實驗一研究勻變速直線運(yùn)動【實驗?zāi)康摹?．練習(xí)使用打點(diǎn)計時器，學(xué)會用打點(diǎn)紙帶研究小車的運(yùn)動情況．2．會利用打點(diǎn)紙帶求勻變速直線運(yùn)動的速度、加速度．3．能畫出小車運(yùn)動的v－t圖象，根據(jù)圖象求加速度．基礎(chǔ)要點(diǎn)整合【實驗原理】1．打點(diǎn)計時器(1)作用：計時儀器，當(dāng)所用交流電源的頻率f＝50Hz時，每隔0.02s打一次點(diǎn)．2．處理紙帶數(shù)據(jù)時區(qū)分計時點(diǎn)和計數(shù)點(diǎn)計時點(diǎn)是指打點(diǎn)計時器在紙帶上打下的點(diǎn)．計數(shù)點(diǎn)是指測量和計算時在紙帶上所選取的點(diǎn)，要注意“每5個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)”與“每隔4個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)”取點(diǎn)方法是一樣的．3．判斷物體的運(yùn)動是否為勻變速直線運(yùn)動的方法(1)沿直線運(yùn)動的物體在連續(xù)相等時間T內(nèi)的位移分別為x1、x2、x3、x4、…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…，則說明物體在做勻變速直線運(yùn)動，且Δx＝aT2.(2)利用“平均速度法”確定多個點(diǎn)的瞬時速度，作出物體運(yùn)動的v－t圖象．若v－t圖線是一條傾斜的直線，則說明物體的速度隨時間均勻變化，即做勻變速直線運(yùn)動．【實驗器材】打點(diǎn)計時器、紙帶、一端附有定滑輪的長木板、小車、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、電源．【實驗過程】一、實驗步驟1．把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計時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)繩跨過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，把紙帶穿過打點(diǎn)計時器，并把它的一端固定在小車的后面．調(diào)節(jié)滑輪的高度，使細(xì)繩與木板平行．實驗裝置如圖實Ⅰ－2所示，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行．3．把小車停在靠近打點(diǎn)計時器處，先接通電源后，后放開小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動，打點(diǎn)計時器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)，取下紙帶，換上新紙帶，重復(fù)三次．4．從幾條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開頭比較密集的點(diǎn)，在后面便于測量的地方找一個開始點(diǎn)，以后依次每五個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)，確定好計數(shù)始點(diǎn)，并標(biāo)明0、1、2、3、4…，測量各計數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)的距離x，并記錄填入表中.位置編號n012345時間t/s0x/m0v/(m·s－1)5.利用一段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求得各計數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5的瞬時速度，填入上面的表格中．6．增減所掛鉤碼數(shù)，再做兩次實驗．二、數(shù)據(jù)處理及實驗結(jié)論1．由實驗數(shù)據(jù)得出v－t圖象(1)根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù)，在平面直角坐標(biāo)系中仔細(xì)描點(diǎn)，如圖實Ⅰ－3所示，可以看到，對于每次實驗，描出的幾個點(diǎn)都大致落在一條直線上．(2)作一條直線，使同一次實驗得到的各點(diǎn)盡量落在這條直線上，落不到直線上的各點(diǎn)，應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè)，這條直線就是本次實驗的v－t圖象，它是一條傾斜的直線．(1)直接分析圖象的特點(diǎn)得出．小車運(yùn)動的v－t圖象是一條傾斜的直線，如圖實Ⅰ－4所示，當(dāng)時間增加相同的值Δt，速度也會增加相同的值Δv，由此得出結(jié)論：小車的速度隨時間均勻變化．2．由實驗得出的v－t圖象進(jìn)一步得出小車運(yùn)動的速度隨時間變化的規(guī)律有兩條途徑進(jìn)行分析：(2)既然小車運(yùn)動的v－t圖象是一條傾斜的直線，那么v隨t變化的函數(shù)關(guān)系式為v＝kt＋b，所以小車的速度隨時間均勻變化．【注意事項】1．交流電源的電壓及頻率要符合要求．2．開始釋放小車時，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計時器．3．先接通電源，計時器正常工作后，再放開小車，當(dāng)小車停止運(yùn)動時及時斷開電源．4．牽引小車的鉤碼個數(shù)要適當(dāng)，以免加速度過大而使紙帶上打的點(diǎn)太少，或者加速度太小，而使各段位移無多大差別，從而使誤差增大．加速度的大小以能在50cm長的紙帶上清楚地取得六、七個計數(shù)點(diǎn)為宜．5．要多測幾組，盡量減小誤差．［例1］在做“研究勻變速直線運(yùn)動”的實驗時，為了能夠較準(zhǔn)確地測出加速度，將你認(rèn)為正確的選項前面的字母填在橫線上：________.A．把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面B．把打點(diǎn)計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路C．再把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，每次必須由靜止釋放小車考點(diǎn)核心突破考點(diǎn)一實驗原理與操作D．把紙帶穿過打點(diǎn)計時器，并把它的一端固定在小車的后面E．把小車停在靠近打點(diǎn)計時器處，接通直流電源后，放開小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動，打點(diǎn)計時器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)，換上新紙帶，重復(fù)三次F．從三條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開頭比較密集的點(diǎn)，在后邊便于測量的地方找一個開始點(diǎn)，并把每打五個點(diǎn)的時間作為時間單位．在選好的開始點(diǎn)下面記作0，往后第六個點(diǎn)作為計數(shù)點(diǎn)1，依此標(biāo)出計數(shù)點(diǎn)2、3、4、5、6，并測算出相鄰兩點(diǎn)間的距離[解析]

在實驗中盡可能地保證小車做勻變速直線運(yùn)動，同時也要求紙帶能盡可能地直接反映小車的運(yùn)動情況，既要減小運(yùn)動誤差也要減小紙帶的分析誤差．其中E項中的電源應(yīng)采用交流電源，而不是直流電源．[答案]

ABCDFG［例2］在做“研究勻變速直線運(yùn)動”的實驗中：(1)實驗室提供了以下器材：打點(diǎn)計時器、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、交流電源、復(fù)寫紙、彈簧測力計．其中在本實驗中不需要的器材是________．(2)如圖實Ⅰ－5所示，是某同學(xué)由打點(diǎn)計時器得到的表示小車運(yùn)動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計數(shù)點(diǎn)間還有四個點(diǎn)沒有畫出，打點(diǎn)計時器打點(diǎn)的時間間隔T＝0.02s，其中x1＝7.05cm、x2＝7.68cm、x3＝8.33cm、x4＝8.95cm、x5＝9.61cm、x6＝10.26cm.考點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理與誤差分析下表列出了打點(diǎn)計時器打下B、C、F時小車的瞬時速度，請在表中填入打點(diǎn)計時器打下D、E兩點(diǎn)時小車的瞬時速度.位置BCDEF速度(m·s－1)0.7370.8010.994(3)以A點(diǎn)為計時起點(diǎn)，在坐標(biāo)圖(圖實Ⅰ－6)中畫出小車的速度—時間關(guān)系圖線．(4)根據(jù)你畫出的小車的速度—時間關(guān)系圖線計算出的小車的加速度大小a＝________m/s2.(3)小車的速度—時間關(guān)系圖線如圖所示．[答案]

(1)彈簧測力計(2)0.864

0.928

(3)見解析圖(4)(0.64±0.01)實驗創(chuàng)新設(shè)計［例3］光電計時器也是一種研究物體運(yùn)動情況的常用計時儀器，其結(jié)構(gòu)如圖實Ⅰ－7甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當(dāng)有物體從a、b間通過時，光電計時器就可以精確地把物體從開始擋光到擋光結(jié)束的時間記錄下來．現(xiàn)利用圖乙所示的裝置測量滑塊和長木板間的動摩擦因數(shù)，圖中MN是水平桌面，Q是長木板與桌面的接觸點(diǎn)，1和2是固定在長木板適當(dāng)位置的兩個光電門，與之連接的兩個光電計時器沒有畫出，長木板頂端P點(diǎn)懸有一鉛錘，實驗時，讓滑塊從長木板的頂端滑下，光電門1、2各自連接的計時器顯示的擋光時間分別為1.0×10－2s和4.0×10－3s．用精度為0.05mm的游標(biāo)卡尺測量滑塊的寬度d，其示數(shù)如圖丙所示．(1)滑塊的寬度d＝________cm.(2)滑塊通過光電門1時的速度v1＝________m/s，滑塊通過光電門2時的速度v2＝________m/s.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)由此測得的瞬時速度v1和v2只是一個近似值，它們實質(zhì)上是通過光電門1和2時的________，要使瞬時速度的測量值更接近于真實值，可將________的寬度減小一些．[答案]

(1)1.010

(2)1.0

2.5

(3)平均速度滑塊［例4］利用圖實Ⅰ－8所示的裝置可測量滑塊在斜面上運(yùn)動的加速度．一斜面上安裝有兩個光電門，其中光電門乙固定在斜面上靠近底端處，光電門甲的位置可移動．當(dāng)一帶有遮光片的滑塊自斜面上滑下時，與兩個光電門都相連的計時器可以顯示出遮光片從光電門甲至乙所用的時間t.改變光電門甲的位置進(jìn)行多次測量，每次都使滑塊從同一點(diǎn)由靜止開始下滑，并用米尺測量甲、乙之間的距離s，記下相應(yīng)的t值；所得數(shù)據(jù)如下表所示．s(m)0.5000.6000.7000.8000.9000.950t(ms)292.9371.5452.3552.8673.8776.4s/t(m·s－1)1.711.621.551.451.341.22三、實驗原理的遷移應(yīng)用物塊帶動小車做加速運(yùn)動時，因受軌道等各方面的影響，致使小車加速度不恒定，即小車不真正做勻加速直線運(yùn)動，若采用如圖實Ⅰ－10所示裝置則可避免，將包有白紙的總質(zhì)量