實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線運(yùn)動1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)練習(xí)正確使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)會利用打上點(diǎn)的紙帶研究物體的運(yùn)動。(2)掌握判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動的方法(xaT2)。(3)測定勻變速直線運(yùn)動的加速度。2實(shí)驗(yàn)原理(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器作用：計(jì)時(shí)儀器，當(dāng)所用交流電源的頻率f50 Hz時(shí)，每隔0.02 s打一次點(diǎn)。工作條件處理紙帶數(shù)據(jù)時(shí)區(qū)分計(jì)時(shí)點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn)：計(jì)時(shí)點(diǎn)是指打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下的點(diǎn)。計(jì)數(shù)點(diǎn)是指測量和計(jì)算時(shí)在紙帶上所選取的點(diǎn)，要注意“每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)”與“每隔4個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)”取點(diǎn)方法是一樣的，時(shí)間間隔均為0.1 s。(2)勻變速直線運(yùn)動的判斷沿直線運(yùn)動的物體在連續(xù)相等時(shí)間T內(nèi)的位移分別為x1、x2、x3、x4，若xx2x1x3x2x4x3，則說明物體在做勻變速直線運(yùn)動，且xaT2。利用“平均速度法”確定多個(gè)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，作出物體運(yùn)動的v­t圖象。若v­t圖象是一條傾斜的直線，則說明物體的速度隨時(shí)間均勻變化，即做勻變速直線運(yùn)動。3實(shí)驗(yàn)器材電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或電火花計(jì)時(shí)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)寫紙片。4實(shí)驗(yàn)步驟(1)放長木板：把帶有滑輪的長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上(如圖所示)。(2)定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板的一端，將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔。(3)掛鉤碼：將小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置，用細(xì)繩一端連小車，另一端掛上適當(dāng)?shù)你^碼。(4)打點(diǎn)：先接通電源，后釋放小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動打點(diǎn)，小車停止運(yùn)動后立即關(guān)閉電源。(5)重復(fù)：換上新的紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次。5數(shù)據(jù)處理(1)計(jì)算速度根據(jù)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間的平均速度，求各計(jì)數(shù)點(diǎn)瞬時(shí)速度：vA，vB，vC等。(2)作v­t圖象建立直角坐標(biāo)系，橫軸表示時(shí)間，縱軸表示速度，根據(jù)數(shù)據(jù)描點(diǎn)。畫一條直線，讓這條直線通過盡可能多的點(diǎn)，不在線上的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，偏差比較大的點(diǎn)舍去。(3)計(jì)算加速度方法一：根據(jù)a，先求出各點(diǎn)的速度，作出v­t圖象，計(jì)算圖線的斜率即加速度。方法二：根據(jù)a，將紙帶數(shù)據(jù)分成時(shí)間相等的兩大段，設(shè)圖中相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔是T，則a。6注意事項(xiàng)(1)使紙帶、小車、細(xì)繩和定滑輪在一條直線上。(2)開始釋放小車時(shí)，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。(3)先接通電源，計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后，再釋放小車，當(dāng)小車停止運(yùn)動時(shí)及時(shí)斷開電源。(4)實(shí)驗(yàn)時(shí)要防止鉤碼落地，小車與滑輪碰撞。(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)。(6)在畫圖象時(shí)，注意坐標(biāo)軸單位長度的選取，使圖象分布在坐標(biāo)平面的大部分面積上。使圖象中的點(diǎn)盡量均勻分布在圖線兩側(cè)。 實(shí)驗(yàn)原理與操作1打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要求：電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用“46 V,50 Hz”交流電源，電火花計(jì)時(shí)器用“220 V,50 Hz”交流電源。2本實(shí)驗(yàn)操作順序提示：木板計(jì)時(shí)器小車通電斷電。3考查操作的熱點(diǎn)問題是：先通電再放小車，先斷電再取紙帶。題組訓(xùn)練1在探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打的點(diǎn)記錄了小車的運(yùn)動情況。某同學(xué)做此實(shí)驗(yàn)時(shí)的步驟如下：A拉住紙帶，將小車移至靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，放開紙帶，再接通電源；B將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板上，并接好電路；C把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下面掛上適當(dāng)?shù)你^碼；D小車停止運(yùn)動后，直接取下紙帶；E將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔；F換上新紙帶，再重復(fù)操作兩次，然后從各紙帶中選取一條點(diǎn)跡清晰的進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。其中錯(cuò)誤或遺漏的步驟有：(1)_；(2)_。將以上步驟完善后，其合理的順序?yàn)開。解析實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)先接通電源，再放開紙帶；取紙帶前應(yīng)先斷開電源，所以錯(cuò)誤的步驟是A、D。該實(shí)驗(yàn)步驟中合理的順序?yàn)锽ECADF。答案(1)A中應(yīng)先接通電源，再放開紙帶(2)D中取紙帶前應(yīng)先斷開電源BECADF2(1)某同學(xué)用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測勻變速直線運(yùn)動的加速度，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電源為_。A220 V的交流電B6 V以下的交流電C220 V的直流電D6 V以下的直流電(2)實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打一個(gè)點(diǎn)，打出的紙帶如圖所示，則可大致判斷小車做_(選填“勻速”或“勻變速”)直線運(yùn)動，這是因?yàn)開；計(jì)算小車的加速度大小a_m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。解析(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電源為6 V以下的交流電，選項(xiàng)B正確。(2)根據(jù)打出的紙帶中兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)的位移之差恒定，可大致判斷小車做勻變速直線運(yùn)動。利用xaT2，T5×0.02 s0.1 s，可得小車的加速度大小a0.30 m/s2。答案(1)B(2)勻變速兩個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)的位移之差恒定0.30 數(shù)據(jù)處理與誤差分析1計(jì)算時(shí)應(yīng)注意的問題(1)時(shí)間間隔：“相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間有4個(gè)點(diǎn)”或“每5個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)”的含義：相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.1 s。(2)單位換算：本實(shí)驗(yàn)長度測量數(shù)據(jù)一般是“厘米”，要換算成“米”。(3)有效數(shù)字：按有效數(shù)字的要求取計(jì)算結(jié)果。2減小實(shí)驗(yàn)誤差的措施(1)舍棄點(diǎn)密集部分，適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)。(2)多測幾組數(shù)據(jù)，用盡量多的數(shù)據(jù)計(jì)算。(3)將紙帶分成等時(shí)的兩大段處理，與逐差法取平均值結(jié)果相同。(4)作v­t圖象時(shí)，要適當(dāng)選取坐標(biāo)軸的單位長度，使圖象分布在坐標(biāo)平面盡量大的面積上。題組訓(xùn)練1(2019·邯鄲模擬)某同學(xué)在做“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率是50 Hz，在實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，他把某一點(diǎn)記作O，再依次選6個(gè)點(diǎn)作為計(jì)數(shù)點(diǎn)，分別標(biāo)以A、B、C、D、E和F，如圖甲所示。甲乙(1)由實(shí)際的紙帶測得C、D兩點(diǎn)相距2.70 cm，D、E兩點(diǎn)相距2.90 cm，則在打D點(diǎn)時(shí)小車的速度是_m/s。(2)該同學(xué)分別算出打各點(diǎn)時(shí)小車的速度，然后根據(jù)數(shù)據(jù)在v­t坐標(biāo)系中描好點(diǎn)，請?jiān)趫D乙中作出小車的v­t圖象，并求出小車的加速度a_m/s2。解析(1)vD1.4 m/s。(2)v­t圖象如圖所示。由圖象的斜率知a5 m/s2。答案(1)1.4(2)如圖所示52在做“研究勻變速直線運(yùn)動”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，某同學(xué)得到一條用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶如圖所示，并在其上取A、B、C、D、E、F、G 7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)，圖中沒有畫出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接周期為T0.02 s的交流電源。他經(jīng)過測量并計(jì)算得到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打B、C、D、E、F各點(diǎn)時(shí)物體的瞬時(shí)速度如下表：速度/(m·s1)0.1220.1640.2050.2500.289對應(yīng)點(diǎn)BCDEF(1)計(jì)算vF的公式為vF_(用已知量字母表示)。(2)根據(jù)表中記錄的數(shù)據(jù)，以A點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻為t0，可作出v­t圖象，并求物體的加速度a_m/s2。(3)如果當(dāng)時(shí)電網(wǎng)中交變電流的頻率是f51 Hz，而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，那么加速度的測量值與實(shí)際值相比_(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。解析(1)每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)，故相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為t5T0.1 s。利用勻變速直線運(yùn)動的推論得vF。(2)作出v­t圖象(圖象略)，根據(jù)圖線斜率可解得a0.42 m/s2。(3)如果在某次實(shí)驗(yàn)中，交流電的頻率為51 Hz>50 Hz，則實(shí)際打點(diǎn)周期變小，由xat2得，加速度的測量值與實(shí)際值相比偏小。答案(1)(2)0.42(3)偏小 實(shí)驗(yàn)拓展與創(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題，本實(shí)驗(yàn)中常見以下創(chuàng)新點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新(a)(b)1.滑塊在斜面上靠重力的分力與摩擦力的合力獲得加速度。2.擋光片經(jīng)過光電門的平均速度作為滑塊速度。3.平均速度的大小與擋光片的長度有關(guān)。1物塊在斜面上靠重力的分力與摩擦力的合力獲得加速度。2.由紙帶確定物塊的加速度。3.結(jié)合牛頓第二定律求動摩擦因數(shù)。實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新1.用滴水針頭替代打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打紙帶。2.小車在水平桌面上因摩擦做勻減速運(yùn)動。實(shí)驗(yàn)過程的創(chuàng)新1.鐵球靠重力產(chǎn)生加速度。2.鐵球由A到B的時(shí)間可由數(shù)字毫秒表讀出。3.鐵球的加速度由 ­t圖線分析得出。題組訓(xùn)練1光電計(jì)時(shí)器也是一種研究物體運(yùn)動情況的常用計(jì)時(shí)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(shí)，光電計(jì)時(shí)器就可以精確地把物體從開始擋光到擋光結(jié)束的時(shí)間記錄下來。圖乙中MN是水平桌面，Q是長木板與桌面的接觸點(diǎn)，1和2是固定在長木板適當(dāng)位置的兩個(gè)光電門，與之連接的兩個(gè)光電計(jì)時(shí)器沒有畫出，長木板頂端P點(diǎn)懸有一鉛錘，實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓滑塊從長木板的頂端滑下，光電門1、2各自連接的計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為1.0×102 s和4.0×103 s。用精度為0.05 mm的游標(biāo)卡尺測量滑塊的寬度d，其示數(shù)如圖丙所示。 甲乙 丙(1)滑塊的寬度d_ cm。(2)滑塊通過光電門1時(shí)的速度v1_ m/s，滑塊通過光電門2時(shí)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(shí)速度v1和v2只是一個(gè)近似值，它們實(shí)質(zhì)上是滑塊通過光電門1和2時(shí)的_，要使瞬時(shí)速度的測量值更接近于真實(shí)值，可將_的寬度減小一些。解析(1)d10 mm0.05 mm×210.10 mm1.010 cm。(2)v1 m/s1.0 m/sv2 m/s2.5 m/s。(3)v1、v2實(shí)質(zhì)上是滑塊通過光電門1和2時(shí)的平均速度，要使瞬時(shí)速度的測量值更接近于真實(shí)值，可將滑塊的寬度減小一些。答案(1)1.010(2)1.02.5(3)平均速度滑塊2某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運(yùn)動，用自制“滴水計(jì)時(shí)器”計(jì)量時(shí)間。實(shí)驗(yàn)前，將該計(jì)時(shí)器固定在小車旁，如圖(a)所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運(yùn)動過程中，滴水計(jì)時(shí)器等時(shí)間間隔地滴下小水滴，圖(b)記錄了桌面上連續(xù)的6個(gè)水滴的位置。(已知滴水計(jì)時(shí)器每30 s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴)(a)(b)(1)由圖(b)可知，小車在桌面上是_(選填“從右向左”或“從左向右”)運(yùn)動的。(2)該小組同學(xué)根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運(yùn)動。小車運(yùn)動到圖(b)中A點(diǎn)位置時(shí)的速度大小為_m/s，加速度大小為_m/s2。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)解析(1)小車運(yùn)動時(shí)由于摩擦力的作用，速度逐漸減小，滴水計(jì)時(shí)器滴下水滴的間距逐漸變小，因此小車從右向左運(yùn)動。(2)滴水的時(shí)間間隔T s0.67 s小車運(yùn)動到A點(diǎn)位置時(shí)的瞬時(shí)速度vA m/s0.19 m/s根據(jù)逐差法，共有5組數(shù)據(jù)，舍去中間的一組數(shù)據(jù)，則加速度a m/s20.037 m/s2因此加速度的大小為0.037 m/s2。答案(1)從右向左(2)0.190.0373某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖甲所示裝置測定當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊臄?shù)值。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，小鋼球被電磁鐵吸引靜止不動，光電門位于鋼球的下方，二者的中心處在同一豎直線上。將此時(shí)鋼球球心位置記為A點(diǎn)，光電門中心位置記為O點(diǎn)，AO間距離為h。 甲乙丙(1)使用螺旋測微器測定小鋼球的直徑如圖乙所示，可知鋼球的直徑大小為d_mm。(2)斷開電磁鐵開關(guān)，小鋼球由靜止開始下落，下落過程中通過位于O點(diǎn)處的光電門，由數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄鋼球通過光電門的時(shí)間t?？捎杀磉_(dá)式v_得到小鋼球球心通過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度。(3)將光電門向下移動一小段距離后，重新釋放小鋼球，記錄小鋼球通過光電門時(shí)數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示的時(shí)間t1和此時(shí)光電門與O點(diǎn)間距離x1。(4)重復(fù)步驟(3)，得到若干組t和x的數(shù)值。(5)在 ­x坐標(biāo)中描點(diǎn)連線，得到如圖丙所示直線并計(jì)算出其斜率大小為1.6×105，根據(jù)此斜率值，可以得到當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊臄?shù)值為_m/s2。(6)本實(shí)驗(yàn)在獲得鋼球球心通過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度時(shí)存在誤差，測量的速度值_(選填“大于”“等于”或“小于”)球心通過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度的真實(shí)值。(7)(多選)下列可以減小速度誤差的方式有_(填選項(xiàng)字母)。A增大AO間的距離hB減小AO間的距離hC換用直徑大一些的小鋼球D換用直徑小一些的小鋼球解析(1)螺旋測微器的讀數(shù)11.000 mm。(2)用很短時(shí)間的平均速度表示瞬時(shí)速度v。(5)由運(yùn)動學(xué)規(guī)律得2gh，整理得h，則1.6×105，解得重力加速度g9.68 m/s2。(6)小球通過光電門的平均速度等于對應(yīng)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，其一定小于位移中點(diǎn)的瞬時(shí)速度(球心通過光電門的瞬時(shí)速度)。(7)通過光電門時(shí)的速度適當(dāng)?shù)拇笮欣跍p小實(shí)驗(yàn)誤差，所以A、D兩項(xiàng)正確。答案(1)11.000(2)(5)9.68(6)小于(7)AD9