1、实验 一研究匀变速直线运动一、实验目的1学会使用打点计时器2掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法3学会利用纸带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)用途及特点：计时仪器，每隔0.02 s打一次点(2)(3)纸带上点的意义表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置；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；可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔2利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法设s1、s2、s3为纸带上相邻两个计数点之间的距离，若ss2s1s3s2s4s3常数，即连续相等的时间内的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体做匀变速直线运动3加速度的测量匀变速直
2、线运动满足saT2，即测出纸带上相邻点迹间的距离s1、s2、s3、s4结合打点周期即可测出加速度三、实验器材一端附有定滑轮的长木板、小车、细线、钩码(若干)、打点计时器、纸带、刻度尺、电源、导线等四、实验步骤1把附有定滑轮的长木板放在实验桌上，并使定滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有定滑轮的一端，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41所示，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行 图实413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，打点计时器就在纸带上打下
3、一系列的点换上新纸带，重复三次4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T0.1 s，如图实42所示，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 图实42位置编号 0 1 2 3 4 5 6 时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 相邻两计数点间的距离s/m 计数点的速度v/(m/s)5.增减所挂的钩码个数，重复实验两次五、数据处理1判断物体是否做匀变速直线运动设 s1、s2、s3为纸带相邻两计数点之间的距离，计算：s2s1、s3s2
4、、s4s3、若所求以上差值相等，则物体做匀变速直线运动2各计数点速度的测量方法物体做匀变速直线运动时，一段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度，v1s2s12T、v2s3s22T、v3s4s32T.3.由纸带求匀变速直线运动的加速度方法(1)图象法：如图实43 所示，以 v 为纵轴，t 为横轴建立直角坐标系(O 为零时刻)在坐标系中描出对应坐标：(t1，v1)、(t2，v2)、(t3，v3)所对应的点，将各点用直线连接起来，图象斜率即为加速度 avt.(2)逐差法：根据 saT2则 s4s13a1T2 s5s23a2T2 s6s33a3T2aa1a2a33s4s5s6s1s2s39T
5、2.图实43 六、注意事项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，再释放小车3释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置 4使用电火花计时器时应注意把两条白纸带正确穿好，墨粉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，避免加速度过大而使纸带上打的点太少，或者加速度太小而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
6、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，以减小误差七、误差分析1电源频率不稳定，造成相邻两点间的时间间隔不是0.02 s.2间隔测量时的读数误差3长木板各处的粗糙程度不完全相同4用作图法求加速度时，所作出的vt图象并非是一条直线八、实验改进物块带动小车做加速运动时，因受轨道等各方面的影响致使小车加速度不恒定，即小车不真正做匀加速直线运动，若采用如图实4 图实444所示装置则可避免将包有白纸的总质量为m的圆柱金属棒替代纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随之转动，使之替代打点计时器当烧断挂圆柱的线后，圆柱金属棒竖直自由落下，毛笔就在圆柱金属棒面上
7、的纸上画出记号，得到对应的纸带，如图实45所示图实45测出在同一条竖直线上各相邻的两条画线之间的长度间隔s1、s2、s3，利用逐差法saT2，根据电动机转动的周期T，即可求出金属棒下落的加速度a.例1(2010全国卷)利用图实46中所示的装置可以研究自由落体运动实验中需要调整好仪器，按通打点计时器的电源，松开纸带，使重物下落，打点计时器会在纸带上打出一系列的小点图实46(1)为了测得重物下落的加速度，还需要的实验器材有_(填入正确选项前的字母)A天平 B秒表 C米尺(2)若实验中所得到的重物下落的加速度值小于当地的重力加速度值，而实验操作与数据处理均无错误，写出一个你认为可能引起此误差的原因：
8、_.答案(1)C(2)打点计时器与纸带之间存在摩擦(其他合理答案也可)解析 本题考查自由落体运动，实验器材的选取，实验误差的分析等知识点考查考生实验设计和实验误差分析的能力(1)处理纸带求加速度，一定要知道长度，则要米尺；打点计时器就是测量时间的工具，则不需要秒表，重力加速度的值和物体的质量无关，则不需要天平(2)加速度小了，说明物体受到了阻力作用，据此说一条理由就行例2(2010重庆高考)某同学用打点计时器测量做匀加速直线运动的物体的加速度，电源频率f50 Hz.在纸带上打出的点中，选出零点，每隔4个点取1个计数点，因保存不当，纸带被污染，如图实47所示，A、B、C、D是依次排列的4个计数点
9、，仅能读出其中3个计数点到零点的距离：sA16.6 mm，sB126.5 mm，sD624.5 mm.图实47若无法再做实验，可由以上信息推知：(1)相邻两计数点的时间间隔为_s；(2)打C点时物体的速度大小为_m/s；(取2位有效数字)(3)物体的加速度大小为_(用sA、sB、sD和f表示)解析 本题考查应用打点计时器研究匀变速直线运动，意在考查考生应用纸带分析匀变速直线运动的速度与加速度问题(1)因相邻的两计数点间还有4个计时点，故t5T0.1 s.(2)由匀变速直线运动的特点可知：vCsBD2t 624.5126.520.1103 m/s2.5 m/s.(3)设 sBsAs1，sCsBs
10、2，sDsCs3，则 s3s12at2，s2s1at2，即 s3s22s13at2，t5T5f，故 sD3sB2sA75af2，所以 asD3sB2sAf275.答案(1)0.1(2)2.5(3)sD3sB2sAf275例3用电磁打点计时器或电火花打 点计时器打出的纸带只能测定短距 离过程中的速度，若要测定长距离 过程中的速度，s如测定某人在走路 过程中的速度就不能用以上两种打 图实48 点计时器了有人设计了一种简易的“滴水计时器”，就可以粗略地测定人在走路过程中的速度 取一只饮料瓶，用缝衣针在瓶底钻一适当大小的小孔，在瓶中灌满水，用手提着，使水均匀滴出(如图实48所示)实验中可用旋松、旋紧瓶
11、盖的方法开、关计时器(1)测出计时器的滴水周期；(2)用计时器判定你在赛跑时不同阶段的运动性质；(3)测定你在匀速步行时的速度解析(1)从某滴水滴下开始计时，用秒表测出滴 n 滴水的总时间 t(n 取 30 或 50)，则计时器的滴水周期为 Ttn.(2)起跑阶段滴在跑道上的水滴之间的距离越来越大，表明做加速运动；中间阶段水滴之间的距离较大且近似相等，表明做速度较大的匀速运动；通过终点后水滴之间的距离越来越小，表明做减速运动(3)取匀速步行时滴水计时器滴在地上的 N 个清晰的滴水点，用卷尺测出这 N 个点之间的距离 s，再除以滴这 N 滴水所用时间 t，则步行时的速度为 vstsN1T.答案 见解析
