【物理】2018届一轮复习人教版第1章实验1研究匀变速直线运动学案 6页

实验一　研究匀变速直线运动 ‎【基本要求】‎ 一、实验目的 ‎1．练习正确使用打点计时器．‎ ‎2．会利用纸带求匀变速直线运动的瞬时速度、加速度．‎ ‎3．会利用纸带探究小车速度随时间变化的规律，并能画出小车运动的v－t图象，根据图象求加速度．‎ 二、实验原理 从纸带上确定计数点和两计数点间隔的时间，量出相邻计数点间的距离，利用平均速度求出瞬时速度；计算相邻计数点距离之差，看其是否是一个常数来确定运动性质．‎ 三、实验器材 电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细线、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片．‎ 四、实验步骤 ‎1．按照实验原理图，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源．‎ ‎2．把一细线系在小车上，细线绕过滑轮，下端挂合适的钩码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面．‎ ‎3．把小车停靠在打点计时器处，接通电源，放开小车．‎ ‎4．小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带．‎ ‎5．换纸带反复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析．‎ ‎【方法规律】‎ 一、数据处理 ‎1．利用逐差法求平均加速度 a1＝，a2＝，a3＝，‎ a＝.‎ ‎2．利用平均速度求瞬时速度 vn＝＝.‎ ‎3．利用速度－时间图象求加速度：作出速度－时间图象，通过图象的斜率求物体的加速度．‎ 二、注意事项 ‎1．平行：纸带、细线要和木板平行．‎ ‎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，要防止钩码落地和小车与滑轮相撞．‎ ‎4．减小误差：小车的加速度要适当大些，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．‎ ‎5．准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏，而导致误差过大)，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线．‎ 三、误差分析 ‎1．使用刻度尺测计数点的距离时有误差．‎ ‎2．作v－t图象时出现作图误差．‎ ‎3．电源频率不稳定，造成打点的时间间隔不完全相同．‎ ‎4．长木板粗糙程度不均匀，小车运动时加速度有变化造成误差．‎ ‎　对实验原理和操作的考查 ‎　某同学用如图甲所示的实验装置研究匀变速直线运动．‎ 实验步骤如下：‎ A．安装好实验器材；‎ B．让小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打下一系列小点，重复几次，选出一条点迹比较清晰的纸带，从便于测量的点开始，每五个点取一个计数点，如图乙中a、b、c、d等点；‎ C．测出x1、x2、x3….‎ 结合上述实验步骤，请你继续完成下列任务：‎ ‎(1)实验中，除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外，在下列仪器和器材中，必须使用的有________．(填选项代号)‎ A．电压合适的50 Hz交流电源 B．电压可调的直流电源 C．秒表　D．刻度尺　E．天平　F．重锤　G．弹簧测力计 ‎(2)如果小车做匀加速运动，所得纸带如图乙所示，则x1、x2、x3的关系是__________________________，已知打点计时器打点的时间间隔是t，则打c点时小车的速度大小是________．　‎ ‎(3)如果小车做匀加速直线运动，测出前六段相等时间内的位移分别为x1、x2、x3、x4、x5、x6，已知打点计时器打点的时间间隔是t，则小车的加速度a的表达式为：________．‎ ‎[答案]　(1)AD　(2)x3－x2＝x2－x1　 ‎(3)a＝ ‎(1)两种打点计时器的不同 ‎①电磁打点计时器使用6 V以下低压50 Hz交流电源，用振针打点，每隔0.02 s打一次点．‎ ‎②电火花计时器使用220 V　50 Hz交流电源，电火花打点，每隔0.02 s打一次点．‎ ‎(2)匀变速直线运动的判断：连续相等时间内的位移之差为恒量，即x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…＝恒量，物体做匀变速直线运动．　 ‎ ‎　对实验数据处理和误差分析的考查 ‎　在做“研究匀变速直线运动”的实验中：‎ ‎(1)实验室提供了以下器材：打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸、弹簧测力计．其中在本实验中不需要的器材是__________________．‎ ‎(2)如图所示，是某同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的时间间隔T＝0.02 s，其中x1＝‎7.05 cm、x2＝‎7.68 cm、x3＝‎8.33 cm、x4＝‎8.95 cm、x5＝‎9.61 cm、x6＝‎10.26 cm.‎ 下表列出了打点计时器打下B、C、F时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下D、E两点时小车的瞬时速度．‎ 位置 B C D E F 速度(m·s－1)‎ ‎0.737‎ ‎0.801‎ ‎0.994‎ ‎(3)以A点为计时起点，在坐标图中画出小车的速度－时间关系图线．‎ ‎(4)根据你画出的小车的速度－时间关系图线计算出的小车的加速度a＝________m/s2.‎ ‎(5)如果当时电网中交变电流的频率是f＝49 Hz，而做实验的同学并不知道，由此引起的系统误差将使加速度的测量值比实际值偏________．(选填“大”或“小”)‎ ‎[解析]　(1)本实验中不需要测量力的大小，因此不需要的器材是弹簧测力计．‎ ‎(2)根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度知：‎ vD＝＝＝‎0.864 m/s 同理可得vE＝0.928 m/s.‎ ‎(3)小车的速度－时间关系图线如图所示．‎ ‎(4)小车的加速度 a＝＝ m/s2＝‎0.63 m/s2.‎ ‎(5)当交变电流的频率f＝49 Hz时，实际周期大于0.02 s，根据运动学公式Δx＝aT2得，测量的加速度值与实际值相比是偏大的．‎ ‎[答案]　见解析 以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，‎ 不脱离教材而又不拘泥于教材，考查对实验原理、方法的迁移应用能力，体现开放性、探究性等特点．‎ 对本实验的创新迁移可能从以下角度进行：‎ ‎1．用气垫导轨代替长木板；‎ ‎2．用频闪照相的方法或光电计时器代替打点计时器；‎ ‎3．小车在长木板上的运动改为重物的自由下落．‎ 虽然创设了新的情景，但是计算方法依然万变不离其宗，仍用逐差法计算加速度，平均速度法求解瞬时速度．‎ ‎　光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以精确地把物体从开始挡光到挡光结束的时间记录下来．现利用图乙所示的装置测量滑块和长木板间的动摩擦因数，图中MN是水平桌面，Q是长木板与桌面的接触点，1和2是固定在长木板适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出，长木板顶端P点悬有一铅锤．实验时，让滑块从长木板的顶端滑下，光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为1.0×10－2 s和4.0×10－3 s．用精度为‎0.05 mm的游标卡尺测量滑块的宽度d，其示数如图丙所示．‎ ‎(1)滑块的宽度d＝________cm.‎ ‎(2)滑块通过光电门1时的速度v1＝________m/s，滑块通过光电门2时的速度v2＝________m/s.(结果保留两位有效数字)．‎ ‎(3)由此测得的瞬时速度v1和v2只是一个近似值，它们实质上是通过光电门1和2时的________，要使瞬时速度的测量值更接近于真实值，可将________的宽度减小一些．‎ ‎[解析]　(1)d＝‎10 mm＋‎0.05 mm×2＝‎10.10 mm＝‎1.010 cm.‎ ‎(2)v1＝＝ m/s≈‎1.0 m/s，‎ v2＝＝ m/s≈‎2.5 m/s.‎ ‎(3)v1、v2实质上是滑块通过光电门1和2时的平均速度，要使瞬时速度的测量值更接近于真实值，可将滑块的宽度减小一些．‎ ‎[答案]　(1)1.010　(2)1.0　2.5　(3)平均速度　滑块 本实验用光电计时器代替打点计时器来测量速度和加速度，是对原有实验条件、实验器材的迁移和改进，不脱离教材而又不拘泥于教材，仍属于纸带问题的延伸．　 ‎