1、第4讲 实验：研究匀变速直线运动 梳理基础强化训练 基础知识清单一、实验目的1瞬时速度的求解方法：利用平均速度求中间时刻的瞬时速度2加速度的求解方法：逐差法，图像法二、实验原理1图像法求加速度(1)根据平均速度等于中间时刻的瞬时速度算出各个计数点时的瞬时速度，在平面直角坐标系中选取恰当的标度，仔细描点，如图所示，描出的几个点都大致落在一条直线上(2)由匀变速的速度与时间关系可知 vt图像应为线性关系，因此同一次实验得到的各点尽量落到一条直线上，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，直线的斜率为加速度2逐差法求加速度如图所示，为做匀变速直
2、线运动小车所打纸带，从 0 点计时，1、2、3、4、5、6 等为每隔时间 T 的计数点，处理 a 的方法有a1x4x13T2，a2x5x23T2，a3x6x33T2，则aa1a2a33x4x13T2 x5x23T2 x6x33T23（x6x5x4）（x3x2x1）（3T）2.对 a的表达，我们不妨从另一方面理解，即把(x6x5x4)与(x3x2x1)看成是连续的、相邻的、相等时间间隔为(3T)的位移，即大时间单位(3T)，这样把所有的实验数据全部都用上，尽可能减小实验误差区别于小时间单位(T)的逐差法，可将此方法称之为大逐差法若题目所给的不算偶数组，如 5 组数据，根据需要可取连续4 组使用大
3、逐差法处理加速度三、实验器材电火花计时器(或电磁打点计时器)：50 Hz，电磁打点计时器：46 V 交流电源；电火花计时器：220 V 交流电一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片四、实验步骤1仪器安装(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见图所示，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行2测量与记录(1)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
4、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(2)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，通常用连续五个打点的时间间隔作为一个时间单位，即 T0.1 s，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(3)利用某一段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点的瞬时速度(4)增减所挂钩码数，再重复实验两次 基础随堂训练1(2015广东)某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度请完成以下主要实验步骤：按图甲安装实验器材并连接电源；竖直提起系有重物的纸带，使重物_(填“靠
5、近”或“远离”)计时器下端；_，_，使重物自由下落；关闭电源，取出纸带；换新纸带重复实验 图乙和丙是实验获得的两条纸带，应选取_(填“丙”或“乙”)来计算重力加速度在实验操作和数据处理都正确的情况下，得到的结果仍小于当地重力加速度，主要原因是空气阻力和_答案 靠近 先接通电源 待打点稳定后释放纸带 乙 纸带与打点计时器间存在摩擦阻力命题立意 研究匀变速直线运动实验和验证机械能守恒定律实验改编2(2015新课标全国)某学生用图甲所示的实验装置测量物块与斜面的动摩擦因数已知打点计时器所用电源的频率为 50 Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图乙所示，图中标出了 5 个连续点之间的距离(1)
6、物块下滑时的加速度 a_ m/s2；打 C 点时物块的速度 v_ m/s；(2)已知重力加速度大小为 g，求出动摩擦因数，还需测量的物理量是_(填正确答案标号)A物块的质量 B斜面的高度C斜面的倾角解析(1)根据纸带数据可知：加速度 a（xCDxDE）（xABxBC）4T23.25 m/s2；打 C 点时物块的速度 vCxBD2T1.79 m/s(2)由牛顿第二定律，得加速度 agsingcos，所以求出动摩擦因数，还需测量的物理量是斜面的倾角 答案(1)3.25 1.79(2)C3(2014大纲全国)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
7、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 g9.80 m/s2.单位：cmx1x2x3x4hs 10.7615.0519.3423.6548.0080.00根据表中数据，完成下列填空：(1)物块的加速度 a_ m/s2(保留 3 位有效数字)(2)因为_可知斜面是粗糙的解析(1)根据逐差法求加速度的原理，可知 a（x4x3）（x2x1）（2T）2（23.6519.34）（15.0510.76）102（20.1）2 m/s2 4.30
8、 m/s2(2)若斜面光滑，受力分析，可知沿斜面向下的加速度 aghs9.80.480.80 m/s25.88 m/s24.30 m/s2.知斜面是粗糙的 答案(1)4.30(2)物块加速度小于 ghs5.88 m/s24某同学为了探究滑块在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关系，设计的实验装置如图甲所示长直平板一端放在水平桌面上，另一端架在一物块上，在平板上标出 A、B 两点，B 点处放置一光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门时的挡光时间实验步骤如下：用游标卡尺测量滑块的长度 d，用天平测量滑块的质量 m；用直尺测量 A、B 之间的距离 s，A 点到水平桌面的垂直距离 h1，B 点到水平桌面的
9、垂直距离 h2；将滑块从 A 点由静止释放，由光电计时器读出滑块的挡光时间 t1；重复步骤数次，求挡光时间的平均值 t；利用所测数据求出摩擦力的大小 f 和斜面倾角的余弦值cos；多次改变斜面的倾角，重复实验步骤，作出 fcos 关系图线(1)完成下列各式(用测量的物理量表示，重力加速度为 g)：斜面倾角的余弦值 cos _；滑块通过光电门时的速度大小 v_；滑块运动时的加速度大小 a_；滑块运动时所受到的摩擦力大小 f_(2)测量滑块长度的游标卡尺读数如图乙所示，读得 d_解析(1)滑块在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动，受重力、支持力、滑动摩擦力作用，根据几何知识可得到 cos s2（h1h2）2s；滑块通过光电门时的速度大小 vdt；根据运动学公式有 sv22a，即 a d22st2；根据牛顿第二定律有mgsinfma，则 fmgh1h2sm d22st2.(2)游标卡尺的主尺上的读数为 36 mm，游标尺上第 2 条刻度线与主尺对齐，考虑到游标卡尺是 10 分度，所以读数为 36 mm0.12 mm36.2 mm3.62 cm.答案(1)s2（h1h2）2s；dt；d22st2；mgh1h2sm d22st2(2)3.62 cm