高中物理實(shí)驗(yàn)一研究報(bào)告勻變速直線運(yùn)動(dòng)

.z.實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康奈锢斫處?．練習(xí)正確使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)會(huì)利用打上點(diǎn)的紙帶研究物體的運(yùn)動(dòng)．2．掌握判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法(Δ*＝aT2)．3．測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度．二、實(shí)驗(yàn)原理1．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(1)作用：計(jì)時(shí)儀器，每隔0.02s打一次點(diǎn)．(2)工作條件eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：4V～6V交流電源,電火花計(jì)時(shí)器：220V交流電源))(3)紙帶上點(diǎn)的意義：①表示和紙帶相連的物體在不同時(shí)刻的位置．②通過(guò)研究紙帶上各點(diǎn)之間的距離，可以判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況．③可以利用紙帶上打出的點(diǎn)來(lái)確定計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔．2．利用紙帶判斷物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方法(1)沿直線運(yùn)動(dòng)的物體在連續(xù)相等時(shí)間不同時(shí)刻的速度分別為v1、v2、v3、v4、…，假設(shè)v2－v1＝v3－v2＝v4－v3＝…，則說(shuō)明物體在相等時(shí)間速度的增量相等，由此說(shuō)明物體在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，即a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(Δv1,Δt)＝eq\f(Δv2,Δt)＝….(2)沿直線運(yùn)動(dòng)的物體在連續(xù)相等時(shí)間的位移分別為*1，*2，*3，*4…，假設(shè)Δ*＝*2－*1＝*3－*2＝*4－*3＝…，則說(shuō)明物體在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，且Δ*＝aT2.3．速度、加速度的求解方法(1)“逐差法〞求加速度：如圖1所示的紙帶，相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為T，且滿足*6－*5＝*5－*4＝*4－*3＝*3－*2＝*2－*1，即a1＝eq\f(*4－*1,3T2)，a2＝eq\f(*5－*2,3T2)，a3＝eq\f(*6－*3,3T2)，然后取平均值，即eq\*\to(a)＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)，這樣可使所給數(shù)據(jù)全部得到利用，以提高準(zhǔn)確性．圖1(2)“平均速度法〞求速度：得到如圖2所示的紙帶，相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為T，n點(diǎn)的瞬時(shí)速度為vn.即vn＝eq\f((*n＋*n＋1),2T).圖2(3)“圖象法〞求加速度，即由“平均速度法〞求出多個(gè)點(diǎn)的速度，畫出v－t圖象，直線的斜率即加速度．三、實(shí)驗(yàn)器材電火花計(jì)時(shí)器(或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)，一端附有定滑輪的長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)步驟1．儀器安裝(1)把附有滑輪的長(zhǎng)木板放在實(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(zhǎng)木板上沒(méi)有滑輪的一端，連接好電路．(2)把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過(guò)定滑輪，下邊掛上適宜的鉤碼，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并把它的一端固定在小車的后面．實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖3所示，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行．圖32．測(cè)量與記錄(1)把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，后放開(kāi)小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)，換上新紙帶，重復(fù)三次．(2)從三條紙帶中選擇一條比擬理想的，舍掉開(kāi)頭一些比擬密集的點(diǎn)，從后邊便于測(cè)量的點(diǎn)開(kāi)場(chǎng)確定計(jì)數(shù)點(diǎn)，為了計(jì)算方便和減小誤差，通常用連續(xù)打點(diǎn)五次的時(shí)間作為時(shí)間單位，即T＝0.1s．正確使用毫米刻度尺測(cè)量每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，并填入設(shè)計(jì)的表格中(3)利用*一段時(shí)間的平均速度等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求得各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度．(4)增減所掛鉤碼數(shù)，再重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次．3．?dāng)?shù)據(jù)處理及實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出v－t圖象圖4①根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù)，在平面直角坐標(biāo)系中仔細(xì)描點(diǎn)，如圖4圖4所示可以看到，對(duì)于每次實(shí)驗(yàn)，描出的幾個(gè)點(diǎn)都大致落在一條直線上．②作一條直線，使同一次實(shí)驗(yàn)得到的各點(diǎn)盡量落到這條直線上，落不到直線上的點(diǎn)，應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè)，這條直線就是本次實(shí)驗(yàn)的v－t圖象，它是一條傾斜的直線．圖5(2)由實(shí)驗(yàn)得出的v－t圖象進(jìn)一步得出小車運(yùn)動(dòng)的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，有兩條途徑進(jìn)展分析圖5①分析圖象的特點(diǎn)得出：小車運(yùn)動(dòng)的v－t圖象是一條傾斜的直線如圖5所示，當(dāng)時(shí)間增加一樣的值Δt時(shí)，速度也會(huì)增加一樣的值Δv，由此得出結(jié)論：小車的速度隨時(shí)間均勻變化．②通過(guò)函數(shù)關(guān)系進(jìn)一步得出：既然小車的v－t圖象是一條傾斜的直線，則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(shí)間均勻變化．五、考前須知1．交流電源的電壓及頻率要符合要求．2．實(shí)驗(yàn)前要檢查打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的穩(wěn)定性和清晰程度，必要時(shí)要調(diào)節(jié)振針的高度和更換復(fù)寫紙．3．開(kāi)場(chǎng)釋放小車時(shí)，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．4．先接通電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作后，再放開(kāi)小車，當(dāng)小車停頓運(yùn)動(dòng)時(shí)及時(shí)斷開(kāi)電源．5．要區(qū)別打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的計(jì)時(shí)點(diǎn)與人為選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)，一般在紙帶上每隔四個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，即時(shí)間間隔為T＝0.02×5s＝0.1s.6．小車另一端掛的鉤碼個(gè)數(shù)要適當(dāng)，防止因速度過(guò)大而使紙帶上打的點(diǎn)太少，或者速度太小，使紙帶上的點(diǎn)過(guò)于密集．7．選擇一條理想的紙帶，是指紙帶上的點(diǎn)跡清晰．適當(dāng)舍棄開(kāi)頭密集局部，適中選取計(jì)數(shù)點(diǎn)，弄清楚相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間所選的時(shí)間間隔T.8．測(cè)*時(shí)不要分段測(cè)量，讀數(shù)時(shí)要注意有效數(shù)字的要求，計(jì)算a時(shí)要注意用逐差法，以減小誤差．考點(diǎn)一完善實(shí)驗(yàn)步驟例1在“測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度〞的實(shí)驗(yàn)中，*同學(xué)的操作步驟如下，其中錯(cuò)誤的步驟有________．A．拉住紙帶，將小車移到靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處先放開(kāi)紙帶，再接通電源B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(guò)定滑輪，下面掛上適宜的鉤碼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加速運(yùn)動(dòng)F．將紙帶固定在小車尾部，并穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔________________________________________________________________________將以上步驟完善并填寫在橫線上(遺漏的步驟可編上序號(hào)G、H……)；實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序?yàn)椋篲_______________.考點(diǎn)二紙帶數(shù)據(jù)的處理例2(2010·理綜·34(1))如圖6是*同學(xué)在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶．圖6(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz，則紙帶上打相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為_(kāi)_______．(2)ABCD是紙帶上四個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫出，從圖中讀出A、B兩點(diǎn)間距*＝________；C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度是________(計(jì)算結(jié)果保存三位有效數(shù)字)．圖7例3*同學(xué)為了探究物體在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦力與斜面傾角的關(guān)圖7系，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置如圖7.長(zhǎng)直平板一端放在水平桌面上，另一端架在一物塊上．在平板上標(biāo)出A、B兩點(diǎn)，B點(diǎn)處放置一光電門，用光電計(jì)時(shí)器記錄滑塊通過(guò)光電門時(shí)擋光的時(shí)間．實(shí)驗(yàn)步驟如下：①用游標(biāo)卡尺測(cè)量滑塊的擋光長(zhǎng)度d，用天平測(cè)量滑塊的質(zhì)量m；②用直尺測(cè)量A、B之間的距離s，A點(diǎn)到水平桌面的垂直距離h1，B點(diǎn)到水平桌面的垂直距離h2；③將滑塊從A點(diǎn)靜止釋放，由光電計(jì)時(shí)器讀出滑塊的擋光時(shí)間t；④重復(fù)步驟③數(shù)次，并求擋光時(shí)間的平均值eq\*\to(t)；⑤利用所測(cè)數(shù)據(jù)求出摩擦力Ff和斜面傾角的余弦值cosα；⑥屢次改變斜面的傾角，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟②③④⑤，作出Ff－cosα關(guān)系曲線．(1)用測(cè)量的物理量完成以下各式(重力加速度為g)；①斜面傾角的余弦cosα＝________________；②滑塊通過(guò)光電門時(shí)的速度v＝________；③滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度a＝______________；④滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的摩擦阻力Ff＝________.(2)測(cè)量滑塊擋光長(zhǎng)度的游標(biāo)卡尺讀數(shù)如圖8所示，讀得d＝________________.圖8實(shí)驗(yàn)原理遷移創(chuàng)新高考實(shí)驗(yàn)題一般源于教材而不拘泥于教材，即所謂情境新而知識(shí)舊．因此做實(shí)驗(yàn)題應(yīng)注重遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，用教材中實(shí)驗(yàn)的原理、方法和技巧處理新問(wèn)題．針對(duì)此題，紙帶的處理、游標(biāo)卡尺的讀數(shù)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及牛頓第二定律，都是教材中的重點(diǎn)知識(shí)，只要熟練掌握，就不難解答此題．圖91.如圖9所示是做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的小車帶動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)的一局部．圖中每相鄰兩點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫出，交流電的頻率為50Hz，測(cè)得第二個(gè)、第三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)與零點(diǎn)相距d2＝6.0cm，d3＝10.0cm，則圖9(1)第一個(gè)、第四個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)與零點(diǎn)相距d1＝________；d4＝________；(2)物體經(jīng)過(guò)第一個(gè)、第二個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度v1＝_____，v2＝________；物體的加速度a＝________.2．(2010·理綜·22(1))*同學(xué)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的物體的加速度，電源頻率f＝50Hz.在紙帶上打出的點(diǎn)中，選出零點(diǎn)，每隔4個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)．因保存不當(dāng)，紙帶被污染．如圖10所示，A、B、C、D是依次排列的4個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，僅能讀出其中3個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到零點(diǎn)的距離：*A＝16.6mm、*B＝126.5mm、*D＝624.5mm.圖10假設(shè)無(wú)法再做實(shí)驗(yàn)，可由以上信息推知：(1)相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為_(kāi)_______s；(2)打C點(diǎn)時(shí)物體的速度大小為_(kāi)_________m/s(取2位有效數(shù)字)；(3)物體的加速度大小為_(kāi)_______(用*A、*B、*D和f表示)．3．在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律〞的實(shí)驗(yàn)中，如圖11所示，是一條記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫出，交流電的頻率為50Hz.圖11(1)在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B、C、D點(diǎn)時(shí)，小車的速度分別為vB＝________m/s；vC＝________m/s；vD＝________m/s.(2)在如圖12所示的坐標(biāo)系中畫出小車的v－t圖象．圖12(3)將圖線延長(zhǎng)與縱軸相交，交點(diǎn)的速度是________，此速度的物理含義是__________________．4．如圖13所示，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，使重物帶動(dòng)紙帶從靜止開(kāi)場(chǎng)自由下落，利用此裝置可以測(cè)量重力加速度．(1)所需器材有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(帶導(dǎo)線)、紙帶、復(fù)寫紙、帶鐵夾的鐵架臺(tái)和帶夾子的重物，此外還需____(填字母代號(hào))中的器材．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、天平及砝碼圖13D．交流電源、毫米刻度尺圖13(2)通過(guò)作圖象的方法可以剔除偶然誤差較大的數(shù)據(jù)，提高實(shí)驗(yàn)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________．5．(2011·課標(biāo)·23)利用圖14所示的裝置可測(cè)量滑塊在斜面上運(yùn)動(dòng)的加速度．一斜面上安裝有兩個(gè)光電門，其中光電門乙固圖14定在斜面上靠近底端處，光電門甲的位置可移動(dòng)．當(dāng)一圖14帶有遮光片的滑塊自斜面上滑下時(shí)，與兩個(gè)光電門都相連的計(jì)時(shí)器可以顯示出遮光片從光電門甲滑至乙所用的時(shí)間t.改變光電門甲的位置進(jìn)展屢次測(cè)量，每次都使滑塊從同一點(diǎn)由靜止開(kāi)場(chǎng)下滑，并用米尺測(cè)量甲、乙之間的距離s，記下相應(yīng)的t值；所得數(shù)據(jù)如下表所示.s(m)0.5000.6000.7000.8000.9000.950t(ms)292.9371.5452.3552.8673.8776.4s/t(m·s－1)1.711.621.551.451.341.22完成以下填空和作圖：(1)假設(shè)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(guò)光電門乙時(shí)的瞬時(shí)速度vt、測(cè)量值s和t四個(gè)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15給出的坐標(biāo)紙上畫出eq\f(s,t)－t圖線；圖15(3)由所畫出的eq\f(s,t)－t圖線，得出滑塊加速度的大小為a＝__________m/s2(保存2位有效數(shù)字)．6．*校研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)用如圖16甲所示的滴水法測(cè)量小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度．實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：在斜面上鋪上白紙，用圖釘固定；把滴水計(jì)時(shí)器固定在小車的末端，在小車上固定一平衡物；調(diào)節(jié)滴水計(jì)時(shí)器的滴水速度，使其每0.2s滴一滴(以滴水計(jì)時(shí)器盛滿水為準(zhǔn))；在斜面頂端放置一淺盤，把小車放在斜面頂端，把調(diào)好的滴水計(jì)時(shí)器盛滿水，使水滴能滴入淺盤；然后撤去淺盤并同時(shí)放開(kāi)小車，于是水滴在白紙上留下標(biāo)志小車運(yùn)動(dòng)規(guī)律的點(diǎn)跡；小車到達(dá)斜面底端時(shí)立即將小車移開(kāi)．圖乙為實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶，用刻度尺量出相鄰點(diǎn)之間的距離是*01＝1.40cm，*12＝2.15cm，*23＝2.91cm，*34＝3.65cm，*45＝4.41cm，*56＝5.15cm.試問(wèn)：圖16(1)滴水計(jì)時(shí)器的原理與課本上介紹的________原理類似．(2)由紙帶數(shù)據(jù)計(jì)算可得計(jì)數(shù)點(diǎn)4所代表時(shí)刻的瞬時(shí)速度v4＝________m/s，小車的加速度a＝________m/s2.(結(jié)果均保存2位有效數(shù)字)答案課堂探究例1ADG．換上新紙帶重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次BEFCADG例2(1)0.02s(2)0.70cm0.100m/s例3(1)①eq\f(1,s)eq\r(s2－(h1－h(huán)2)2)②eq\f(d,\*\to(t))③eq\f(d2,2s\*\to(t)2)④mg