【物理】2020届一轮复习人教版实验：研究匀变速直线运动学案 17页

实验：研究匀变速直线运动 一、实验中纸带的处理方法 ‎1．判定物体的运动性质 ‎（1）若纸带上各相邻点间距相等，则物体做匀速运动。‎ ‎（2）若相邻计数点时间间隔为T，计算各个连续相等时间内位移的差Δx，若Δx=aT2（恒量），则物体做匀变速直线运动。‎ ‎2．某点瞬时速度的计算 根据在匀变速直线运动中，某段时间内的平均速度等于该段时间中点时刻的瞬时速度：vn=，即n点的瞬时速度等于（n–1）点和（n+1）点间的平均速度。‎ ‎3．加速度的计算：一般有两种方法 ‎（1）利用“逐差法”求加速度 由于物体做匀变速运动，所以满足在连续相等的时间间隔内位移差相等，即Δx=aT2，可得a=。但利用一个Δx求得的加速度偶然误差太大，为了减小实验中的偶然误差，分析纸带时，纸带上的各段位移最好都用上，方法如下：‎ ‎（a）如图所示，若为偶数段，设为6段，则，，，然后取平均值，即或由直接求得；‎ ‎（b）若为奇数段，则中间段往往不用，如5段，则不用第三段，则，，然后取平均值，即；或去掉一段变为偶数段由；‎ ‎（2）先求出第n点时纸带的瞬时速度（一般要5点以上），然后作出v–t图象，用v–t图象的斜率求物体运动的加速度。 二、实验的注意事项 ‎（1）平行：纸带、细绳要和木板平行。‎ ‎（2）两先两后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验完毕应先断开电源，后取纸带。‎ ‎（3）防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地和小车与滑轮相撞。‎ ‎（4）减小误差：小车的加速度宜适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约50 cm的纸带上清楚地取出6~7个计数点为宜。‎ a．作出速度—时间图象，通过图象的斜率求解物体的加速度；‎ b．剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度。‎ 三、依据纸带判断物体是否做匀变速运动的方法 ‎（1）x1、x2、x3…xn是相邻两计数点间的距离。‎ ‎（2）Δx是两个连续相等的时间里的位移差：Δx1=x2–x1，Δx2=x3–x2…。‎ ‎（3）T是相邻两计数点间的时间间隔：T=0.02n（打点计时器的频率为50 Hz，n为两计数点间计时点的间隔数）。‎ ‎（4）Δx=aT2，因为T是恒量，做匀变速直线运动的小车的加速度a也为恒量，所以Δx必然是个恒量。这表明：只要小车做匀加速直线运动，它在任意两个连续相等的时间里的位移之差就一定相等。‎ 实验小组采用如图甲所示实验装置测量木块与木板间动摩擦因数μ，提供的器材有：带定滑轮的长木板，有凹槽的木块，质量为20 g的钩码若干，打点计时器，电源，纸带，细线等。实验中将部分钩码悬挂在细线下，剩余的钩码放在木块的凹槽中，保持长木板水平，利用打出的纸带测量木块的加速度。‎ ‎（1）正确进行实验操作，得到一条纸带，从某个清晰的打点开始，依次标注0、1、2、3、4、5、6，分别测出位置0到位置3、位置6间的距离，如图乙所示。已知打点周期T=0.02 s，则木块的加速度a=__。‎ ‎（2）将木块凹槽中的钩码逐个添加到细线下端，改变悬挂钩码的总质量m，测得相应的加速度a，作出a–m图象如图丙所示。已知当地重力加速度，则木块与木板间动摩擦因数μ=________。（保留两位有效数字）‎ ‎（3）实验中________（选填“需要”或“不需要”）满足悬挂钩码总质量远小于木块和槽中钩码总质量。‎ ‎【参考答案】（1）3.33 （2）0.34 （3）不需要 ‎【详细解析】（1）木块的加速度；‎ ‎（2）设木块的质量为M，根据牛顿第二定律有，，又，可解得加速度，由丙图可知，当m=0时，，则木块与木板间动摩擦因数μ=0.34；‎ ‎（3）实验中没有采用细线拉力等于重力，所以不需要满足悬挂钩码总质量远小于木块和槽中钩码总质量。‎ ‎1．（2019·云南省玉溪市民族中学高一月考）在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，用打点计时器在纸带上打点以记录小车的运动情况。在这一实验中，某同学操作以下实验步骤 A．将打点计时器固定在平板上，并接好电路 B．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔 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．拉住纸带，将小车靠近打点计时器，先放开纸带，再接通电源 E．断开电源，取下纸带 其中错误的步骤有：‎ ‎（1）________________，正确步骤应该为______________________________；‎ ‎（2）电磁打点计时器工作时连接的是4-6 V的低压________电源；‎ ‎（3）如果打点计时器所接电源频率为50 Hz，实验时得到如图所示的纸带，设O点是计数的起始点，且两个计数点间有4个点未标出.则打计数点2时物体的瞬时速度v2＝_________m/s，全过程中加速度a=________m/s2。（结果保留两位有效数字）‎ ‎【答案】（1）D 先接通电源，再放开纸带 （2）交流 （3）0.57 1.0‎ ‎【解析】（1）在D项操作中，注意要先接通电源，然后再释放纸带，这样可以保持的打点的稳定以及提高纸带的利用率，尽量多在纸带上打点；‎ ‎（2）根据电磁打点计时器的构造和具体使用我们知道，电磁打点计时器是一种记录物体运动位移和时间的仪器，它使用的电源为4～6 V的低压交流电源；‎ ‎（3）在匀变速直线运动中，时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，因此有：；‎ 根据匀变速直线运动的判别式，结合纸带上四组连续相等时间的位移，运用逐差法得：。‎ 如图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。‎ ‎（1）已知打点计时器电源频率为50 Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为________s。 ‎ ‎（2）A、B、C、D是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出。从图中读出A、B两点间距x=________cm；C点对应的速度是____________m/s。‎ ‎【参考答案】（1）0.02 （2）0.70 0.10‎ ‎【详细解析】（1）已知打点计时器电源频率为50 Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为0.02 s。‎ ‎（2）由图示刻度尺可知，其分度值为1 mm，A、B两点间的距离s=1.70 cm–1.0 cm=0.70 cm；相邻计算点间有4个点没有画出，则相邻计数点间的时间间隔t=0.02×5 s=0.1 s，C的对应的速度。‎ ‎【名师点睛】要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用。‎ ‎1．（2019·福建省莆田第八中学高一期中）某同学用如图所示的装置测定重力加速度，‎ ‎（1）电火花计时器的工作电压为______V，是____（选填“交流”或“直流”）电。‎ ‎（2）打出的纸带如图所示，实验时纸带的______端应和重物相连接。（选填“甲”或“乙”）‎ ‎（3）由纸带所示数据可算出实验时的加速度为____m/s2。（相邻两计数点间的时间间隔为0.02 ，计算结果保留三位有效数字）‎ ‎【答案】（1）220 交流 （2）乙 （3）9.4‎ ‎【解析】（1）根据电火花打点计时器的构造和工作原理可知，其工作电源为交流220 V。‎ ‎（2）从纸带上可以发现从左端到右端，相邻的计数点的距离越来越小，也就是说明速度越来越小，与重物相连接的纸带先打出点，速度较小，所以实验时纸带的乙端端通过夹子和重物相连接。‎ ‎（3）根据运动学公式得：△x=aT2，有：。‎ ‎1．（2019·河南省实验中学高一月考）某同学用下图所示装置测定重力加速度的大小，已知打点的频率为50 Hz，请回答：‎ ‎（1）除打点计时器、纸带、重物、铁架台、夹子、导线及开关外，在下面的器材中，还必须使用的有____________（填选项代号）。‎ A．电压为6 V以下的交流电源 B．电压为220 V的交流电源 C．刻度尺 D．秒表 ‎（2）打出的纸带如下图所示，可以判断实验时重物连接在纸带的________端。（选填“左”或“右”）‎ ‎（3）根据打点计时器打出的纸带，可以从纸带上直接测得的物理量是____________‎ A．加速度 B．速度 C． 位移 D．平均速度 ‎（4）已知纸带上记录的点为打点计时器连续打的点，打点计时器在打C点时物体的瞬时速度大小为_______m/s，所测得的重力加速度大小为______m/s2。（结果均保留三位有效数字）‎ ‎2．利用打点计时器探究小车的速度随时间变化的规律。其中交变电流的频率为50 Hz，如图给出了该次实验中，从A点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中A、B、C、D、E、F、G都为计数点。测得各计数点到A点的距离分别为:d1=1.40 cm，d2=3.29 cm，d3=5.69 cm，d4=8.59 cm，d5=12.00 cm，d6=15.90 cm。‎ ‎（1）如果该纸带A端与小车相连，则小车的运动方向为 （选填“A→B”或“B→A”），且小车做 （填“匀加速”“匀减速”或“变加速”）直线运动。‎ ‎（2）在打计数点F时，小车运动的瞬时速度为vF= m/s，小车的加速度大小为a= m/s2。‎ ‎（本小题计算结果数值均保留两位有效数字）‎ ‎（3）如果当时电网中交变电流的电压略偏小，但仍然稳定。而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。‎ ‎3．某同学利用自由落体运动来研究匀变速直线运动的规律，设计了如图所示的装置。实验中将打点计时器固定在竖直方向上，质量为m1的物体A与质量为m2的物体B（m1