實驗一 研究勻變速直線運動一、基本實驗要求1．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、細繩、鉤碼、刻度尺、導線、交流電源、復(fù)寫紙．2．實驗步驟（1）按照實驗原理圖所示實驗裝置，把打點計時器固定在長木板無滑輪的一端，接好電源；（2）把一細繩系在小車上，細繩繞過滑輪，下端掛適量的鉤碼，紙帶穿過打點計時器，固定在小車后面；（3）把小車?？吭诖螯c計時器處，先接通電源，后放開小車；（4）小車運動一段時間后，斷開電源，取下紙帶；（5）換紙帶反復(fù)做三次，選擇一條比較理想的紙帶進行測量分析．3．注意事項（1）平行：紙帶、細繩要和長木板平行．（2）兩先兩后：實驗中應(yīng)先接通電源，后放開小車；實驗完畢應(yīng)先斷開電源，后取紙帶．（3）防止碰撞：在到達長木板末端前應(yīng)讓小車停止運動，防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞．（4）減小誤差：小車的加速度宜適當大些，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6～7個計數(shù)點為宜．二、規(guī)律方法總結(jié)1．打點計時器
（1）作用：計時儀器，每隔0.02s打一次點．（2）工作條件2．利用紙帶判斷物體運動狀態(tài)的方法沿直線運動的物體在連續(xù)相等時間內(nèi)的位移分別為x1，x2，x3，x4…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…，則說明物體在做勻變速直線運動。3．數(shù)據(jù)處理（1）目的：通過紙帶求解運動的加速度和瞬時速度，確定物體的運動性質(zhì)等．（2）處理的方法①利用逐差法求解平均加速度（如下圖）a1＝，a2＝，a3＝?a＝=．②利用平均速度求瞬時速度：vn＝．③利用速度—時間圖象求加速度：通過圖象的求解物體的加速度．考點一 基本儀器及紙帶數(shù)據(jù)處理例1．關(guān)于打點計時器的使用，下列說法中正確的是（ ?。〢．打點計時器一般使用4～6V的直流電源B．安放紙帶時，應(yīng)把紙帶放在復(fù)寫紙的上面C．開始釋放小車時，應(yīng)使小車靠近打點計時器D．最好在接通電源的同時，放開小車
例2．如圖所示，氣墊導軌上滑塊經(jīng)過光電門時，其上的遮光條將光遮住，電子計時器可自動記錄遮光時間Δt．測得遮光條的寬度為Δx，用近似代表滑塊通過光電門時的瞬時速度．為使更接近瞬時速度，正確的措施是（ ?。〢．增大氣墊導軌與水平面的夾角B．提高測量遮光條寬度的精確度C．使滑塊的釋放點更靠近光電門D．換用寬度更窄的遮光條例3．如圖所示，某同學在做“研究勻變速直線運動”實驗中，由打點計時器得到表示小車運動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計數(shù)點的時間間隔為T=0.10s，其中x1=7.05cm、x2=7.68cm、x3=8.33cm、x4=8.95cm、x5=9.61cm、x6=10.26cm，則A點處瞬時速度的大小是_______m/s，小車運動的加速度計算表達式為，加速度的大小是_______m/s2。（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
x1x2x3x4x5x6A
例4、如圖所示是做勻加速直線運動的小車帶動打點計時器在紙帶上打出的點的一部分．圖中每相鄰兩點之間還有四個點沒有畫出，交流電的頻率為50Hz，測得第二個、第三個計數(shù)點與零點相距d2＝6.0cm，d3＝10.0cm，則（計算結(jié)果均保留2位小數(shù)）（1）第一個、第四個計數(shù)點與零點相距d1＝cm；d4＝cm；（2）物體經(jīng)過第一個、第二個計數(shù)點的瞬時速度v1＝cm/s，v2＝cm/s；物體的加速度a＝cm/s2．變式1、如圖為接在50Hz低壓交流電源上的打點計時器，在紙帶做勻加速直線運動時打出的一條紙帶，圖中所示的是每打5個點所取的記數(shù)點，但第3個記數(shù)點沒有畫出。由圖數(shù)據(jù)可求得：（計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）（1）該物體的加速度為m/s2，（2）第3個記數(shù)點與第2個記數(shù)點的距離約為cm，（3）打第3個點時該物體的速度為m/s。考點二 實驗原理與實驗操作例5、在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，如圖所示，是一條記錄小車運動情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數(shù)點，每相鄰的兩個計數(shù)點之間還有4個點沒有畫出，交流電的頻率為50Hz．（計算結(jié)果均保留2位小數(shù)）
（1）根據(jù)紙帶可判定小車做________運動．（2）根據(jù)紙帶計算各點瞬時速度：vD＝________m/s，vC＝________m/s，vB＝________m/s．在如圖所示坐標中作出小車的v－t圖線，并根據(jù)圖線求出a＝________．（3）將圖線延長與縱軸相交，交點的速度的物理意義是．例6、關(guān)于“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗操作，下列說法中錯誤的是（ ?。〢．在釋放小車前，小車應(yīng)停在靠近打點計時器處B．應(yīng)先接通電源，待打點計時器開始打點后再釋放小車C．長木板不能側(cè)向傾斜，也不能一端高一端低D．要在小車到達定滑輪前使小車停止運動例7、某同學用如圖甲所示的實驗裝置研究勻變速直線運動．實驗步驟如下：A．安裝好實驗器材；B．讓小車拖著紙帶運動，打點計時器在紙帶上打下一系列點，重復(fù)幾次，選出一條點跡比較清晰的紙帶，從便于測量的點開始，每五個點取一個計數(shù)點，如圖乙中a、b、c、d等點；
C．測出x1、x2、x3、…．結(jié)合上述實驗步驟，請你繼續(xù)完成下列問題：（1）實驗中，除打點計時器（含紙帶、復(fù)寫紙）、小車、一端附有滑輪的長木板、細繩、鉤碼、導線及開關(guān)外，在下列的儀器和器材中，必須使用的有________．（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．秒表D．刻度尺E．天平F．重錘G．彈簧測力計H．滑動變阻器（2）如果小車做勻加速直線運動，所得紙帶如圖乙所示，則x1、x2、x3的關(guān)系是，已知打點計時器打點的時間間隔是T，則打c點時小車的速度大小是________．考點四 實驗拓展與創(chuàng)新例8、【利用光電計時器研究勻變速運動】某同學為了探究物體在斜面上運動時摩擦力與斜面傾角的關(guān)系，設(shè)計實驗裝置如圖所示，長直平板一端放在水平桌面上，另一端架在一物塊上．在平板上標出A、B兩點，B點處放置一光電門，用光電計時器記錄滑塊通過光電門時擋光的時間．實驗步驟如下：①用游標卡尺測量滑塊的擋光長度d，用天平測量滑塊的質(zhì)量m；②用直尺測量A、B之間的距離s，A點到水平桌面的垂直距離h1，B點到水平桌面的垂直距離
h2；③將滑塊從A點靜止釋放，由光電計時器讀出滑塊的擋光時間t；④重復(fù)步驟③數(shù)次，并求擋光時間的平均值；⑤利用所測數(shù)據(jù)求出摩擦力Ff和斜面傾角的余弦值cosα；⑥多次改變斜面的傾角，重復(fù)實驗步驟②③④⑤，作出Ff－cosα關(guān)系曲線．（1）用測量的物理量完成下列各式（重力加速度為g）；①斜面傾角的余弦cosα＝________________；②滑塊通過光電門時的速度v＝________；③滑塊運動時的加速度a＝______________；④滑塊運動時所受到的摩擦阻力Ff＝________；（2）測量滑塊擋光長度的游標卡尺讀數(shù)如圖所示，讀得d＝________________．例9、【用頻閃照相法研究勻變速直線運動】（2014·大綱全國·22）現(xiàn)用頻閃照相方法來研究物塊的變速運動．在一小物塊沿斜面向下運動的過程中，用頻閃相機拍攝的不同時刻物塊的位置如圖所示．拍攝時頻閃頻率是10Hz，通過斜面上固定的刻度尺讀取的5個連續(xù)影像間的距離依次為x1、x2、x3、x4．已知斜面頂端的高度h和斜面的長度x．數(shù)據(jù)如下表所示．重力加速度大小g＝9.80m/s2．單位：cmx1x2x3x4hx10.7615.0519.3423.6548.0080.00根據(jù)表中數(shù)據(jù)，完成下列填空：
（1）物塊的加速度a＝__________m/s2（保留3位有效數(shù)字）（2）因為，可知斜面是粗糙的．例10、【用滴水法研究勻變速直線運動】某校研究性學習小組的同學用如圖甲所示的滴水法測量一小車在斜面上運動時的加速度．實驗過程如下：在斜面上鋪上白紙，用圖釘固定；把滴水計時器固定在小車的末端，在小車上固定一平衡物；調(diào)節(jié)滴水計時器的滴水速度，使其每0.2s滴一滴（以滴水計時器內(nèi)盛滿水為準）；在斜面頂端放置一淺盤，把小車放在斜面頂端，把調(diào)好的滴水計時器盛滿水，使水滴能滴入淺盤內(nèi)；隨即在撤去淺盤的同時放開小車，于是水滴在白紙上留下標志小車運動規(guī)律的點跡；小車到達斜面底端時立即將小車移開．圖乙為實驗得到的一條紙帶，用刻度尺量出相鄰點之間的距離是x01＝1.40cm，x12＝2.15cm，x23＝2.91cm，x34＝3.65cm，x45＝4.41cm，x56＝5.15cm.試問：（1）滴水計時器的原理與課本上介紹的______________原理類似．（2）由紙帶數(shù)據(jù)計算可得計數(shù)點4所代表時刻的瞬時速度v4＝________m/s，小車的加速度a＝________m/s2．（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）【能力展示】【小試牛刀】1、如圖所示是“研究勻變速直線運動”實驗中獲得的一條紙帶，O、A、B、C、D和E為紙帶上六個計數(shù)點，加速度大小用a表示。（1）OD間的距離為________cm。（2）如圖是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的x-t2圖線（x為各計數(shù)點至同一起點的距離），斜率表示________，其大小為________m/s2（保留三位有效數(shù)字）。
2、某同學在研究小車做勻變速直線運動的實驗中，獲得一條點跡清楚的紙帶，已知打點計時器每隔0.02秒打一個計時點，該同學選擇ABCDEF六個計數(shù)點，對計數(shù)點進行測量的結(jié)果記錄在圖中，單位是cm。（計算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）（1）在打下D點時小車的瞬時速度為m/s（2）小車的加速度為m/s2
1.503.325.467.9210.70ABCDEF···········
3．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（a）所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接受裝置，當有物體從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（b）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，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的游標卡尺測量滑塊的寬度為d，其示數(shù)如圖（c）所示．（1）滑塊的寬度d＝________cm。（2）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）（3）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．4．某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動，用自制“滴水計時器”計量時間。實驗前，將該計時器固定在小車旁，如圖（a）所示。實驗時保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運動過程中，滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴，圖（b）記錄了桌面上連續(xù)的6個水滴的位置。（已知滴水計時器每30s內(nèi)共滴下46個小水滴）圖(a)圖(b)
（1）由圖（b）可知，小車在桌面上是____________（填“從右向左”或“從左向右”）運動的。（2）該小組同學根據(jù)圖（b）的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖（b）中A點位置時的速度大小為___________m/s，加速度大小為____________m/s2。（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）【大顯身手】5．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，利用此裝置可以測量重力加速度．（1）所需器材有打點計時器（帶導線）、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）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D．交流電源、毫米刻度尺（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________．6．某同學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，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）．7．某同學利用圖甲所示的實驗裝置，探究物塊在水平桌面上的運動規(guī)律．物塊在重物的牽引下開始運動，重物落地后，物塊再運動一段距離停在桌面上（尚未到達滑輪處）．從紙帶上便于測量的點開始，每5個點取1個計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的距離如圖乙所示．打點計時器電源的頻率為50Hz．（1）通過分析紙帶數(shù)據(jù)，可判斷物塊在兩相鄰計數(shù)點________和________之間某時刻開始減速．（2）計數(shù)點5對應(yīng)的速度大小為________m/s，計數(shù)點6對應(yīng)的速度大小為________m/s。（保留三位有效數(shù)字，下同）（3）物塊減速運動過程中加速度的大小為a＝________m/s2，若用來計算物塊與桌面間的動摩擦因數(shù)（g為重力加速度），則計算結(jié)果比動摩擦因數(shù)的真實值________（填“偏大”或“偏小”）．
實驗一 研究勻變速直線運動答案例3．0.86，，0.64例4、（1）2.67cm 14.67cm （2）30.00cm/s 36.67cm/s 66.67cm/s2變式1、（1）0.737；（2）4.36；（3）0.473例5、（1）勻加速直線（2）3.90 2.64 1.38 如下圖 12.60m/s2（3）零時刻小車經(jīng)過A點的速度例7、（1）AD?。?）x3－x2＝x2－x1（或2x2＝x1＋x3） 例8、（1）①?、冖邸、躮g－m （2）3.62cm例9、（1）4.30?。?）a
