88研究匀变速直线运动

实验四研究匀变速直线运动基础知识梳理【实验目的】1．学会使用打点计时器2．掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法．3．学会利用纸带做测定做匀变速直线运动物体的加速度．基础知识梳理【实验原理】1．打点计时器(1)作用：计时仪器，每隔0.02s打一次点．(2)工作条件①电磁打点计时器：4V～6V的交流电源．②电火花计时器：220V的交流电源．基础知识梳理(3)纸带上点的意义①表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置②通过研究纸带上各点之间的间隔，可以判断物体的运动情况．③可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔．基础知识梳理2.利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法设s1、s2、s3…为纸带上相邻两个计数点之间的距离，若Δs＝s2－s1＝s3－s2＝s4－s3＝…＝常数，即连续相等的时间内的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体做匀变速直线运动．基础知识梳理3．加速度的测量匀变速直线运动满足Δs＝aT2，即测出纸带上相邻点迹间的距离s1、s2、s3、s4…结合打点周期即可测出加速度．基础知识梳理【实验器材】打点计时器、纸带、一端附有定滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、电源．基础知识梳理【实验步骤】1．把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路．基础知识梳理2．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面．实验装置见图2－4－1，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行．基础知识梳理图2－4－1基础知识梳理3．把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次．基础知识梳理4．从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点，以后依次每五个点取一个计数点，确定好计数始点，并标明0、1、2、3、4、…，测量各计数点到0点的距离s，并记录填入表中.基础知识梳理5.计算出相邻的计数点之间的距离Δs1、Δs2、Δs3、….位置编号012345t/ss/mv/(m·s－1)基础知识梳理6．利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点1、2、3、4、5的瞬时速度，填入上面的表格中．7．增减所挂钩码数，再做两次实验．核心要点突破一、两种打点计时器的比较打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，其种类主要有电磁打点计时器和电火花计时器．纸带上的点表示和纸带相连的运动物体在不同时刻的位置，研究纸带上各点之间的间隔，可以判断物体的运动情况.核心要点突破类型比较电磁打点计时器电火花计时器所用电源4～6V低压交流220V交流打点方式振针打点电火花打点时间间隔每隔0.02s打一次点每隔0.02s打一次点实验误差振针和纸带接触会影响纸带运动，误差较大火花放电不会影响纸带运动，误差较小核心要点突破二、数据处理1．判断物体是否做匀变速直线运动设s1、s2、s3…为纸带相邻两计数点之间的距离，计算：s2－s1、s3－s2、s4－s3、…若存在以上差值相等，则物体做匀变速直线运动．核心要点突破2．各计数点速度的测量方法物体做匀变速直线运动时，一段时间内的平均速度等于中间时刻的速度．即v1＝s2＋s12T、v2＝s3＋s22T、v3＝s4＋s32T核心要点突破3.由纸带求匀变速直线运动的加速度方法(1)图象法：如图2－4－2所示，以v为纵轴，t为横轴建立直角坐标系(0为零时刻)．在坐标系中描出对应坐标：(t1、v1)、(t2、v2)、(t3、v3)…图2－4－2核心要点突破所对应的点，将各点用直线连接起来，图象斜率即为加速度a＝ΔvΔt.(2)逐差法：根据Δs＝aT2则s4－s1＝3a1T2s5－s2＝3a2T2s6－s3＝3a3T2a＝a1＋a2＋a33＝(s4＋s5＋s6)－(s1＋s2＋s3)9T2.核心要点突破三、误差分析本实验的误差来源主要是：1．电源频率不稳定，造成相邻两点间的时间间隔不是0.02s.2．间隔测量时的读数误差．3．长木板各处的粗糙程度不完全相同．4．用作图法求加速度时，所作出的v－t图象并非是一条直线．核心要点突破四、注意事项1．打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点，如遇到打出的是短横线，应调整振针距复写纸的高度，使之增大一点．2．使用打点计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器稳定工作后，再释放纸带．核心要点突破3．释放物体前，应使物体停在靠近打点计时器位置．4．使用电火花计时器时应注意把两条白纸带正确穿好，墨粉纸盘夹在两纸带之间：使用电磁打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸下面．核心要点突破5．小车另一端挂的钩码个数要适当，避免速度过大而使纸带上打的点太少，或者速度太小，使纸带上的点过于密集．6．选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰．适当舍弃开头密集部分，适当选取计数点(计数点与计时点有区别)，弄清楚所选的时间间隔T.核心要点突破7．测s时不要分段测量，读数时要注意有效数字的要求，计算a时要注意用逐差法，以减小误差．在“研究匀变速直线运动”的实验中，某同学的操作中有以下实验步骤，其中错误或遗漏的步骤有(遗漏步骤可编上序号G、H、…)A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，先放开纸带，再接通电源高频考点例析题型一对实验操作的考查例1高频考点例析B．将打点计时器固定在平板上，并接好电源C．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下面吊着适当重的钩码D．取下纸带E．将平板无滑轮的一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做加速运动高频考点例析F．将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔将以上步骤完善，并按合理顺序填写在横线上__________．【思路点拨】要按照实验原理的要求、仪器的使用规范合理、安全、准确的安排实验步骤．高频考点例析【解析】A中应先接通电源，再放开纸带．C中应调整滑轮的高度，使细绳与平板平行，D中应先断开电源，使打点计时器停止工作．应补充G，换上新纸带，重复操作两次．H，断开电源，整理好器材．正确合理的顺序应为B、F、E、C、A、D、G、H.【答案】见解析图2－4－3高频考点例析题型二利用逐差法处理实验数据例2一个小球沿斜面向下运动，用每隔110s曝光一次的频闪相机拍摄不同时刻小球位置的照片，如图2－4－3所示，高频考点例析即照片上出现的相邻两个小球的像之间的时间间隔为110s，测得小球在几个连续相等时间内位移数据见表.s1/cms2/cms3/cms4/cm8.209.3010.4011.50高频考点例析(1)小球在相邻的相等时间内的位移差__________(填“相等”或“不相等”)，小球运动的性质属__________直线运动．(2)甲、乙两同学计算小球加速度的方法如下：甲同学：a1＝(s2－s1)/T2，a2＝(s3－s2)/T2，a3＝(s4－s3)/T2，a＝(a1＋a2＋a3)/3高频考点例析乙同学：a1＝(s3－s1)/(2T2)，a2＝(s4－s2)/(2T2)，a＝(a1＋a2)/2你认为甲、乙两位同学中计算方法更准确的是__________，加速度值为__________．高频考点例析【思路点拨】由于小球在连续相等时间内的位移差相等，所以可用匀变速直线运动的推论求解．逐差法可以充分利用实验数据，而平均值法会使中间的一些数据消掉．高频考点例析【解析】(1)s2－s1＝9.30cm－8.20cm＝1.10cm；s3－s2＝10.40cm－9.30cm＝1.10cm；s4－s3＝11.50cm－10.40cm＝1.10cm.由以上可以得出，小球在相邻的相等时间内的位移差相等，即Δs＝k(恒量)，所以小球的运动性质属匀加速直线运动．高频考点例析(2)用逐差法求加速度可以减少实验误差，故乙同学计算方法更准确．a1＝(10.40－8.20)×10－22×0.12m/s2＝1.10m/s2a2＝(11.50－9.30)×10－22×0.12m/s2＝1.10m/s2a＝(a1＋a2)/2＝1.10m/s2.【答案】(1)相等匀加速(2)乙1.10m/s2某同学在“研究匀变速直线运动”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，其相邻点间的距离如图2－4－4所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.10s.高频考点例析题型三用v－t图象处理实验数据例3高频考点例析(1)试根据纸带上各个计数点间的距离，计算打下B、C、D、E、F五个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填在下面的横线上．(要求保留三位有效数字)图2－4－4高频考点例析vB＝________m/s，vC＝________m/s，vD＝________m/s，vE＝________m/s，vF＝________m/s.(2)将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在如图2－4－5所示的坐标纸上，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线．高频考点例析图2－4－5(3)根据第(2)问中画出v－t图线，求出小车运动的加速度为________m/s2.(保留两位有效数字)高频考点例析【思路点拨】(1)相邻相等时间间隔内的位移差是否近似相等？(2)若近似是匀变速直线运动，尝试用平均速度求瞬时速度．(3)将速度描点后怎样连线成速度—时间图象？(4)如何求所作图线的斜率？高频考点例析【解析】(1)根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度知：vB＝AB＋BC2T＝(3.62＋4.38)×10－22×0.10m/s＝0.400m/s.同理可得：vC＝0.479m/s，vD＝0.560m/s，vE＝0.640m/s，vF＝0.721m/s.高频考点例析(2)v－t图线如图2－4－6所示．图2－4－6高频考点例析【答案】(1)0.4000.4790.5600.6400.721(2)如图1－4－8所示(3)0.80(0.78～0.82均可)(3)在v－t图象中，图线的斜率表示加速度的大小，则a＝ΔvΔt＝0.80m/s2.随堂达标自测点击进入