1、实验一：研究匀变速直线运动一、基本原理与操作二、数据处理“平均速度法”求速度即 vnxnxn12T，如图所示“逐差法”求加速度即 a1x4x13T2，a2x5x23T2，a3x6x33T2，然后取平均值，即 a a1a2a3313x4x13T2 x5x23T2 x6x33T2x4x5x6x1x2x39T2，即为物体的加速度，这样使所给数据全部得到利用，以提高准确度“图象法”求加速度即由“平均速度法”求出多个点的速度，画出 v-t 图象，直线的斜率即表示加速度平行纸带、细绳要和长木板平行靠近释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置一先一后实验时应先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取
2、下纸带防止碰撞在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地及小车与滑轮碰撞减小误差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，使纸带上打的点过于密集三、注意事项纸带选取选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点迹密集部分，适当选取计数点准确作图在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线，让各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧(续表)【基础自测】1.在测定匀变速直线运动加速度的实验中，某同学操作中有以下实验步骤：A.拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源；B.将打点计时器固定在平板上，并
3、接好电路；C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码；D.取下纸带；E.将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速运动；F.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔；(1)写出其中错误或遗漏的步骤并写出原因(遗漏步骤可编上序号 G、H、)_.(2)将以上步骤完善并按合理顺序写在横线上：_.解析：在用打点计时器测定匀变速直线运动的实验中，要先接通电源，再放纸带；在取下纸带前要先断开电源；为了减小实验误差，要重复实验三次即打三条纸带，然后选择理想纸带进行处理.答案：(1)A 中应先通电，再放纸带；D 中取下纸带前应先断开电源；补充步骤 G：换上新纸带，重复三次；(2
4、)EBFCADG2.在探究小车速度随时间变化的规律实验中，如图 S1-1 所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中 A、B、C、D、E 为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔 T0.1 s.图 S1-1(1)根据_计算各点瞬时速度，vB_ m/s，vC_ m/s，vD_ m/s.(2)在图 S1-2 所示坐标中作出小车的 v-t 图线，并根据图线求出 a_m/s2.图 S1-2(3)将图线延长与纵轴相交，交点的速度是_m/s，此速度的物理意义是_.答案：(1)vnxnxn12T 1.38 2.64 3.90(2)图象如图 D312.6图 D3(3)0.2 小车经过 A 点时的速度考点 1 实验原
5、理与操作【典题 1】在做“研究匀变速直线运动”的实验时，为了能够较准确地测出加速度，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上：_.A.把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面B.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C.再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，每次必须由静止释放小车D.把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面E.把小车停在靠近打点计时器处，接通直流电源后，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F.从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起始
6、点，并把每打五个点的时间作为时间单位.在选好的起始点下面记作 0，往后第五个点作为计数点 1，依次标出计数点 2、3、4、5、6，并测算出相邻两计数点间的距离G.根据公式 a1x4x13T2、a2x5x23T2、a3x6x33T2 及 aa1a2a33，求出 a解析：在实验中应尽可能地保证小车做匀变速直线运动，同时也要求纸带能尽可能地直接反映小车的运动情况，既要减小系统误差又要减小偶然误差.其中 E 项中的电源应采用交流电源，而不是直流电源.答案：ABCDFG考点 2考向 1数据处理与误差分析v-t 图象处理数据【典题 2】(2018 年北京卷)用图 S1-3 所示的实验装置研究小车速度随时间
7、变化的规律.图 S1-3主要实验步骤如下：a.安装好实验器材.接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次.b.选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点 O(t0)，然后每隔相同的时间间隔 T 选取一个计数点，如图S1-4 中 A、B、C、D、E、F所示.图 S1-4c.通过测量、计算可以得到在打 A、B、C、D、E点时小车的速度，分别记作 v1、v2、v3、v4、v5 d.以速度 v 为纵轴、时间 t 为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图 S1-5 所示.图 S1-5结合上述实验步骤，请你完成下列任务：(1)在下列仪器和器材中，还需要使用的有_和_(填选项前的字母).A
8、.电压合适的 50 Hz 交流电源B.电压可调的直流电源C.刻度尺D.秒表E.天平(含砝码)(2)在图 S1-5 中已标出计数点 A、B、D、E 对应的坐标点，请在该图中标出计数点 C 对应的坐标点，并画出 v-t 图象.(3)观察 v-t 图象，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是_.v-t 图象斜率的物理意义是_.(4)描绘 v-t 图象前，还不知道小车是否做匀变速直线运动.用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对t 的要求是_(填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的x 大小与速度测量的误差_.(填“有关”或“无关”)(5)早在 16 世纪末，伽利略就猜想落体运
9、动的速度应该是均匀变化的.当时只能靠滴水计时，为此他设计了如图 S1-6 所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的猜想.请你结合匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的_.图 S1-6解析：(1)打点计时器需用交流电源；为了计算速度需要利用刻度尺测量长度.故需要的仪器选 A、C.(2)利用所给点迹描点连线，得图象如图 D4 所示.其中 C 点的横坐标为 3T，纵坐标为 v3.图 D4(3)结合图象可以看出小球速度随时间均匀变化，所以小球做匀加速运动，图象的斜率代表了运动时的加速度.(4)t 越小，则 xt 越接近计数点的瞬时速度，所以t 越
10、小越好，计算速度需要用到x 的测量值，所以x 大小与速度测量的误差有关.(5)如果小球的初速度为 0，其速度 vt，那么它通过的位移 xt2.因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化.(要检验小球的速度是随时间均匀变化的，可以检验小球运动位移与时间的平方成正比，利用滴水可以得到小球的运动时间，并测出小球在相应时间内的位移，则可以验证)答案：(1)AC (2)如图 D4 所示.(3)小车的速度随时间均匀变化加速度(4)越小越好有关(5)如果小球的初速度为 0，其速度 vt，那么它通过的位移 xt2.因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的
11、速度是否随时间均匀变化考向 2 公式处理实验数据【典题 3】(2019 年新课标卷)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究.物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图 S1-7 所示.已知打点计时器所用交流电的频率为 50 Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有 4个打出的点未画出.在 A、B、C、D、E 五个点中，打点计时器最先打出的是_ 点.在打出 C 点时物块的速度大小为_m/s(保留 3 位有效数字)；物块下滑的加速度大小为_m/s2(保留 2 位有效数字).图 S1-7解析：物块加速下滑，速度越来越大，在相等时间内物块的位移越来越大，刚开始时在相等时间内的位移较
12、小，由图示纸带可知，打点计时器最先打出的点是 A 点；每两个相邻点之间还有 4 个打出的点未画出，相邻计数点间的时间间隔为：t0.0250.1 s，打出 C 点时的速度大小为：vCBD2t 5.851.2010220.10.233 m/s；匀变速直线运动的推论xat2 可知，答案：A 0.2330.75加 速 度 为：a CDABDEBC4t2 CEAC4t29.303.151023.150.0010240.120.75 m/s2.1.实验器材的创新(1)利用光电门光电门与计时器相连可以测出遮光片通过光电门的时间速度.两光电门同时与计时器相连，可测出滑块在两光电门间运动的时间.相对打点计时器，
13、光电门对滑块运动无影响，测量结果精度更高.(2)利用频闪照片和滴水法频闪照片和滴水法记录了物体经过相等的时间运动的位移，其数据处理的方法与纸带的处理完全一样.t，由于 t 很短，从而可用 v dt求出滑块通过光电门的瞬时2.实验原理的创新滑块在斜面上做匀加速直线运动，因滑块释放位置固定，如图 S1-8 所示滑块经过光电门乙的瞬时速度 vt 不变，故由光电门乙向上的逆运动为匀减速直线运动，svtt12at2，结合此式可求加速度 a.图 S1-83.数据处理方法的创新本实验利用“化曲为直”思想，将 s-t 的非线性关系转化为st-t 的线性关系，描点作图，由图象的斜率确定物体的加速度a.另外，还可
14、以从以下两个方向创新：(1)若滑块的初速度为零，位移与时间的关系式为 s12at2，则可画出 s-t2 的图象，由ka2求出滑块的加速度.(2)用光电门测出滑块经过光电门甲的时间 t 甲，由 v 甲 dt甲计算出滑块在光电门甲处的速度 v甲，再由 avtv甲t或 av2tv2甲2s都可确定滑块在斜面上的加速度 a.考向 1 利用滴水法测定匀变速直线运动的加速度和速度【典题 4】(2017 年新课标卷)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间.实验前，将该计时器固定在小车旁，如图 S1-9 甲所示.实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车.在小车运动过程中，滴水计时器
15、等时间间隔地滴下小水滴，图乙记录了桌面上连续的 6 个水滴的位置.(已知滴水计时器每 30 s 内共滴下 46 个小水滴)甲乙图 S1-9(1)由图乙可知，小车在桌面上是_(填“从右向左”或“从左向右”)运动的.(2)该小组同学根据图乙的数据判断出小车做匀变速运动.小车运动到图乙中 A 点位置时的速度大小为_m/s，加速度大小为_m/s2.(计算结果均保留 2 位有效数字)答案：(1)从右向左(2)0.19 0.038考向 2 利用频闪照片测定匀变速直线运动的加速度和速度 【典题 5】(2019 年新课标卷)甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验.实验中，甲同学负责释放金属
16、小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照.已知相机每间隔 0.1 s 拍 1 幅照片.(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是_.(填正确答案标号)A.米尺B.秒表C.光电门D.天平(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法.答：_.(3)实验中两同学由连续 3 幅照片上小球的位置 a、b 和 c得到 ab24.5 cm、ac58.7 cm，则该地的重力加速度大小为g_m/s2.(保留 2 位有效数字)解析：(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是米尺，故 A 正确，BCD 错误.(2)选择的器材在本实验中的使用方法：将米尺竖直放置，使小
17、球下落时尽量靠近米尺.(3)根据匀变速直线运动的规律得hgT2，该地的重力加速度大小为 g0.5870.2450.2450.12m/s2答案：(1)A(2)将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺(3)9.79.7 m/s2.考向 3 利用光电门测定匀变速直线运动的加速度和速度【典题 6】(2019 年河南许昌中学月考)某探究小组想测量当地的重力加速度，实验装置如图 S1-10 甲所示.框架竖直部分紧贴一刻度尺，零刻度线在上端，可以测量出光电门到零刻度线的距离 x.框架水平部分用电磁铁吸住一个密度均匀的正方体小铁块，小铁块的边长为 d，其重心恰好与刻度尺零刻度线水平对齐.切断电磁铁线圈中的电流
18、，小铁块由静止释放，可测出小铁块通过光电门的时间为t.不计空气阻力的影响.甲乙图 S1-10(1)小铁块通过光电门时的速度为 _(用题目中的符号表示).(2)当地的重力加速度为_(用题目中的符号表示).(3)用螺旋测微器测量小铁块边长读数如图乙所示，其读数为_mm.解析：(1)小铁块通过光电门时的速度为 v dt；(2)根据速度位移公式可得：v22gx，即dt22gx，所以 gd22xt2；(3)螺旋测微器固定刻度为 4.5 mm，可动刻度为 20.00.01 mm0.200 mm，所以螺旋测微器的读数为 4.5 mm0.200 mm4.700 mm.答案：(1)dt(2)d22xt2(3)4.700
