.器材與裝置打點(diǎn)計(jì)時(shí)器刻度尺(1)器材：小車、細(xì)繩、鉤碼、一端附有定滑輪的長木板、_、電源、導(dǎo)線、紙帶、_、復(fù)寫紙片.(2)裝置：按圖 S1-1 所示安裝實(shí)驗(yàn)儀器，讓帶有紙帶的小車在重物的拉動下運(yùn)動，分析實(shí)驗(yàn)所得的紙帶.圖 S1-13.儀器安裝(1)把附有滑輪的長木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路.(2)把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并把它的一端固

2、定在小車的后面.實(shí)驗(yàn)裝置如圖 S1-1 所示，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行.4.測量與記錄接通電源放開小車(1) 把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先_ ，后_，讓小車拖著紙帶運(yùn)動，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)，換上新紙帶，重復(fù)三次.(2)從三條紙帶中選擇一條比較理想的，舍掉開頭一些比較密集的點(diǎn)，從后邊便于測量的點(diǎn)開始確定計(jì)數(shù)點(diǎn)，為了計(jì)算方便和減小誤差，通常用連續(xù)打點(diǎn)五次的時(shí)間作為時(shí)間單位.正確使用刻度尺測量每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，并填入設(shè)計(jì)的表格中.(3)利用某一段時(shí)間的_等于這段時(shí)間中間時(shí)刻平均速度的瞬時(shí)速度求得各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度.(4)增減所掛鉤碼數(shù)，再重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次.5.速

3、度、加速度的求解方法圖 S1-2aT2(2)“平均速度法”求速度：得到如圖 S1-3 所示的紙帶，相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為T，第n點(diǎn)的瞬時(shí)速度為vn.即vn_.圖 S1-3(3)“圖象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多個(gè)點(diǎn)的速度，畫出如圖 S1-4 所示的 v-t 圖象，直線的斜率即為加速度.圖 S1-41.開始時(shí)要把小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，再讓小車運(yùn)動，以便在紙帶上打下足夠的點(diǎn).2.先接通電源再放開小車.3.選擇點(diǎn)跡清晰的紙帶，在紙帶上選擇點(diǎn)間間隔較大的一段內(nèi)的點(diǎn)作為計(jì)數(shù)點(diǎn)，并做好標(biāo)記供分析用.4.將紙帶平放在水平桌面上，用刻度尺測量任一計(jì)數(shù)點(diǎn)到基準(zhǔn)點(diǎn)間的距離并做好記錄.(分段測量會增大誤差)

4、5.小車的加速度宜適當(dāng)大些，可以減小長度測量誤差，一般能在約 50 cm 的紙帶上清楚取 78 個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜.6.紙帶運(yùn)動時(shí)不要讓紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔摩擦.考點(diǎn) 1實(shí)驗(yàn)原理與操作【典題 1】(2016 年天津卷)某同學(xué)利用如圖 S1-5 所示裝置研究小車的勻變速直線運(yùn)動.圖 S1-5(1)實(shí)驗(yàn)中，必要的措施是_.A.細(xì)線必須與長木板平行B.先接通電源再釋放小車C.小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量D.平衡小車與長木板間的摩擦力(2)他實(shí)驗(yàn)時(shí)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到頻率為 50 Hz 的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計(jì)數(shù)點(diǎn)如圖 S1-6 所示(每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有 4 個(gè)點(diǎn)，圖中未畫出).s13.5

5、9 cm，s24.41 cm，s35.19 cm，s45.97 cm，s56.78 cm，s67.64 cm，則小車的加速度 a_m/s2(要求充分利用測量的數(shù)據(jù))，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打 B 點(diǎn)時(shí)小車的速度 vB_m/s.(計(jì)算結(jié)果保留 2 位有效數(shù)字)圖 S1-6解析：(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)細(xì)線必須與長木板平行，否則小車不做勻變速直線運(yùn)動，A 正確；實(shí)驗(yàn)開始時(shí)要先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放小車，B 正確；此實(shí)驗(yàn)中只需保證小車做勻加速運(yùn)動，不用考慮小車與鉤碼的質(zhì)量關(guān)系及平衡摩擦力的問題，C、D 錯(cuò)誤.答案：(1)AB (2)0.80 0.40考點(diǎn) 2數(shù)據(jù)處理與誤差分析1.數(shù)據(jù)處理的方法有：(1)公式法；(2

6、)圖象法.2.實(shí)驗(yàn)誤差分析：本實(shí)驗(yàn)參與計(jì)算的量有計(jì)數(shù)點(diǎn)間距和打點(diǎn)周期，因此誤差主要來源于相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間距離的測量和電源頻率的不穩(wěn)定性.(1)交流電源的頻率變化引起誤差交流電源的頻率出現(xiàn)波動時(shí)，打點(diǎn)周期會隨之變化.頻率升高時(shí)，打點(diǎn)周期減小，由于計(jì)算時(shí)仍按照原打點(diǎn)周期值，各點(diǎn)(2)位移的測量引起誤差如果各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移較小或相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的位移之差較小，位移測量的相對誤差就會較大，從而導(dǎo)致速度和加速度的測量誤差較大.【典題 2】如圖 S1-7 所示，是某同學(xué)由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到的表示小車運(yùn)動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的頻率 f50 Hz，其中 x17.

7、05 cm、x27.68 cm、x38.33 cm、x48.95 cm、x59.61 cm、x610.26 cm.圖 S1-7位置BCDEF速度/(ms1)0.7370.801_0.994(1)下表列出了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下 B、C、F 時(shí)小車的瞬時(shí)速度，請?jiān)诒碇刑钊氪螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器打下 D、E 兩點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度.(計(jì)算結(jié)果保留 3 位有效數(shù)字)(2)以 A 點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，在坐標(biāo)圖 S1-8 中畫出小車的速度-時(shí)間圖線.圖 S1-8(3)根據(jù)你畫出的小車的速度-時(shí)間圖線計(jì)算出小車的加速度 a_ m/s2.(計(jì)算結(jié)果保留 2 位有效數(shù)字)(4)如果當(dāng)時(shí)電網(wǎng)中交變電流的頻率是 f49 Hz，而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)

8、并不知道，由此引起的系統(tǒng)誤差將使加速度的測量值比實(shí)際值偏_.(填“大”或“小”)答案：(1)0.864 0.928(2)如圖 D1 所示. (3)0.64 (4)大圖 D1方法技巧：1.利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在 v-t 坐標(biāo)系中準(zhǔn)確描出各點(diǎn).(2)用直線將各點(diǎn)連接起來，不在直線上的點(diǎn)盡量對稱地分布在直線兩側(cè).(3)注意圖象是否過原點(diǎn).2.利用圖象求解加速度的方法(1)v-t 圖象的斜率即為物體的加速度.(2)為使結(jié)果更精確，應(yīng)選兩距離較遠(yuǎn)、讀數(shù)較準(zhǔn)確的兩點(diǎn).1.實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新：(1)利用光電門光電門與計(jì)時(shí)器相連可以測出遮光片通過光電門的時(shí)間速度.兩光電門同時(shí)與計(jì)時(shí)器相連，可測

9、出滑塊在兩光電門間運(yùn)動的時(shí)間.相對打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，光電門對滑塊運(yùn)動無影響，測量結(jié)果精度更高.(2)利用頻閃照片和滴水法頻閃照片和滴水法記錄了物體經(jīng)過相等的時(shí)間運(yùn)動的位移，其數(shù)據(jù)處理的方法與紙帶的處理完全一樣.2.實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新：滑塊在斜面上做勻加速直線運(yùn)動，因滑塊釋放位置固定，如圖 S1-9 所示滑塊經(jīng)過光電門乙的瞬時(shí)速度 vt 不變，故由光電門乙向上的逆運(yùn)動為勻減合此式可求加速度 a.圖 S1-93.數(shù)據(jù)處理方法的創(chuàng)新：考向 1利用滴水法測定勻變速直線運(yùn)動的加速度和速度【典題 3】(2017 年新課標(biāo)卷)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運(yùn)動，用自制“滴水計(jì)時(shí)器”計(jì)量時(shí)間.實(shí)驗(yàn)前，將該計(jì)時(shí)器固

10、定在小車旁，如圖 S1-10 甲所示.實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持桌面水平，用手輕推一下小車.在小車運(yùn)動過程中，滴水計(jì)時(shí)器等時(shí)間間隔地滴下小水滴，圖乙記錄了桌面上連續(xù)的 6 個(gè)水滴的位置.(已知滴水計(jì)時(shí)器每 30 s 內(nèi)共滴下 46 個(gè)小水滴)甲乙圖 S1-10(1)由圖乙可知，小車在桌面上是_(填“從右向左”或“從左向右”)運(yùn)動的.(2)該小組同學(xué)根據(jù)圖乙的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運(yùn)動.小車運(yùn)動到圖乙中 A 點(diǎn)位置時(shí)的速度大小為_m/s，加速度大小為_m/s2.(計(jì)算結(jié)果均保留 2 位有效數(shù)字)s s，所以 A 點(diǎn)位解析：(1)小車在阻力的作用下，做減速運(yùn)動，由圖乙知，從右向左相鄰水滴間的距離逐漸減小，所以小

11、車在桌面上是從右向左運(yùn)動；(2)已知滴水計(jì)時(shí)器每 30 s 內(nèi)共滴下 46 個(gè)小水滴，所以相鄰兩水滴間的時(shí)間間隔為：t304523置的速度為：vA0.1170.1332tm/s0.19 m/s，根據(jù)逐差法可求加速度：(x4x5)(x1x2)6a(t)2，解得a0.038 m/s2.答案：(1)從右向左(2)0.19 0.038考向 2利用頻閃照片測定勻變速直線運(yùn)動的加速度和速度【典題 4】(2017 年廣東茂名高三質(zhì)檢)如圖 S1-11 所示是某同學(xué)研究小球下落時(shí)的頻閃照片，頻閃儀每隔 0.1 s 閃光一次并進(jìn)行拍照.照片中小球靜止時(shí)在位置 1，某時(shí)刻釋放小球，下落中的小球各位置與位置 1 的

12、距離如圖中所標(biāo)的數(shù)據(jù)(單位：cm).實(shí)驗(yàn)過程并沒有錯(cuò)誤，但該同學(xué)發(fā)現(xiàn)圖中數(shù)據(jù)存在以下問題：和位置 2 的距離為 1.23 cm，比 4.90 cm 小很多，你對此問題的解釋是_. 下落中小球在位置 3 的速度為_m/s，小球做自由落體運(yùn)動的加速度為_m/s2.(計(jì)算結(jié)果保留 3 位有效數(shù)字)圖 S1-11答案：小球在位置 2 時(shí)下落的時(shí)間小于 0.1 s1.479.80考向 3利用光電門測定勻變速直線運(yùn)動的加速度和速度【典題 5】(2017 年甘肅張掖第一次診斷)物理小組的同學(xué)用如圖 S1-12 所示的實(shí)驗(yàn)器材測定重力加速度，實(shí)驗(yàn)器材有底座、帶有標(biāo)尺的豎直桿、光電門 1 和光電門 2 組成的光

13、電計(jì)時(shí)器(其中光電門 1 更靠近小球釋放點(diǎn))，小球釋放器(可使小球無初速釋放)、網(wǎng)兜.實(shí)驗(yàn)時(shí)可用兩光電門測量小球從光電門 1 運(yùn)動至光電門 2 的時(shí)間 t，并從豎直桿上讀出兩光電門間的距離 h.圖 S1-12圖 S1-13(1)使用游標(biāo)卡尺測量小球的直徑如圖 S1-13 所示，則小球的直徑為_cm.(2)改變光電門 1 的位置，保持光電門 2 的位置不變，小球經(jīng)過光電門 2 的速度為 v，不考慮空氣阻力，小球的加速度為重力加速度 g，則 h、t 、g 、v 四個(gè)物理量之間的關(guān)系為 h _.根據(jù)圖線可求出重力加速度的大小為_.解析：(1)小球的直徑為 d11 mm160.05 mm11.80 mm1.180 cm.