1、 实验一 研究匀变速直线运动 实验理论指导 考情案例导析 知能演练提升(1)练习使用电火花打点计时器或电磁打点计时器。(2)探究小车速度随时间变化的规律。(3)测出小车做匀变速直线运动时的加速度。1打点计时器(1)作用：计时仪器，每隔 0.02 s 打一次点。(2)工作条件电磁打点计时器：46 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(1)表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置。(2)通过研究纸带上各点之间的间隔，可以判断物体的运动状况。3匀变速直线运动的判断方法(1)沿直线运动的物体在连续相等时间间隔的不同时刻的速度分别为 v1、v2、v3、v4、，若 v2v1v3v2v
2、4v3，则说明物体在相等时间内速度的增量相等，由此说明物体在做匀变速直线运动，即 avt v1t v2t。(2)沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为 s1，s2，s3，s4，若 ss2s1s3s2s4s3，则说明物体在做匀变速直线运动，且 xaT2。4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(snsn1)/2T。5由纸带求物体运动加速度的方法(1)利用 saT2 或利用 smsn(mn)aT2。(2)利用“逐差法”求加速度。“逐差法”求加速度的目的是尽可能多地使用我们测量的数据，以减小偶然误差。设 T 为相邻两计数点之间的时间
3、间隔，则：a1(s4s1)/3T2，a2(s5s2)/3T2，a3(s6s3)/3T2加速度的平均值为：a(a1a2a3)/3s4s5s6s1s2s39T2(3)用 vt 图像求加速度：求出打各个计数点时纸带的瞬时速度，再作出 vt 图像，图像的斜率即为物体做匀变速直线运动的加速度。电火花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。(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，细绳跨过滑轮，下边挂上合的钩码，将纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小
4、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(3)将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。(4)从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点，以后依次每五个点取一个计数点，确定好计数始点，并标明0、1、2、3、4，测量各计数点到0点的距离x，并填入表中。位置编号 0 1 2 3 4 5 6 时间t/s s/m v/(ms1)(5)计算出相邻的计数点之间的距离s1、s2、s3(6)利用一段时间内的平均速度等于这段时间中
5、间时刻的瞬时速度求得各计数点1、2、3、4、5的瞬时速度，填入上面的表格中。(7)增减所挂钩码数，再做两次实验。1由实验数据得出vt图像(1)根据表格中的v、t数据，在平面直角坐标系中仔细描点，如图实12所示可以看到，描出的几个点都大致落图实12在一条直线上。(2)作一条直线，使同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图像，它是一条倾斜的直线。由实验得出的vt图像进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律。2v t图像(1)分析图像的特点得出，小车运动的vt图像是一条倾斜的直线如图实13所示，当时间增加相同的值t，速度也会增加相
6、同的值v，由此得出结论：小 图实13车的速度随时间均匀变化。(2)通过函数关系进一步得出，既然小车的vt图像是一条倾斜的直线，那么v随t变化的函数关系式为vktb，显然v与t成“线性关系”，小车的速度随时间均匀变化。3求加速度利用上面做出的vt图像或实验原理中的“逐差法”求出小车做匀变速直线运动的加速度。(1)打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点，如遇到打出的是短横线，应调整振针距复写纸的高度，使之增大一点。(2)使用打点计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器稳定工作后，再释放纸带。(3)释放物体前，应使物体停在靠近打点计时器位置。(4)使用电火花计时器时应注意把两条白纸带正确穿过，墨粉
7、纸盘夹在两纸带之间；使用电磁打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸下面。(5)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，使纸带上的点过于密集。(6)选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰。适当舍弃开头密集部分，适当选取计数点(计数点与计时点有区别)，弄清楚所选的时间间隔T。(7)测s时不要分段测量，读数时要注意有效数字的要求，计算a时要注意用逐差法，以减小误差。(8)尽可能保证小车做匀加速直线运动的方法是：细绳尽可能与长木板面保持平行；滑轮和车轮摩擦力要尽量小；长木板表面粗糙程度、纸带与打点计时器之间的摩擦基本保持一致。(1)根据纸带测量的位移有误差
8、。(2)电源频率不稳定，造成相邻两点的时间间隔不完全相等。(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vt图像并不是一条直线。(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段的平均加速度。如图实14所示，利用频闪灯、小球、刻度尺可以测量小球沿斜面下滑过程中的加速度。图中是频闪灯在相同时间间隔T闪光照相得到的闪光照片，若用刻度尺测出相邻小球间的间隔s1、s2、s3、，利用逐差法saT2，可以求出小球的加速度a。图实14例 1 一个小球沿斜面向下运动，用每隔 110 s 曝光一次的频闪相机拍摄不同时刻小球位置的照片，如图实15 所示，图实15即照片上出现的相邻
9、两个小球的像之间的时间间隔为 110s，现已通过物像比例，测得小球在几个连续相等时间内的位移数据见下表。s1/cm s2/cm s3/cm s4/cm 8.20 9.30 10.40 11.50(1)小球在相邻的相等时间内的位移差_(填“相等”或“不相等”)，小球运动的性质属_直线运动。(2)甲、乙两同学计算小球加速度的方法如下：甲同学：a1s2s1T2，a2s3s2T2，a3s4s3T2，aa1a2a33乙同学：a1s3s12T2，a2s4s22T2，aa1a22你认为甲、乙两位同学中计算方法更准确的是_，加速度值为_。解析(1)s2s19.30 cm8.20 cm1.10 cm；s3s21
10、0.40 cm9.30 cm1.10 cm；s4s311.50 cm10.40 cm1.10 cm。由以上可以得出，小球在相邻的相等时间内的位移差相等，即 sK(恒量)，所以小球的运动性质属匀加速直线运动。(2)用逐差法求加速度可以减少实验误差，故乙同学计算方法更准确。a110.408.2010220.12 m/s21.10 m/s2；a211.509.3010220.12 m/s21.10 m/s2；aa1a221.10 m/s2。答案(1)相等 匀加速(2)乙 1.10 m/s2例2 在做“研究匀变速直线运动”的实验中：(1)实验室提供了以下器材：打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸
11、带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸、弹簧测力计。其中在本实验中不需要的器材是_。(2)如图实16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，打点计时器打点的时间间隔T0.02 s，其中s17.05 cm、s27.68 cm、s38.33 cm、s48.95 cm、s59.61 cm、s610.26 cm。图实16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。位置 B C D E F 速度/(ms1)0.737 0.801 0.994(3)以A点为计时起点，在坐标图
12、实17中画出小车的速度时间关系图线。图实17(4)根据你画出的小车的速度时间关系图线计算出的小车的加速度a_m/s2。解析(1)本实验中不需要测量力的大小，因此不需要的器材是弹簧测力计。(2)根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度知：vDs3s42T 8.338.95102 m20.1 s0.864 m/s同理可得 vE0.928 m/s。(3)小车的速度时间关系图线如图所示。(4)在 vt 图像中，图线的斜率表示加速度的大小，则 avt(0.640.01)m/s2。答案(1)弹簧测力计(2)0.864 0.928(3)见解析图(4)(0.640.01)例3(2011全国
13、新课标卷)利用图实18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图实18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值；所得数据如下表所示。s/(m)0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 0.950 t/(ms)292.9 371.5 452.3 552.8 673.8 776.4/(m/s)1.71 1.62 1.5
14、5 1.45 1.34 1.22 st完成下列填空和作图：(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，在图实19 给出的坐标纸上画出stt 图线；图实19(3)由所画出的stt 图线，得出滑块加速度的大小为 a_m/s2(保留 2 位有效数字)。解析 由 svtt12at2可得stvt12at，由此式可知加速度大小为图像斜率的 2 倍，a21.991.021.02.0(m/s2)(2)stt 图线如图所示。(3)2.0(或在 1.82.2 范围内)答案(1)st12atvt(写成 s12at2vtt 也可)点击此图片进入“知能演练提升”
