1、第一节匀变速直线运动的特点一、匀变速直线运动的速度特点1实验目的(1)利用光电门及数字计时器，研究小球运动情况，探究小球沿倾斜直槽运动速度变化的特点。(2)围绕匀变速直线运动的特点进行实验探究，使学生从中学会并熟练仪器的操作，培养观察能力和归纳能力。2实验原理利用小球直径、数字计时器测量瞬时速度：以小球的直径D与数字计时器所显示小球通过光电门的时间之比来表示小球经过光电门时的瞬时速度。3实验器材粗糙程度均匀的倾斜直槽、直径为D0.02 m的小球、光电门、数字计时器、刻度尺、坐标纸。4实验步骤(1)如图所示，把粗糙程度均匀的倾斜直槽放在实验桌上，光电门B、C固定在倾斜直槽上，将数字计时器与光电门
2、用导线连接好电路。(2)将小球置于倾斜直槽靠近顶端某一位置A，由静止释放，用数字计时器分别采集小球经过B、C两光电门的时间，并将两时间记录下来。(3)改变光电门C的位置，重复上述操作过程，将五次测量的实验数据填入表中。小球经过两个光电门实验数据表小球直径D0.02 m项目实验次数12345小球经过光电门B的遮光时间t1/s小球经过光电门B的瞬时速度v1/(ms1)小球经过光电门C的遮光时间t2/s小球经过光电门C的瞬时速度v2/(ms1)小球经过两个光电门之间的位移s/m小球经过两个光电门之间的时间t/s(4)以小球经过两个光电门之间的时间t为横轴，小球经过光电门的速度v为纵轴，在坐标纸上建立
3、平面直角坐标系，描点作出小球运动的vt图像。(5)分析实验数据。5数据处理根据每一个速度和对应的时间作出最佳拟合曲线(或直线)，尽量让各数据对称分布在这条曲线(或直线)的两侧，各点在vt图像中可大致拟合成一条直线，这说明小球在倾斜直槽内运动时，速度随时间均匀变化，即在相等时间内速度的变化相等。根据加速度的定义式a可知，小球在倾斜直槽内的加速度不变。6误差分析(1)偶然误差主要来自描点作图不准确。应尽量多测几组数据，认真描点，坐标轴的单位长度选取合适，使图像尽量分布在较大坐标平面内。(2)系统误差主要来自倾斜直槽的粗糙程度不完全相同。应尽量选用粗糙程度均匀的倾斜直槽。7注意事项(1)在不同次数的
4、实验中，小球从同一位置(紧靠支架A)由静止释放。(2)光电门B的位置保持不变，且离小球释放点尽可能远一些。(3)光电门C的位置改变多次，均需记录小球通过光电门C的时间和由B到C的时间。(4)作v t图像时，适当选取坐标轴的长度单位，使图线分布在坐标系较大范围内。8实验结论小球在倾斜直槽内运动时速度随时间均匀变化，即加速度不变，这种加速度恒定不变的变速直线运动叫作匀变速直线运动。二、匀变速直线运动的位移特点1实验目的研究小球在倾斜直槽内运动的位移变化特点2实验原理如图所示，当小球沿倾斜直槽运动时，利用频闪照相机进行拍照，从而研究得到匀变速直线运动的位移变化特点。3实验器材倾斜直槽、小球、频闪照相
5、机、刻度尺4实验步骤(1)安置倾斜直槽和频闪照相机。(2)将小球从靠近支架A释放的同时开启频闪照相机，得到小球运动的位置随时间改变的照片。5数据处理(1)从小球运动的闪光照片中从方便读数的位置开始，依次记录小球的位置。(2)依次计算小球的位移s1，s2，s3，sn。(3)计算小球相邻位移的变化s2s1，s3s2，snsn1。6误差分析误差产生原因减小方法偶然误差照片上小球位置读数有误差眼睛观察照片上小球的同一侧，且读取视线正视标尺刻度系统误差倾斜直槽的粗糙程度不完全相同尽量选用粗糙程度均匀的倾斜直槽7注意事项利用频闪相机拍摄小球释放后运动的闪光照片时，应使相机离倾斜直槽尽量远一些。8实验结论做
6、匀变速直线运动的物体，在任意两个连续相等的时间内的位移之差是相等的。题型一实验原理例题1某学习小组在“用气垫导轨和数字计时器测速度”的实验中采用了如图所示的实验装置。(1)已知遮光条的宽度为d。实验时，将气垫导轨接通气泵，通过调平螺丝调整气垫导轨与水平面有一定的倾斜角度，轻推滑块使之在气垫导轨上自右向左做匀变速运动。遮光条通过第一个光电门的时间为t1，遮光条通过第二个光电门的时间为t2，则滑块通过第一个光电门时的速度表达式为_(用字母表示)。(2)已知遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为T，则滑块的加速度表达式为_(用字母表示)。(3)(多选)为减小实验误差，可采取的方法
7、是()A增大遮光条宽度dB减小遮光条宽度dC增大两光电门间距 D减小两光电门间距解析(1)因为极短时间内的平均速度可认为等于中间时刻的瞬时速度，则滑块通过第一个光电门的速度表达式为v。(2)滑块通过第二个光电门的瞬时速度v，则滑块的加速度a。(3)遮光条的宽度越小，平均速度表示瞬时速度的误差越小；两光电门间的距离越大，求解滑块加速度的误差越小。故B、C正确。答案(1)(2)(3)BC题型二数据处理与误差分析例题2某实验小组利用小车在斜面上做加速运动做“探究小车速度变化的特点”的实验。(1)在获得的纸带中，小明用刻度尺测量纸带距离如图甲所示，B点的读数是_cm，已知打点计时器每0.02 s 打一
8、个点，则B点对应的速度vB_m/s。(2)实验小组中的四位同学利用同一条纸带分别作出了如图乙所示的四幅v t图像，其中最规范的是_，由此图像得到的加速度是_m/s2(结果均保留三位有效数字)。(3)在图乙选项A中，图线与纵轴交点的物理意义是_。解析(1)B点的读数为3.20 cm，A点的读数为0.50 cm，C点的读数为6.30 cm；已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，B点的速度可以用A、C间的平均速度表示，有vB m/s1.45 m/s。(2)作图像时，需要利用描出的点作平滑图线，应使图线通过尽量多的点，不能通过的点均匀分布在图线两侧；选取合适的坐标单位，使图线尽可能分布在坐标系的整个
9、区域。可知最规范的为A。由于v t图像的斜率即为小车的加速度，则a m/s20.483 m/s2。(3)表示小车在计时开始时的速度。答案(1)3.201.45(2)A0.483(3)计时开始时小车的速度题型三研究匀变速直线运动的位移特点例题3现用频闪照相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刻物块的位置如图所示，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s1，s2，s3，s4，其大小如下表所示。单位：cms1s2s3s410.7615.0519.3423.65根据表中数据，完成下列填空：(1)相邻位移的变化分别是_(用字母表示)。(2)相邻
10、位移变化的大小的关系是_。(3)说明小物块下滑的运动是_。解析(1)相邻位移的变化分别是s2s1，s3s2，s4s3。(2)s2s14.29 cm，s3s24.29 cm，s4s34.31 cm，可以认为在误差允许的范围内，有s2s1s3s2s4s3。(3)小物块下滑的运动是匀变速直线运动。答案(1)s2s1，s3s2，s4s3(2)相等(3)匀变速直线运动1.(多选)某同学利用小车在斜面上带着纸带运动探究匀变速直线运动的速度特点，利用纸带上的数据得出各计数点的瞬时速度后，以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系。某次实验中王同学描出的点如图所示。在直角坐标系上一共描出了10个点。下列说法正
11、确的是()A这10个点无论如何也不在一条直线上，因此小车运动的v t图像不可能为一条直线，而应为一条平滑的曲线B这10个点中有6个点虽然不在一条直线上，但它们紧挨在一条直线附近，只有F和B两点离这条直线比较远C只有4个点能画在一条直线上(A，D，G，I)，有6个点不在该直线上，这条直线肯定不能表示小车运动的规律D与直线偏差较小的点(C，E，H，J)可能是实验误差造成的，而与直线偏离较大的点(B，F)则可能是实验中出现错误造成的解析：选BD对描出的各点，先大体观察分布趋势，题图中描出的10个点基本处于一条直线上，让这条直线通过尽可能多的点，不在线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计
12、，作出的图像就表示小车的速度随时间均匀变化，个别离直线较远的点可能由实验中的错误造成。故A、C错误，B、D正确。2在利用小车在斜面上运动探究匀变速直线运动的速度特点实验中，打点计时器打出一条纸带，A，B，C，D为四个计数点，且两相邻计数点间还有四个点没有画出，所用交流电源频率为50 Hz，纸带上各点对应刻度尺上的刻度如图所示，则vB_m/s，a_m/s2。解析：由题意知每两个相邻计数点间的时间为T0.1 s，vB m/s0.15 m/s，vC m/s0.17 m/s，a m/s20.2 m/s2。答案：0.150.23某校研究性学习小组的同学用如图甲所示的滴水法探究一小车在斜面上运动时的位移特
13、点。实验过程如下：在斜面上铺上白纸，用图钉固定；把滴水计时器固定在小车的末端，在小车上固定一平衡物；调节滴水计时器的滴水速度，使其每0.2 s滴一滴(以滴水计时器内盛满水为准)；在斜面顶端放置一浅盘，把小车放在斜面顶端，把调好的滴水计时器盛满水，使水滴能滴入浅盘内；随即在撤去浅盘的同时放开小车，于是水滴在白纸上留下标记小车运动规律的点迹；小车到达斜面底端时立即将小车移开。实验得到的一条纸带如图乙所示，用刻度尺量出相邻点之间的距离是s011.40 cm，s122.15 cm，s232.91 cm，s343.65 cm，s454.41 cm，s565.15 cm。试问：(1)滴水计时器的原理与课本
14、上介绍的_原理类似。(2)小车的运动是_。(3)由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度v4_m/s(结果保留两位有效数字)。解析：(1)由题知滴水计时器的原理与频闪照相原理类似。(2)由于s12s010.75 cms23s120.76 cms34s230.74 cms45s340.76 cms56s450.74 cm可知在误差允许的范围内，小车在运动中任意连续相等的时间内位移的变化相等，即小车做匀变速直线运动。(3)对应点“4”，小车的速度可认为等于点“3”到“5”的平均速度，即v4 m/s0.20 m/s。答案：(1)频闪照相(2)匀变速直线运动(3)0.204我们可以用如图1所示的
15、装置探究小车速度随时间变化的特点。(1)实验室已经有了以下器材：电磁打点计时器、秒表、电池组、纸带、复写纸、小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板。其中不需要的器材是_、_，还需要增添的器材有_、_。(2)用一条纸带穿过打点计时器，该同学发现有如图2所示的两种穿法。你认为_(选填“甲”或“乙”)的穿法正确。(3)如图3所示的纸带上，A，B，C，D，E为纸带上所选的计数点，相邻计数点间的时间间隔为0.1 s，则计数点B对应的小车速度vB_m/s。解析：(1)电磁打点计时器是计时的器材，使用低压交流电源，所以不需要的器材是秒表和电池组。为了得到小车的运动情况，还需要用刻度尺来测量计数点之间的距离，所以还需要低压交流电源、刻度尺。(2)应用电磁打点计时器时，纸带应放在复写纸的下方，故选乙。(3)相邻两点间的时间间隔为0.1 s，计数点B对应的小车速度vB0.26 m/s。答案：(1)秒表电池组低压交流电源刻度尺(2)乙(3)0.26