高中物理 1.4實驗：研究勻速直線運動基礎(chǔ)

實驗：研究勻變速直線運動一、實驗?zāi)康?.練習(xí)使用電磁打點計時器或電火花計時器，并學(xué)會用打上點的紙帶研究物體的運動。2.掌握判斷物體是否做勻變速直線運動的方法。3.會利用紙帶測定物體做勻變速直線運動的加速度。二、實驗原理1.打點計時器(1)作用通過打點實現(xiàn)計時功能的儀器，若所用交流電源頻率為50Hz，則每隔0.02s打一次點。

(2)工作條件電磁打點計時器：4V6V交流電源電火花計時器：220V交流電源(3)紙帶上點的意義①表示和紙帶相連的物體在不同時刻的位置。②通過研究紙帶上各點之間的間隔，可以判斷物體的運動狀況。.①電磁打點計時器電磁打點計時器的構(gòu)造如圖，在線圈和永久磁鐵的作用下，振片便上下振動起來，位于振片一端的振針也跟著上下振動而打點，這時，如果紙帶運動，振針就在紙帶上打出一系列點。②電火花計時器電火花計時器構(gòu)造如圖所示，利用火花放電在紙帶上打出孔而顯示點跡的計時儀器，工作電壓為220V交流電，按下脈沖輸出開關(guān)時，計時器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)接正極的放電針、墨粉紙盤到接負(fù)極的紙盤軸，產(chǎn)生火花放電，于是在運動紙帶上就打出系列點跡。(4)兩種打點計時器.

(3)由紙帶求物體在打下某計數(shù)點時瞬時速度的方法：vn=(xn+xn+1)/(2T)，即時間2T內(nèi)的平均速度等于該段時間中間時刻的瞬時速度，如圖所示。2.勻變速直線運動的特點(1)物體做勻變速直線運動時，若加速度為a，在各個連續(xù)相等的時間T內(nèi)發(fā)生的位移依次為x1，x2，x3,…,xn，則有：x2-x1=x3-x2=…=xn-xn-1=aT2，即任意兩個連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)的位移差相等?？梢砸罁?jù)這個特點，判斷一個物體是否做勻變速直線運動。(2)勻變速直線運動的物體在某段時間內(nèi)的平均速度等于該段時間內(nèi)中間時刻的瞬時速度。.(1)逐差法設(shè)相鄰相同時間(T)內(nèi)的位移分別為x1,x2，…,xn,則：x2-x1=x3-x2=x4-x3=…=xn-xn-1=aT2，

x4-x1=3a1T2,

x5-x2=3a2T2，

x6-x3=3a3T2，得加速度為：(2)圖象法以打某計數(shù)點時為計時起點，然后利用vn=xn+xn+1/(2T)求出打各點時的速度，描點得v-t圖象，v-t圖象的斜率即為加速度，如圖所示。3.由紙帶求物體加速度的方法.2.把一條細(xì)繩拴在小車上，使細(xì)繩跨過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行，然后把紙帶穿過打點計時器，并把紙帶的另一端固定在小車的后面。3.把小車停在打點計時器處。先接通電源，后釋放小車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一列小點，換上新紙帶，重復(fù)實驗三次。三、實驗器材電火花計時器或電磁打點計時器、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙片。四、實驗過程1.如圖所示，把一端附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出底面，把打點計時器固定在長木板上遠(yuǎn)離滑輪的一端，連接好電路。.4.從三條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開始一些比較密集的點，在后面便于測量的地方找一個開始點，以后依次每五個點取一個計數(shù)點，確定好計數(shù)始點，并標(biāo)明0，1，2，3，4，…，測量各計數(shù)點到0點的距離x，并記錄填入表中。)5.利用一段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求得各計數(shù)點1，2，3，4，5的瞬時速度，填入上面的表格中。6.計算出相鄰的計數(shù)點之間的距離x1，x2，x3，…，用逐差法求出加速度，最后求其平均值，填入上面的表格中。(也可由上個步驟中求出的各計數(shù)點對應(yīng)的瞬時速度，作出v-t圖象，根據(jù)圖象的斜率來求加速度a)。7.增減所掛鉤碼數(shù)，再做兩次實驗。8.實驗結(jié)束后，整理好實驗器材。位置編號0123456時間t/sx/mv/(m·s-1)Δx/ma/(m·s-2).五、注意事項1.要在鉤碼落地處放上軟墊或砂箱，防止撞壞鉤碼。2.要在小車到達(dá)滑輪前用手按住它或放置泡沫塑料擋板，防止撞壞小車。3.小車的加速度宜適當(dāng)大些，可以減小長度的測量誤差，加速度大小以能在約50cm的紙帶上清楚地取出7~8個計數(shù)點為宜。4.紙帶運動時盡量不要讓紙帶與打點計時器的限位孔摩擦。5.要先接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后，再放開小車；放開小車時，小車要靠近打點計時器，以充分利用紙帶的長度。6.不要分段測量各段位移，應(yīng)盡可能地一次測量完畢(可先統(tǒng)一量出各計數(shù)點到計數(shù)起點0之間的距離)，讀數(shù)時應(yīng)估讀到毫米的下一位。六、誤差分析本實驗參與計算的量有x和T，因此誤差來源于x和T。1.由于相鄰兩計數(shù)點之間的距離x測量不夠精確而使a的測量結(jié)果產(chǎn)生誤差。2.市電的頻率不穩(wěn)定使T不穩(wěn)定而產(chǎn)生誤差。.考點1打點計時器的構(gòu)造、原理、使用【例1】電磁打點計時器是一種使用_________電源的計時儀器，它的工作電壓___V以下,當(dāng)電源頻率是50Hz時,它每隔_____s打一次點。使用打點計時器時，紙帶應(yīng)穿過_______，復(fù)寫紙應(yīng)套在_______上，并要放在紙帶的___面；應(yīng)把__________電源用導(dǎo)線接在_______上；打點時應(yīng)先_________，再讓紙帶運動。正確掌握打點計時器的構(gòu)造、工作原理、使用方法等是做出正確判斷的關(guān)鍵?！窘馕觥侩姶糯螯c計時器是一種測量時間的儀器，使用6V以下的低壓交流電源，它每隔一個周期打一個點，因此紙帶上的兩個點之間的時間間隔為交流電的周期，使用打點計時器時，紙帶應(yīng)穿過限位孔，復(fù)寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上，打點時要先接通電源，再讓紙帶運動。低壓交流60.02限位孔定位軸上低壓交流接線柱接通電源.使用電火花計時器來分析物體運動情況的實驗中：(1)在如下基本步驟中，正確的排列順序為____________。A.把電火花計時器固定在桌子上B.安好紙帶C.松開紙帶讓物體帶著紙帶運動D.接通220V交流電源E.按下脈沖輸出開關(guān)，進(jìn)行打點(2)在安放紙帶時，要檢查墨粉紙盤是否已經(jīng)正確地套在_______上，還要檢查__________是否夾在兩條紙帶之間。ABDEC紙盤軸墨粉紙盤.考點2實驗操作技巧【例2】在“研究勻變速直線運動”的實驗中，某同學(xué)的操作中有以下實驗步驟，其中錯誤或遺漏的步驟有(遺漏步驟可編上序號G、H……)______________________________________________________________________________________________________。A.拉住紙帶，將小車移至靠近打點計時器處，先放開紙帶，再接通電源B.將打點計時器固定在平板上，并接好電源C.把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪下面吊著適當(dāng)重的鉤碼D.取下紙帶E.將平板一端抬高，輕推小車，使小車能在平板上做勻速運動F.將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔將以上步驟完善,并按合理順序填寫在橫線上。____________________。A中應(yīng)先接通電源，再放開紙帶。D中應(yīng)先斷開電源，使打點計時器停止工作。應(yīng)補(bǔ)充G，換上紙帶，重復(fù)實驗三次BFECADG.實驗操作的技巧：(1)開始釋放小車時，應(yīng)使小車靠近打點計時器。(2)應(yīng)該先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再釋放小車。(3)小車另一端所掛的鉤碼的個數(shù)要適當(dāng)，避免加速度過大而使紙帶上打的點太少，或者加速度太小，使各段位移無較大區(qū)別，加速度大小以能在約50cm的紙帶上清楚地取出7~8個計數(shù)點為宜。(4)應(yīng)選擇點跡清晰的紙帶，適當(dāng)舍棄點密集部分，適當(dāng)選取計數(shù)點(計數(shù)點和計時點有區(qū)別)，弄清楚所選的時間間隔T等于多少秒。(5)紙帶運動時，要減少紙帶與打點計時器的限位孔間的摩擦。(6)要在鉤碼落地處放置軟墊或砂箱，防止撞壞鉤碼。(7)要在小車到達(dá)滑輪前，用手按住它或放置泡沫塑料擋板，防止車掉在地上或撞壞滑輪。.某同學(xué)用圖所示的實驗裝置研究小車在斜面上的運動。實驗步驟如下：a.安裝好實驗器材。b.接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿平板斜面向下運動，重復(fù)幾次。選出一條點跡比較清晰的紙帶。舍去開始密集的點跡，從便于測量的點開始，每兩個打點間隔取一個計數(shù)點，如圖中0、1、2…6。c.測量1、2、3…6計數(shù)點到0計數(shù)點的距離，分別記作：x1、x2、x3…x6。d.通過測量和計算，該同學(xué)判斷出小車沿平板做勻加速直線運動。e.分別計算出x1、x2、x3…x6與對應(yīng)時間的比值x1/t1、x2/t2、x3/t3…x6/t6。f.以x/t為縱坐標(biāo)、t為橫坐標(biāo)，標(biāo)出x/t與對應(yīng)時間t的坐標(biāo)點，畫出x/t-t圖線。.(2)將最小刻度為1mm的刻度尺的0刻線與0計數(shù)點對齊，0、1、2、5計數(shù)點所在位置如圖所示，則x2=______cm，x5=_______cm。(3)該同學(xué)在圖中已標(biāo)出1、3、4、6計數(shù)點對應(yīng)的坐標(biāo)點，請你在該圖中標(biāo)出與2、5兩個計數(shù)點對應(yīng)的坐標(biāo)點，并畫出x/t-t圖線。(4)根據(jù)x/t-t圖判斷，在打0計數(shù)點時，小車的速度v0=____m/s；它在斜面上運動的加速度a=______m/s2。

結(jié)合上述實驗步驟，請你完成下列任務(wù)：(1)實驗中，除打點計時器(含紙帶、復(fù)寫紙)、小車、平板、鐵架臺、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下面的儀器和器材中，必須使用的有_____和_____。(填選項代號)A.電壓合適的50Hz交流電源B.電壓可調(diào)的直流電源C.刻度尺D.秒表E.天平F.重錘【答案】(1)AC(2)2.98(2.97～2.99均可)13.20(13.19～13.21均可)(3)見解析圖(4)0.18(0.16～0.20均可)4.80(4.50～5.10均可).考點3實驗數(shù)據(jù)的處理【例3】某同學(xué)用打點計時器測量做勻加速直線運動的物體的加速度，電源頻率f=50Hz。在紙帶上打出的點中，選出零點，每隔4個點取1個計數(shù)點。因保存不當(dāng)，紙帶被污染。如圖所示，A、B、C、D是依次排列的4個計數(shù)點，僅能讀出其中3個計數(shù)點到零點的距離：xA=16.6mm、xB=126.5mm、

xD=624.5mm。若無法再做實驗，可由以上信息推知：(1)相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為_____s；(2)打C點時物體的速度大小為______m/s(取2位有效數(shù)字)；(3)物體的加速度大小為_________(用xA、xB、xD和f表示)。.【答案】(1)0.1(2)2.5(3)(xD-3xB+2xA)f2/75

【解析】(1)因為“每隔4個點取1個計數(shù)點”，故相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為T′=0.02s×5=0.1s；(2)打C點時的瞬時速度等于以C點為中間時刻的BD段的平均速度。所以m/s(3)T′＝5T=5/f

xAB=xB-xA

xAD=xD-xA

xAB=vAT′+(1/2)aT′2

xAD=vA×3T′+(1/2)a×(3T′)2聯(lián)立以上各式可解得

a=(xD-3xB+2xA)f2/75。.某同學(xué)在“研究勻變速直線運動”實驗中，用打點計時器記錄了被小車拖動的紙帶的運動情況，在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個計數(shù)點，其相鄰點間的距離如圖所示，每兩個相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔為0.10s。(1)試根據(jù)紙帶上各個計數(shù)點間的距離，計算出打下B、C、D、E、F五個點時小車的瞬時速度，并將各個速度值填入下式(保留三位有效數(shù)字)vB=_____m/s，vC=_____m/s，vD=_____m/s，vE=_____m/s，vF=_____m/s。(2)將B、C、D、E、F各個時刻的瞬時速度標(biāo)在如圖所示的坐標(biāo)紙上，并畫出小車的瞬時速度隨時間變化的關(guān)系圖象。(3)根據(jù)(2)中畫出的v-t圖象，求得小車運動的加速度為______m/s2。(保留兩位有效數(shù)字)【答案】(1)0.4000.4790.6400.721(2)如圖(3)0.78~0.80均可..9、靜夜四無鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、雨中黃葉樹，燈下白頭人。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:11:12PM11、以我獨沈久，愧君相見頻。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、故人江海別，幾度隔山川。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、乍見翻疑夢，相悲各問年。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國見青山。。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、比不了得就不比，得不到的就不要。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、行動出成果，工作出財富。。2023/2/32023/2/303February202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時，你只能或者最好沿著以腳為起點的射線向前。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、沒有失敗，只有暫時停止成功！。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、很多事情努力了未必有結(jié)果，但是不努力卻什么改變也沒有。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:11:12PM11、成功就是日復(fù)一日那一點點小小努力的積累。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、世間成事，不求其絕對圓滿，留一份不足，可得無限完美。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、不知香積寺，數(shù)里入云峰。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅強(qiáng)的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、楚塞三湘接，荊門九派通。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、少年十五二十時，步行奪得胡馬騎。。2023/2/32023/2/303