第二節(jié) 勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)探究

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．2．掌握判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法．3．測定勻變速直線運(yùn)動(dòng)物體的加速度．4．學(xué)會(huì)探究重力作用下運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和方法．第2節(jié) 勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)探究二、實(shí)驗(yàn)原理1．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及其應(yīng)用電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器結(jié)構(gòu)圖示工作電壓220V交流電4～6V交流電打點(diǎn)方式周期性產(chǎn)生電火花振針周期性上下振動(dòng)打點(diǎn)周期0.02s0.02s記錄信息位移、時(shí)間4．頻閃照相法及其應(yīng)用(1)頻閃照相法：利用照相技術(shù)，每隔一定時(shí)間曝光一次，從而形成間隔相同時(shí)間的影像的方法．(2)頻閃燈：每隔相等時(shí)間閃光一次，如每隔0.1s閃光一次，即每秒閃光10次．(3)頻閃照片：利用頻閃燈照明，照相機(jī)可以拍攝出運(yùn)動(dòng)物體每隔相等時(shí)間所到達(dá)的位置，通過這種方法拍攝的照片稱為頻閃照片．(4)記錄信息：物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和位移．三、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙、低壓交流電源、小車、墊片、長木板、刻度尺、導(dǎo)線等.一、實(shí)驗(yàn)步驟1．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板的一端，并用墊片墊高此端，使木板傾斜．如圖3－2－1所示．圖3－2－12．連接好打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電路．(注意此過程中要斷開開關(guān))3．將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連接在小車后面，并使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．4．閉合電路開關(guān)，然后釋放小車，打完紙帶后立即關(guān)閉電源．5．更換紙帶，重復(fù)操作三次．6．選擇一條點(diǎn)跡最清晰的紙帶，舍掉開頭一些過于密集的點(diǎn)，找一適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)作為開始點(diǎn)．選擇相隔0.1s的若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行長度測量，并將數(shù)據(jù)填入設(shè)計(jì)好的表格中．2．用v－t圖象求加速度(1)在三條紙帶中選擇一條最清晰的，舍掉開頭一些比較密集的點(diǎn)跡，在后邊便于測量的地方找一個(gè)開始點(diǎn)，為了測量方便和減小誤差，通常選擇相隔0.1s的若干計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測量．在選好的開始點(diǎn)下面標(biāo)明0，在第六個(gè)點(diǎn)下面標(biāo)1，在第十一個(gè)點(diǎn)的下面標(biāo)2，依此類推，每5個(gè)點(diǎn)下面計(jì)一個(gè)數(shù)，這些標(biāo)數(shù)字的點(diǎn)叫做計(jì)數(shù)點(diǎn)．如圖所示，測出兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離分別為s1、s2、s3…填入下表．位置間隔0～11～22～33～44～5間隔距離(cm)圖3－2－2(3)作出速度—時(shí)間圖象．在坐標(biāo)紙上，以速度v為縱軸、時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系．根據(jù)上表中的v、t數(shù)據(jù)，在直角坐標(biāo)系中描點(diǎn)，如圖3－2－3所示，通過觀察、思考，找出這些點(diǎn)的分布規(guī)律，然后根據(jù)這些點(diǎn)的分布趨向，用一條平滑的曲線(包括直線)連接這些點(diǎn)，并盡量讓多數(shù)點(diǎn)落在曲線上(或直線上)，不在曲線(或直線)上的點(diǎn)應(yīng)分布在曲線(或直線)兩側(cè)，且兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)大致相同．圖3－2－3

三、誤差分析誤差產(chǎn)生原因減小方法偶然誤差①紙帶上計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的測量②v－t圖作出的并非一條直線①多次測量求平均值②大多數(shù)點(diǎn)在線上，不在線上的點(diǎn)盡可能均勻分布在兩側(cè)系統(tǒng)誤差①小車、紙帶運(yùn)動(dòng)過程中有摩擦②電源的不穩(wěn)定性①使用電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器②使用穩(wěn)壓電源四、注意事項(xiàng)1．開始釋放小車時(shí)，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．2．應(yīng)該是先接通電源，等打點(diǎn)穩(wěn)定后，再釋放小車．3．打點(diǎn)完畢，立即斷開電源．4．如打出的點(diǎn)較輕或是短線時(shí)，應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫紙的高度．5．選擇一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，舍棄點(diǎn)密集部分，適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)，弄清楚時(shí)間間隔T.6．每打好一條紙帶，將定位軸上的復(fù)寫紙換個(gè)位置，以保證打點(diǎn)清晰．7．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(jì)數(shù)點(diǎn)到開始點(diǎn)之間的距離)．讀數(shù)時(shí)應(yīng)估讀到毫米的下一位．8．要區(qū)分打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的計(jì)時(shí)點(diǎn)和人為選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)，一般在紙帶上每隔4個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，即時(shí)間間隔為T＝0.02s×5＝0.1s.9．在坐標(biāo)紙上畫v－t圖象時(shí)，注意坐標(biāo)軸單位長度的選取，應(yīng)使圖象盡量分布在較大的坐標(biāo)平面內(nèi)．

在“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)探究”中，按照實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的先后順序，將下述步驟的代號填在橫線上______．A．把穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶固定在小車的后面B．把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板的沒有滑輪的一端，并連好電路實(shí)驗(yàn)步驟的考查

C．換上新的紙帶，再重復(fù)做兩次D．把長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面E．使小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，接通電源，放開小車，讓小車運(yùn)動(dòng)F．把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，另一端吊著合適的鉤碼G．?dāng)嚅_電源，取出紙帶【解析】正確的實(shí)驗(yàn)步驟是：把長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面；把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板的一端，并連好電路；把穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶固定在小車的后面，把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，另一端吊著合適的鉤碼；使小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，再放開小車，讓小車運(yùn)動(dòng)；打完一條紙帶，斷開電源取下紙帶，換上新的紙帶；再重復(fù)做兩次．【答案】

DBAFEGC (2013·福建連江一中高一檢測)用一端裝有定滑輪的長木板，小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(頻率為50Hz)、鉤碼、紙帶、細(xì)線組成如圖3－2－4(a)所示的裝置，讓小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，得到如圖(b)所示的一條紙帶，紙帶中相鄰兩點(diǎn)之間有四個(gè)點(diǎn)未畫出，用毫米刻度尺測量得：AB＝1.10cm、BC＝2.09cm、CD＝3.10cm、DE＝4.11cm(以下運(yùn)算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)，則：利用紙帶求勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度

【答案】

(1)1.0(2)0.361．(2013·五指高一檢測)關(guān)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用說法正確的是()A．電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是6V以下的直流電源B．在測量物體速度時(shí)，先讓物體運(yùn)動(dòng)，后接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源C．使用的電源頻率越高，打點(diǎn)的時(shí)間間隔就越小D．電源的電壓越高，打點(diǎn)的時(shí)間間隔就越小【答案】

C2．下列關(guān)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上點(diǎn)跡的判斷正確的是()A．點(diǎn)跡記錄了物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間B．點(diǎn)跡記錄了物體在不同時(shí)刻的位置和某段時(shí)間內(nèi)的位移C．紙帶上點(diǎn)跡的分布情況反映了物體的質(zhì)量和形狀D．紙帶上點(diǎn)跡的分布情況反映了物體的運(yùn)動(dòng)情況【解析】

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔一定的時(shí)間(當(dāng)電源頻率為50Hz時(shí)，打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02s)打下一個(gè)點(diǎn)，因而點(diǎn)跡記錄了物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，也記錄了物體在不同時(shí)刻的位置和某段時(shí)間內(nèi)的位移；點(diǎn)跡的分布情況反映了物體的運(yùn)動(dòng)情況，而不能反映物體的質(zhì)量和形狀，故只有C項(xiàng)錯(cuò)誤．【答案】

ABD【解析】

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是頻率為50Hz的交流電源，故紙帶上每打出兩個(gè)相鄰點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間為0.02s，所以A、B兩點(diǎn)間時(shí)間之比為：(0.02×10)∶(0.02×5)＝2∶1，B項(xiàng)正確．【答案】

B4．在測量勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度的實(shí)驗(yàn)中，對于減小誤差來說，下列操作不當(dāng)?shù)氖?)A．選取計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，把每5個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔作為一個(gè)時(shí)間單位B．使小車運(yùn)動(dòng)的加速度盡量小些C．舍去紙帶上密集的點(diǎn)，只利用點(diǎn)跡清晰、間隔適當(dāng)?shù)哪且徊糠诌M(jìn)行測量、計(jì)算D．選用各處平整程度、光滑程度相同的長木板做實(shí)驗(yàn)【解析】

用計(jì)數(shù)點(diǎn)的方法，利用點(diǎn)跡清晰、間隔適當(dāng)?shù)牟糠诌M(jìn)行測量、計(jì)算，可減小測量誤差；選用各處平整程度、光滑程度相同的長木板做實(shí)驗(yàn)，可以減小因加速度不穩(wěn)定帶來的誤差；若小車的加速度太小，則連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)位移之差太小，不便于測量，故B錯(cuò)誤．選B.【答案】

B5．一小球在桌面上從靜止開始做勻加速運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)用高速攝影機(jī)在同一底片上多次曝光，記錄下小球每次曝光的位置，并將小球的位置編號．如圖3－2－6所示，1位置恰為小球剛開始運(yùn)動(dòng)的瞬間，攝影機(jī)連續(xù)兩次曝光的時(shí)間間隔均為1s，則小球從1位置到6位置的運(yùn)動(dòng)過程中位移為________m，時(shí)間為________s．(小數(shù)點(diǎn)后保留2位有效數(shù)字)圖3－2－6【解析】

由圖中1、6的位置可計(jì)算出1、6之間位移Δs＝0.37m，每次曝光時(shí)間T＝1s，故1、6兩位置時(shí)間間隔Δt＝5T＝5s.【答案】

0.375【答案】

(1)相等勻加速(2)乙1.11.0957．(2013·福州八中高一檢測)如圖3－2－8所示，甲、乙兩圖都是使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量重力加速度g的裝置示意圖，已知該打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為50Hz.(1)這兩圖相比較，哪個(gè)圖所示的裝置較好，為什么？____________________________________________(2)丙圖是采用較好的裝置并按正確的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)打出的一條紙帶，其中O為打出的第一個(gè)點(diǎn)，標(biāo)為1，后面依次打下的一系列點(diǎn)跡分別標(biāo)為2、3、4、5……經(jīng)測量，第15至第17點(diǎn)間的距離為11.76cm，第1至第16點(diǎn)間的距離為44.14cm，則打下第16個(gè)點(diǎn)時(shí)，測出的重力加速度值為g＝________m/s2.(要求保留三位有效數(shù)字)甲乙丙圖3－2－8【答案】

(1)甲圖較好，用夾子固定紙帶，便于調(diào)整紙帶方向豎直，還可避免手持不穩(wěn)定造成打第一點(diǎn)模糊的情況(2)9.808．在“利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測定勻加速直線運(yùn)動(dòng)加速度”的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在50Hz的低壓交變電源上，某同學(xué)在打出的紙帶上每5點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，共取了A、B、C、D、E、F六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)(每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的四個(gè)點(diǎn)未畫出)．從每一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)處將紙帶剪開分成五段(分別為a、b、c、d、e段)，將這五段紙帶由短到長緊靠但不重疊地粘在xOy坐標(biāo)系中，如圖3－2－9所示，由此可以得到一條表示v－t關(guān)系的圖線，從而求出加速度的大?。畧D3－2－9

(1)請你在xOy坐標(biāo)系中用最簡潔的方法作出能表示v－t關(guān)系的圖線(作答在圖上)，并指出哪個(gè)軸相當(dāng)于v軸？答：________；(2)從第一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)開始計(jì)時(shí)，為求出0.15s時(shí)刻的瞬時(shí)速度，需要測出哪一段