實驗一 研究勻變速直線運動 1 實驗原理 研究物體做勻變速直線運動 最基本的是測出位移和時間的關(guān)系 運用勻變速直線運動的規(guī)律 對紙帶數(shù)據(jù)進行處理 2 器材與裝置 打點計時器 刻度尺 1 器材 小車 細繩 鉤碼 一端附有定滑輪的長木板 電源 導線 紙帶 復寫紙片 2 裝置 按圖S1 1所示安裝實驗儀器 讓帶有紙帶的小車 在重物的拉動下運動 分析實驗所得的紙帶 圖S1 1 3 儀器安裝 1 把附有滑輪的長木板放在實驗桌上 并使滑輪伸出桌面 把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端 連接好電路 2 把一條細繩拴在小車上 細繩跨過定滑輪 下邊掛上合適的鉤碼 把紙帶穿過打點計時器 并把它的一端固定在小車的后面 實驗裝置如圖S1 1所示 放手后 看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行 4 測量與記錄 接通電源 放開小車 1 把小車停在靠近打點計時器處 先 后 讓小車拖著紙帶運動 打點計時器就在紙帶上打下一系列的點 換上新紙帶 重復三次 2 從三條紙帶中選擇一條比較理想的 舍掉開頭一些比較密集的點 從后邊便于測量的點開始確定計數(shù)點 為了計算方便和減小誤差 通常用連續(xù)打點五次的時間作為時間單位 正確使用刻度尺測量每相鄰兩個計數(shù)點間的距離 并填入設(shè)計的表格中 3 利用某一段時間的 等于這段時間中間時刻 平均速度 的瞬時速度求得各計數(shù)點的瞬時速度 4 增減所掛鉤碼數(shù) 再重復實驗兩次 5 速度 加速度的求解方法 圖S1 2 aT2 2 平均速度法 求速度 得到如圖S1 3所示的紙帶 相鄰兩點的時間間隔為T 第n點的瞬時速度為vn 即vn 圖S1 3 3 圖象法 求加速度 即由 平均速度法 求出多個點的速度 畫出如圖S1 4所示的v t圖象 直線的斜率即為加速度 圖S1 4 1 開始時要把小車停在打點計時器處 再讓小車運動 以 便在紙帶上打下足夠的點 2 先接通電源再放開小車 3 選擇點跡清晰的紙帶 在紙帶上選擇點間間隔較大的一 段內(nèi)的點作為計數(shù)點 并做好標記供分析用 4 將紙帶平放在水平桌面上 用刻度尺測量任一計數(shù)點到 基準點間的距離并做好記錄 分段測量會增大誤差 5 小車的加速度宜適當大些 可以減小長度測量誤差 一 般能在約50cm的紙帶上清楚取7 8個計數(shù)點為宜 6 紙帶運動時不要讓紙帶與打點計時器的限位孔摩擦 考點1 實驗原理與操作 典題1 2016年天津卷 某同學利用如圖S1 5所示裝置研究小車的勻變速直線運動 圖S1 5 1 實驗中 必要的措施是 A 細線必須與長木板平行B 先接通電源再釋放小車 C 小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量D 平衡小車與長木板間的摩擦力 2 他實驗時將打點計時器接到頻率為50Hz的交流電源上 得到一條紙帶 打出的部分計數(shù)點如圖S1 6所示 每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點 圖中未畫出 s1 3 59cm s2 4 41cm s3 5 19cm s4 5 97cm s5 6 78cm s6 7 64cm 則小車的加速度a m s2 要求充分利用測量的數(shù)據(jù) 打點計時器在打B點時小車的速度vB m s 計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字 圖S1 6 解析 1 實驗時細線必須與長木板平行 否則小車不做勻變速直線運動 A正確 實驗開始時要先接通電源 待打點穩(wěn)定后再釋放小車 B正確 此實驗中只需保證小車做勻加速運動 不用考慮小車與鉤碼的質(zhì)量關(guān)系及平衡摩擦力的問題 C D錯誤 答案 1 AB 2 0 800 40 考點2 數(shù)據(jù)處理與誤差分析 1 數(shù)據(jù)處理的方法有 1 公式法 2 圖象法 2 實驗誤差分析 本實驗參與計算的量有計數(shù)點間距和打點周期 因此誤差主要來源于相鄰兩計數(shù)點之間距離的測量和電源頻率的不穩(wěn)定性 1 交流電源的頻率變化引起誤差交流電源的頻率出現(xiàn)波動時 打點周期會隨之變化 頻率升高時 打點周期減小 由于計算時仍按照原打點周期值 各點 2 位移的測量引起誤差如果各計數(shù)點間的位移較小或相鄰計數(shù)點之間的位移之差較小 位移測量的相對誤差就會較大 從而導致速度和加速度的測量誤差較大 典題2 如圖S1 7所示 是某同學由打點計時器得到的表示小車運動過程的一條清晰紙帶 紙帶上兩相鄰計數(shù)點間還有四個點沒有畫出 打點計時器打點的頻率f 50Hz 其中x1 7 05cm x2 7 68cm x3 8 33cm x4 8 95cm x5 9 61cm x6 10 26cm 圖S1 7 1 下表列出了打點計時器打下B C F時小車的瞬時速度 請在表中填入打點計時器打下D E兩點時小車的瞬時速度 計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字 2 以A點為計時起點 在坐標圖S1 8中畫出小車的速度 時間圖線 圖S1 8 3 根據(jù)你畫出的小車的速度 時間圖線計算出小車的加速 度a m s2 計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字 4 如果當時電網(wǎng)中交變電流的頻率是f 49Hz 而做實驗的同學并不知道 由此引起的系統(tǒng)誤差將使加速度的測量值比實際值偏 填 大 或 小 答案 1 0 8640 928 2 如圖D1所示 3 0 64 4 大圖D1 方法技巧 1 利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法 1 根據(jù)表中數(shù)據(jù)在v t坐標系中準確描出各點 2 用直線將各點連接起來 不在直線上的點盡量對稱地分 布在直線兩側(cè) 3 注意圖象是否過原點 2 利用圖象求解加速度的方法 1 v t圖象的斜率即為物體的加速度 2 為使結(jié)果更精確 應選兩距離較遠 讀數(shù)較準確的兩點 1 實驗器材的創(chuàng)新 1 利用光電門 光電門與計時器相連可以測出遮光片通過光電門的時間 速度 兩光電門同時與計時器相連 可測出滑塊在兩光電門間運動的時間 相對打點計時器 光電門對滑塊運動無影響 測量結(jié)果精度更高 2 利用頻閃照片和滴水法頻閃照片和滴水法記錄了物體經(jīng)過相等的時間運動的位移 其數(shù)據(jù)處理的方法與紙帶的處理完全一樣 2 實驗原理的創(chuàng)新 滑塊在斜面上做勻加速直線運動 因滑塊釋放位置固定 如圖S1 9所示滑塊經(jīng)過光電門乙的瞬時速度vt不變 故由光電門乙向上的逆運動為勻減 合此式可求加速度a 圖S1 9 3 數(shù)據(jù)處理方法的創(chuàng)新 考向1 利用滴水法測定勻變速直線運動的加速度和速度 典題3 2017年新課標 卷 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S1 10甲所示 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 圖乙記錄了桌面上連續(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 甲 乙 圖S1 10 1 由圖乙可知 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)圖乙的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動 小車運動到圖乙中A點位置時的速度大小為 m s 加速度大小為 m s2 計算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字 s s 所以A點位 解析 1 小車在阻力的作用下 做減速運動 由圖乙知 從右向左相鄰水滴間的距離逐漸減小 所以小車在桌面上是從右向左運動 2 已知滴水計時器每30s內(nèi)共滴下46個小水滴 所以相鄰兩水滴間的時間間隔為 t 3045 23 置的速度為 vA 0 117 0 1332 t m s 0 19m s 根據(jù)逐差法可 求加速度 x4 x5 x1 x2 6a t 2 解得a 0 038m s2 答案 1 從右向左 2 0 190 038 考向2 利用頻閃照片測定勻變速直線運動的加速度和速度 典題4 2017年廣東茂名高三質(zhì)檢 如圖S1 11所示是某同學研究小球下落時的頻閃照片 頻閃儀每隔0 1s閃光一次并進行拍照 照片中小球靜止時在位置1 某時刻釋放小球 下落中的小球各位置與位置1的距離如圖中所標的數(shù)據(jù) 單位 cm 實驗過程并沒有錯誤 但該同學發(fā)現(xiàn)圖中數(shù)據(jù)存在以下問題 和位置2的距離為1 23cm 比4 90cm小很多 你對此問題的 解釋是 下落中小球在位置3的速度為 m s 小球做自由落體運動的加速度為 m s2 計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字 圖S1 11 答案 小球在位置2時下落的時間小于0 1s 1 47 9 80 考向3 利用光電門測定勻變速直線運動的加速度和速度 典題5 2017年甘肅張掖第一次診斷 物理小組的同學用如圖S1 12所示的實驗器材測定重力加速度 實驗器材有底座 帶有標尺的豎直桿 光電門1和光電門2組成的光電計時器 其中光電門1更靠近小球釋放點 小球釋放器 可使小球無初速釋放 網(wǎng)兜 實驗時可用兩光電門測量小球從光電門1運動至光電門2的時間t 并從豎直桿上讀出兩光電門間的距離h 圖S1 12 圖S1 13 1 使用游標卡尺測量小球的直徑如圖S1 13所示 則小球的直徑為 cm 2 改變光電門1的位置 保持光電門2的位置不變 小球經(jīng)過光電門2的速度為v 不考慮空氣阻力 小球的加速度為重力加速度g 則h t g v四個物理量之間的關(guān)系為h 根據(jù)圖線可求出重力加速度的大小為 解析 1 小球的直徑為d 11mm 16 0 05mm 11 80mm 1 180cm