實驗一勻變速直線運動

實驗一勻變速直線運動第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二(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可以利用紙帶上打出的點確定計數(shù)點間的時間間隔.③通過研究紙帶上各點之間的間距，可以判斷物體的運動情況.2.利用紙帶判斷物體是否做勻變速直線運動的方法設(shè)s1、s2、s3、s4…為紙帶上相鄰兩個計數(shù)點之間的距離，假如Δs=s2-s1=s3-s2=s4-s3=…=常數(shù)，即連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)的位移之差為恒量，則與紙帶相連的物體做勻變速直線運動.第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二打點計時器、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、交流電源、復(fù)寫紙.三、實驗器材四、實驗步驟1.把帶有滑輪的長木板平放在實驗桌上，將滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，并把打點計時器連接在電源上第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二2.把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下邊掛上合適的鉤碼.把紙帶穿過打點計時器的復(fù)寫紙下，并把它的一端固定在小車的后面，調(diào)節(jié)滑輪的高度，使細(xì)繩與長木板平行.如圖所示3.將小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，等打點計時器打點穩(wěn)定后，放開小車.換上新紙帶，重復(fù)實驗3次第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二4.從幾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d，記錄并填入表中位置編號0123456時間t/s----d/m----s/m----v/m·s-1----第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二五、數(shù)據(jù)處理1.由實驗數(shù)據(jù)得出v-t圖象(1)根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù)，在直角坐標(biāo)系中仔細(xì)描點.(2)作一條直線，使同一次實驗得到的各點盡量落到這條直線上，落不到直線上的各點應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè)，這條直線就是本次實驗的v-t圖線，它是一條傾斜的直線.第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二2.圖象分析：(1)直接分析圖象的特點得出.小車運動的v-t圖象是一條傾斜的直線，如圖所示，當(dāng)時間增加相同的值Δt，速度也會增加相同的值Δv，由此得出結(jié)論：小車的速度隨時間均勻變化.(2)通過函數(shù)關(guān)系進一步得到，既然小車運動的v-t圖象是一條傾斜的直線，那么v隨t變化的函數(shù)關(guān)系式為v＝kt＋b，顯然v與t成線性關(guān)系，小車的速度隨時間均勻變化.第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二1.小車運動時摩擦不均勻，打點不穩(wěn)定引起系統(tǒng)誤差2.紙帶上計數(shù)點間距測量以及作v-t圖象引起偶然誤差六、主要誤差分析七、注意事項1.平行：紙帶、細(xì)繩要和長木板平行2.靠近：釋放小車前，應(yīng)使小車停在靠近打點計時器的位置3.一先一后：實驗時應(yīng)先接通電源，后釋放小車；實驗后先斷開電源，后取下紙帶4.防止碰撞：在到達長木板末端前應(yīng)讓小車停止運動，防止鉤碼落地，小車與滑輪碰撞第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二5.減小誤差：小車另一端掛的鉤碼個數(shù)要適當(dāng)，避免速度過大而使紙帶上打的點太少，或者速度太小，使紙帶上打的點過于密集6.紙帶選?。哼x擇一條點跡清晰的紙帶，舍棄點密集部分，適當(dāng)選取計數(shù)點7.準(zhǔn)確作圖：在坐標(biāo)紙上，縱、橫軸選取合適的單位，仔細(xì)描點連線，不能連成折線，應(yīng)作一條直線，讓各點盡量落到這條直線上，落不到直線上的各點應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè)第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二1.鉤碼帶動小車做加速運動時，因受摩擦等各方面的影響，致使小車加速度不恒定，即小車不能真正做勻加速直線運動，因此可用阻力小的氣墊導(dǎo)軌替代長木板；2.用頻閃照相或光電計時的辦法替代打點計時器，可避免由于電源頻率不穩(wěn)定，造成相鄰兩點間的時間間隔不完全相等，提高實驗的精確度.八、實驗改進第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二1.某同學(xué)在測定勻變速直線運動的加速度時，得到了幾條較為理想的紙帶，并在每條紙帶上每5個計時點取一個計數(shù)點,依打點先后編為0、1、2、3、4、5.由于不小心，紙帶被撕斷，部分缺失，如圖所示.請根據(jù)給出的甲、乙、丙、丁四段紙帶回答：(1)從紙帶甲上撕下的那段應(yīng)該是乙、丙、丁三段紙帶中的____.(2)打紙帶甲時，物體的加速度大小是__________m/s2;打計數(shù)點1時，物體的速度大小是___________m/s.第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二【解析】因小車做勻變速直線運動，加速度保持不變，打甲紙帶時，加速度m/s2=0.6m/s2,又小車運動的加速度：則4、5兩點間隔為：s5=s2+3aT2=36.0×10-3m+3×0.6×0.12m=54×10-3m=54.0mm,所以從紙帶甲上撕下的那段應(yīng)是丙.m/s=0.33m/s.答案：(1)丙(2)0.60.33第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二2.如圖所示，將打點計時器固定在鐵架臺上，使重物帶動紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置可以測定重力加速度.(1)所需器材有打點計時器(帶導(dǎo)線)、紙帶、復(fù)寫紙、帶鐵夾的鐵架臺和帶夾子的重物，此外還需_________(填字母代號)器材.A.直流電源、天平及砝碼B.直流電源、毫米刻度尺C.交流電源、天平及砝碼D.交流電源、毫米刻度尺第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二(2)通過作圖象的方法可以剔除偶然誤差較大的數(shù)據(jù)，提高實驗的準(zhǔn)確程度.為使圖線的斜率等于重力加速度，除作v-t圖象外，還可作__________圖象，其縱軸表示的是_____________，橫軸表示的是_________________________________________.第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二【規(guī)范解答】(1)選D.打點計時器需接交流電源.重力加速度與物體的質(zhì)量無關(guān)，所以不需要天平和砝碼.計算速度需要測相鄰計數(shù)點間的距離，需要毫米刻度尺，故D正確.(2)由公式v2＝2gh，如繪出圖象，其斜率也等于重力加速度.答案：(1)D(2)速度平方的二分之一重物下落的高度第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二3.某學(xué)生利用“研究勻變速直線運動”的實驗裝置來測量一個質(zhì)量m=50g的重錘下落時的加速度值，該學(xué)生將重錘固定在紙帶下端，讓紙帶穿過打點計時器，實驗裝置如圖所示.第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二(1)以下是該同學(xué)正確的實驗操作和計算過程，請?zhí)顚懫渲械目瞻撞糠?；①實驗操作：_________________，釋放紙帶，讓重錘自由落下，__________________.②取下紙帶，取其中的一段標(biāo)出計數(shù)點如圖所示，測出相鄰計數(shù)點間的距離分別為s1=2.60cm，s2=4.14cm，s3=5.69cm，s4=7.22cm，s5=8.75cm，s6=10.29cm，已知打點計時器的打點間隔T=0.02s，則重錘運動的加速度計算表達式為a=_____，代入數(shù)據(jù)，可得加速度a=____________m/s2(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字).第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二(2)該同學(xué)從實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，重錘下落時的加速度比實際的重力加速度小，為了有效地縮小這個實驗測得的加速度與實際的重力加速度之差，請你提出一個有效的改進方法：_____________________________________________________.第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二(2)重錘下落時的加速度比實際的重力加速度小，是因為重錘下落時所受空氣阻力過大或者紙帶與打點計時器限位孔之間的摩擦阻力過大.為了有效地縮小這個實驗測得的加速度與實際的重力加速度之差，可以將重錘換成較大質(zhì)量的重錘或者實驗過程中重錘下落時盡量減小紙帶與限位孔之間的摩擦.【解析】(1)①實驗時，應(yīng)先接通打點計時器的電源，再釋放紙帶，實驗結(jié)束，應(yīng)立即關(guān)閉電源.②由逐差法求解重錘下落的加速度：答案：(1)①接通電源實驗結(jié)束關(guān)閉電源②9.60(9.59～9.61都正確)(2)將重錘換成較大質(zhì)量的重錘或者實驗過程中重錘下落時盡量減小紙帶與限位孔之間的摩擦第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二4.利用圖1所示的裝置可測量滑塊在斜面上運動的加速度.一斜面上安裝有兩個光電門，其中光電門乙固定在斜面上靠近底端處，光電門甲的位置可移動，當(dāng)一帶有遮光片的滑塊自斜面上滑下時，與兩個光電門都相連的計時器可以顯示出遮光片從光電門甲至乙所用的時間t.改變光電門甲的位置進行多次測量，每次都使滑塊從同一點由靜止開始下滑，并用米尺測量甲、乙之間的距離x，記下相應(yīng)的t值，所得數(shù)據(jù)如表所示.第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二x(m)0.5000.6000.7000.8000.9000.950t(ms)292.9371.5452.3552.8673.8776.4x/t(m/s)1.711.621.551.451.341.22(1)若滑塊所受摩擦力為一常量，滑塊加速度的大小a、滑塊經(jīng)過光電門乙時的瞬時速度v1、測量值x和t四個物理量之間所滿足的關(guān)系式是________________；(2)根據(jù)表中給出的數(shù)據(jù)，在圖2給出的坐標(biāo)紙上畫出圖線；(3)由所畫出的圖線，得出滑塊加速度的大小為a=________m/s2(保留2位有效數(shù)字).第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二【規(guī)范解答】(1)由運動學(xué)公式x=v0t+at2=(v1－at)t+at2=-at2＋v1t，變形為，從此式可知，圖線是一條斜率為負(fù)值的直線.(2)根據(jù)題目提供的數(shù)據(jù)按進行處理，把處理的數(shù)值對應(yīng)描點，然后用一根直線連接這些點，所得圖象如圖所示.第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二(3)由圖線知斜率絕對值為=1.0，又從at＋v1知，斜率的絕對值為a，故有a=1.0，即a=2.0m/s2.答案：(1)at+v1或+v1t(2)見規(guī)范解答圖(3)2.0(1.8～2.2范圍內(nèi)均正確)第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二5.光電計時器是一種研究物體運動情況的常用計時儀器，其結(jié)構(gòu)如圖甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當(dāng)有物體從a、b間通過時，光電計時器就可以精確地把物體從開始擋光到擋光結(jié)束的時間記錄下來.現(xiàn)利用圖乙所示的裝置測量滑塊和長木板間的動摩擦因數(shù)，圖中MN是水平桌面，Q是長木板與桌面的接觸點，1和2是固定在長木板上適當(dāng)位置的兩個光電門，與之連接的兩個光電計時器沒有畫出，長木板頂端P點懸有一鉛錘，實驗時，讓滑塊從長木板的頂端滑下，第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二光電門1、2各自連接的計時器顯示的擋光時間分別為1.0×10－2s和4.0×10－3s.用精度為0.05mm的游標(biāo)卡尺測量滑塊的寬度為d＝1.010cm.(1)滑塊通過光電門1時的速度v1＝______m/s，滑塊通過光電門2時的速度v2＝_______m/s.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二(2)由此測得的瞬時速度v1和v2只是一個近似值，它們實質(zhì)上是通過光電門1和2時的__________，要使瞬時速度的測量值更接近于真實值，可將__________的寬度減小一些.(3)為了計算出滑塊的加速度，除了測量d、t1和t2之外，還需要測量_______________.則用這些物理量計算加速度的表達式為a=____________.第二十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二【解析】(1)v1＝m/s＝1.0m/sv2＝m/s＝2.5m/s(2)v1、v2實質(zhì)上是滑塊通過光電門1和2時的平均速度，要使瞬時速度的測量值更接近于真實值，可將滑塊的寬度