1、第五课时 实验:研究匀变速直线运动考点剖析【实验目的】1练习使用打点计时器,学习利用打上点的纸带研究物体的运动。2学习用打点计时器测定即时速度和加速度。【实验原理】1打点计时器打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,它每隔0.02s打一次点(由于电源频率是50Hz),因此,纸带上的点就表示了和纸带相连的运动物体在不同时刻的位置,研究纸带上点之间的间隔,就可以了解物体运动的情况。2由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法如图所示,0、1、2为时间间隔相等的各计数点,s1、s2、s3、为相邻两计数点间的距离,若s=s2-s1=s3-s2=恒量,即若连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量,则与纸带相连的物
2、体的运动为匀变速直线运动。3由纸带求物体运动加速度的方法(1)用“逐差法”求加速度:根据s4-s1=s5-s2=s6-s3=3aT2(T为相邻两计数点间的时间间隔),求出、,再算出a1、a2、a3的平均值,即为物体运动的加速度。(2)用v-t图法:先根据,求出打第n点时纸带的瞬时速度,后作出v-t图线,图线的斜率即为物体运动的加速度。重点突破知识点一测定匀变速直线运动的加速度1把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上,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,如图所示。2把一条细绳拴在小车上,细绳跨过滑轮,并在细绳的另一端挂上合适的钩码,试放手后,小车能在长木板上平
3、稳地加速滑行一段距离,把纸带穿过打点计时器,并把它的一端固定在小车的后面。3把小车停在靠近打点计时器处,先接通电源,再放开小车,让小车运动,打点计时器就在纸带上打下一系列的点,取下纸带,换上新纸带,重复实验三次。4选择一条比较理想的纸带,舍掉开头的比较密集的点子,确定好计数始点0,标明计数点,正确使用毫米刻度尺测量两点间的距离,用逐差法求出加速度值,最后求其平均值。也可求出各计数点对应的速度,作v-t图线,求得直线的斜率即为物体运动的加速度。【应用1】(盐城市08届高三六所名校联考)某同学用如图所示装置测量重力加速度g,所用交流电频率为50 Hz。在所选纸带上取某点为0号计数点,然后每3个点取
4、一个计数点,所以测量数据及其标记符号如题图所示。该同学用两种方法处理数据(T为相邻两计数点的时间间隔):方法A:由, 取平均值g=8.667 m/s2;方法B:由取平均值g=8.673 m/s2。(1)从实验装置看,该同学所用交流电的电压为_伏特,操作步骤中释放纸带和接通电源的先后顺序应该是_。(2)从数据处理方法看,在S1、S2、S3、S4、S5、S6中,对实验结果起作用的,方法A中有_;方法B中有_。因此,选择方法_(A或B)更合理,这样可以减少实验的_(系统或偶然)误差。(3)本实验误差的主要来源有:_(试举出两条)。导示: (1)从实验装置看,交流电的电压为 _220 伏特,操作步骤中
5、释放纸带和接通电源的先后顺序应该是:_先接通电源后释放纸带 。(2)从数据处理方法看,在S1、S2、S3、S4、S5、S6中,对实验结果起作用的,方法A中有 _ S1、S6; 方法B中有S1、S2、S3、S4、S5、S6。因此,选择方法 _B (A或B)更合理,这样可以减少实验的 _偶然 (系统或偶然)误差。 (3)本实验误差的主要来源有:重物下落过程中受到阻力; S1、S2、S3、S4、S5、S6 长度测量;交流电频率波动; 数据处理方法等。1纸带打完后及时断开电源;2小车的加速度应适当大一些,以能在纸带上长约50cm的范围内清楚地取78个计数点为宜;3应区别计时器打出的轨迹点与人为选取的计
6、数点,通常每隔4个轨迹点选1个计数点,选取的记数点不少于6个;4不要分段测量各段位移,可统一量出各计数点到计数起点0之间的距离,读数时应估读到毫米的下一位。知识点二数据的记录与处理【应用2】 (启东08届高三调研测试)在“利用打点计时器测定匀加速直线运动加速度”的实验中,打点计时器接在50Hz的低压交变电源上。某同学在打出的纸带上每5点取一个计数点,共取了A、B、C、D、E、F六个计数点(每相邻两个计数点间的四个点未画出)从每一个计数点处将纸带剪开分成五段(分别为a、b、c、d、e段),将这五段纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在xoy坐标系中,如图所示,由此可以得到一条表示v-t关系的图线,从而求
7、出加速度的大小ABCDEF(1)请你在xoy坐标系中用最简洁的方法作出能表示v-t关系的图线(作答在右图上),并指出哪个轴相当于v轴?答: ;(2)从第一个计数点开始计时,为求出0.15s时刻的瞬时速度,需要测出哪一段纸带的长度?答: ;(3)若测得a段纸带的长度为2.0cm,e段纸带的长度为10.0cm,则可求出加速度的大小为 m/s2导示: (1)vt图线如图所示;y轴相当于v轴 (2) b (3) 2.0 知识点二拓展与延伸【应用3】(07年苏锡常镇四市二模。12)如图(甲)所示,用包有白纸的质量为 1 . 00kg 的圆柱棒替代纸带和重物,蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随之转动,使之替
8、代打点计时器当烧断悬挂圆柱棒的线后,在圆柱棒竖直下落的过程中,毛笔就在圆柱棒面上的纸上画出记号,如图(乙)所示,设毛笔接触棒时不影响棒的运动测得记号之间的距离依次为 26.0mm 、 41.0mm 、 56.0mm 、 71.0mm 、86.0mm 、 101.0mm ,已知电动机铭牌上标有“ 1500r min ”字样,由此研究圆柱棒的运动情况。(1)毛笔画相邻两条线的时间间隔T s ,图(乙)中的圆柱棒的 (选填“左”或“右”)端是悬挂端 (2)根据图(乙)所给的数据,计算毛笔画下记号C 时圆柱棒下落的速度Vc= m/s , 圆柱棒竖直下落的加速度a m/s2. 导示:(1)毛笔画相邻两条
9、线的时间间隔应该等于电动机转动一周的时间即T0.04 s;重物下落速度越来越大,故相邻的两条线之间的间隔也越大,故圆柱棒左端是悬挂端;(2)根据纸带上的数据计算可得毛笔画下记号C 时圆柱棒下落的速度Vc=1.2m/s;圆柱棒竖直下落的加速度a9.4 m/s2 成功体验1一个质点正在做匀加速直线运动,现用固定的照相机对该质点进行闪光照相,闪光时间间隔为1 s。分析照片得到的数据,发现质点在第1次、第2次闪光的时间间隔内移动了2m;在第3次、第4次闪光的时间间隔内移动了8 m,由此可求得( )A第1次闪光时质点的速度B质点运动的加速度C第2次闪光到第3次闪光时间内质点的位移D质点运动的初速度2(2
10、007年高考天津理综卷22)某学生用打点计时器研究小车的匀变速直线运动。他将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上,实验时得到一条纸带。他在纸带上便于测量的地方选取第一个计时点,在这点下标明A ,第六个点下标明B ,第十一个点下标明C ,第十六个点下标明D ,第二十一个点下标明E 。测量时发现B点已模糊不清,于是他测得AC长为14.56 cm ,CD长为11.15cm ,DE长为13.73 cm ,则打C点时小车的瞬时速度大小为_ms ,小车运动的加速度大小为_ms2 ,AB的距离应为_cm 。(保留三位有效数字)cm06789105432111123 (如皋市08届高三一轮复习测试卷)2
11、007年10月24日,中国用长征运载火箭成功的发射了“嫦娥一号”卫星右图是某监测系统每隔2.5s拍摄的,是关于起始匀加速阶段火箭的一组照片已知火箭的长度为40m,用刻度尺测量照片上的长度,结果如图所示火箭的加速度a = _m/s2,火箭在照片中第2个像所对应时刻的瞬时速度大小 = _m/s 4(广东东莞中学07届高三模拟试题。11)某同学在测定匀变速直线运动的加速度时,得到了在不同拉力下的A、B、C、D等几条较为理想的纸带,并在纸带上每5个点取一个计数点,即相邻两计数点间的时间间隔为0.1s,将每条纸带上的计数点都记为0、1、2、3、4、5,如图所示甲、乙、丙三段纸带,分别是从三条不同纸带上撕下的.在甲、乙、丙三段纸带中,属于纸带A的是 打A纸带时,物体的加速度大小是 m/s2答案:1ABC 2 0.986,2.58 , 5.99 ;38 、42 4丙、 3.33m/s2