实验一研究匀变速直线运动

1、一、实验目的一、实验目的1利用打点计时器探究小车速度随时间变化的规律利用打点计时器探究小车速度随时间变化的规律2能画出小车运动的能画出小车运动的vt图象，并根据图象求加速度图象，并根据图象求加速度3匀变速直线运动的判断匀变速直线运动的判断看任意相邻相等时间内的位移之差是否相等来判断看任意相邻相等时间内的位移之差是否相等来判断物体是否做匀变速直线运动，即可利用纸带打出的物体是否做匀变速直线运动，即可利用纸带打出的点，若点，若x6x5x5x4x4x3aT2，则做匀变速直，则做匀变速直线运动线运动三、实验器材三、实验器材 电火花计时器或电磁打点计时器、一端附有滑轮的长电火花计时器或电磁打点计时器、一

2、端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片复写纸片四、实验操作四、实验操作1实验步骤实验步骤(1)把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上，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，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，如图实连接好电路，如图实13所示所示图实图实13(2)把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，并在绳的另一把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，并在绳的另一端挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器端挂上合适的钩码，把纸带穿

3、过打点计时器(纸带要放纸带要放在复写纸下面在复写纸下面)，并把纸带的一端固定在小车的后面，并把纸带的一端固定在小车的后面(3)把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小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，重复二次一系列的点换上新纸带，重复二次(4)从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，从后边便于测量的点开始来确定计数点，较密集的点，从后边便于测量的点开始来确定计数点，为了计算方便和减小误差，通常

4、用连续打点五次的时为了计算方便和减小误差，通常用连续打点五次的时间作为时间单位，即间作为时间单位，即T0.1 s，如图实，如图实14所示，正所示，正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离，并确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离，并填入设计的表格中填入设计的表格中位置编号位置编号012345时间时间t/s00.10.20.30.40.5相邻两计数点间相邻两计数点间的距离的距离x/m计数点的速度计数点的速度v/(m/s)(5)利用某一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的利用某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的瞬时速度瞬时速度求得各计数点的瞬时速度(6)增

5、减所挂的钩码数，再做两次实验增减所挂的钩码数，再做两次实验2数据处理数据处理(1)由实验数据得出由实验数据得出vt图象图象根据表格中的根据表格中的v、t数据，在直角数据，在直角坐标系中仔细描点，如图实坐标系中仔细描点，如图实15所示可以看到，对于每次实验，描所示可以看到，对于每次实验，描出的几个点都大致落在一条直线上出的几个点都大致落在一条直线上作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧，这条直线就是本次实验的两侧，这条直线就是本次实验的vt图象，它是一

6、条倾图象，它是一条倾斜的直线斜的直线(2)由实验得出的由实验得出的vt图象进一步得出小图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律车运动的速度随时间变化的规律有两条途径进行分析：有两条途径进行分析：直接分析图象的特点得出，小车运动直接分析图象的特点得出，小车运动的的vt图象是一条倾斜的直线，如图实图象是一条倾斜的直线，如图实16所示，当时间增加相同的值所示，当时间增加相同的值t，速度也会增加相，速度也会增加相同的值同的值v，由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化，由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化通过函数关系进一步得到，既然小车的通过函数关系进一步得到，既然小车的vt图象是一图象是一条倾斜

7、的直线，那么条倾斜的直线，那么v随随t变化的函数关系式为变化的函数关系式为vktb，显，显然然v与与t成成“线性关系线性关系”，小车的速度随时间均匀变化，小车的速度随时间均匀变化五、注意事项五、注意事项1交流电源的电压及频率要符合要求交流电源的电压及频率要符合要求2实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时要调实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时要调节振针的高度和更换复写纸节振针的高度和更换复写纸3开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器4先接通电源，计时器工作后再放开小车，当小车停止先接通电源，计时器工作后再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源运动

8、时及时断开电源5要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，在小车到达滑轮要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，在小车到达滑轮前应及时用手按住它前应及时用手按住它 6牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小而使各段位移无多大差带上的点太少，或者加速度太小而使各段位移无多大差别，从而使误差增大，加速度的大小以能在别，从而使误差增大，加速度的大小以能在50 cm长的长的纸带上清楚地取得六、七个计数点为宜纸带上清楚地取得六、七个计数点为宜7要区别计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在要区别计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸带上每

9、隔四个点取一个计数点，即时间间隔为纸带上每隔四个点取一个计数点，即时间间隔为T0.025 s0.1 s.8要多测几组，以尽量减小误差要多测几组，以尽量减小误差9描点时最好用坐标纸，在纵、横轴上选取合适的单位，描点时最好用坐标纸，在纵、横轴上选取合适的单位，用细铅笔认真描点用细铅笔认真描点例例1在做在做“研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动”的实验时，为了能够的实验时，为了能够较准确地测出加速度，将你认为正确的选项前面的字母填在较准确地测出加速度，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上：横线上：_.A把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面

10、B把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路电路C再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合再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，每次必须由静止释放小车适的钩码，每次必须由静止释放小车D把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面后面E把小车停在靠近打点计时器处，接通直流电源后，放把小车停在靠近打点计时器处，接通直流电源后，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，重复三次上打下

11、一系列的点，换上新纸带，重复三次 解析：解析：在实验中要尽可能地保证小车做匀变速直线运动，在实验中要尽可能地保证小车做匀变速直线运动，同时也要求纸带能尽可能地直接反映小车的运动情况，同时也要求纸带能尽可能地直接反映小车的运动情况，既要减小运动误差也要减小纸带的分析误差其中既要减小运动误差也要减小纸带的分析误差其中E项项中的电源应采用交流电，而不是直流电中的电源应采用交流电，而不是直流电答案：答案：ABCDFG例例2如图实如图实17所示，所示，小车放在斜面上，车前端拴小车放在斜面上，车前端拴有不可伸长的细线，跨过固有不可伸长的细线，跨过固定在斜面边缘的小滑轮与重定在斜面边缘的小滑轮与重物相连，小

12、车后面与打点计时器的纸带相连起初小车停物相连，小车后面与打点计时器的纸带相连起初小车停在靠近打点计时器的位置，重物到地面的距离小于小车到在靠近打点计时器的位置，重物到地面的距离小于小车到滑轮的距离启动打点计时器，释放重物，小车在重物的滑轮的距离启动打点计时器，释放重物，小车在重物的牵引下由静止开始沿斜面向上运动，重物落地后，小车牵引下由静止开始沿斜面向上运动，重物落地后，小车会继续向上运动一段距离打点计时器使用的交流电频会继续向上运动一段距离打点计时器使用的交流电频率为率为50 Hz，图实，图实18中中a、b、c是小车运动纸带上的是小车运动纸带上的三段，纸带运动方向如箭头所示三段，纸带运动方向

13、如箭头所示(1)打打a段纸带时，小车的加速度为段纸带时，小车的加速度为2.5 m/s2.请根据加速请根据加速度的情况，判断小车运动的最大速度可能出现在度的情况，判断小车运动的最大速度可能出现在b段纸段纸带中长度为带中长度为_cm的一段的一段(2)尽可能利用尽可能利用c段纸带所提供的数据，计算打段纸带所提供的数据，计算打c段纸带时段纸带时小车的加速度大小为小车的加速度大小为_m/s2.(结果保留两位有效结果保留两位有效数字数字)答案答案(1)2.98(2)5.0例例3光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图实其结构如图实19(a)

14、所示，所示，a、b分别是光电门的激分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时间通过时，光电计时器就可以精确地把物体从开始挡光到挡光结束的时间记录下器就可以精确地把物体从开始挡光到挡光结束的时间记录下来图来图(b)中中MN是水平桌面，是水平桌面，Q是长木板与桌面的接触点，是长木板与桌面的接触点，1和和2是固定在长木板上适当位置的两个光电门，与之连接是固定在长木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出，长木板顶端的两个光电计时器没有画出，长木板顶端P点悬有一铅锤，点悬有一铅锤，实验时，让滑块从长木板的顶端滑下，光电门实验时，让

15、滑块从长木板的顶端滑下，光电门1、2各自连各自连接的计时器显示的挡光时间分别为接的计时器显示的挡光时间分别为1.0102s和和4.0103s.用精度为用精度为0.05 mm的游标卡尺测量滑块的宽度为的游标卡尺测量滑块的宽度为d，其示，其示数如图数如图(c)所示所示(1)滑块的宽度滑块的宽度d_cm.(2)滑块通过光电门滑块通过光电门1时的速度时的速度v1_m/s，滑块通过，滑块通过光电门光电门2时的速度时的速度v2_m/s.(结果保留两位有效数结果保留两位有效数字字)(3)由此测得的瞬时速度由此测得的瞬时速度v1和和v2只是一个近似值，它们实质只是一个近似值，它们实质上是通过光电门上是通过光电

16、门1和和2时的时的_，要使瞬时速度的测量，要使瞬时速度的测量值更接近于真实值，可将值更接近于真实值，可将_的宽度减小一些的宽度减小一些答案答案(1)1.010(2)1.02.5(3)平均速度滑块平均速度滑块1“研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动”的实验中，使用电磁打点计的实验中，使用电磁打点计时器时器(所用交流电的频率为所用交流电的频率为50 Hz)，得到如图实，得到如图实110所示的纸带图中的点为计数点，相邻两计数点间所示的纸带图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表述正确的是还有四个点未画出来，下列表述正确的是 () 图实图实110A实验时应先放开纸带再接通电源实验时应

17、先放开纸带再接通电源B(x6x1)等于等于(x2x1)的的6倍倍C从纸带可求出计数点从纸带可求出计数点B对应的速率对应的速率D相邻两个计数点间的时间间隔为相邻两个计数点间的时间间隔为0.02 s答案：答案：C2在在“研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动”的实验中，算出小车经过的实验中，算出小车经过各计数点的瞬时速度如下：各计数点的瞬时速度如下：计数点计数点序号序号123456计数点对应计数点对应的时刻的时刻(s)0.10.20.30.40.50.6通过计数点通过计数点时的速度时的速度(cm/s)44.0 62.081.0100.0110.0168.0答案：答案：C3(2010广东高考广东高考)

18、图实图实111是某同学在做匀变速直线是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带运动实验中获得的一条纸带(1)已知打点计时器电源频率为已知打点计时器电源频率为50 Hz，则纸带上打相邻两点，则纸带上打相邻两点的时间间隔为的时间间隔为_(2)ABCD是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出，从图中读出点没有画出，从图中读出A、B两点间距两点间距s_；C点点对应的速度是对应的速度是_(计算结果保留三位有效数字计算结果保留三位有效数字)答案：答案：(1)0.02 s(2)0.70 cm(0.680.72 cm即可给分即可给分)0.100 m

19、/s4(2010重庆高考重庆高考)某同学用打点计时器测量做匀加速直某同学用打点计时器测量做匀加速直线运动的物体的加速度，电源频率线运动的物体的加速度，电源频率f50 Hz.在纸带上在纸带上打出的点中，选出零点，每隔打出的点中，选出零点，每隔4个点取个点取1个计数点，因个计数点，因保存不当，纸带被污染，如图实保存不当，纸带被污染，如图实112所示，所示，A、B、C、D是依次排列的是依次排列的4个计数点，仅能读出其中个计数点，仅能读出其中3个计数个计数点到零点的距离：点到零点的距离：sA16.6 mm，sB126.5 mm，sD624.5 mm.若无法再做实验，可由以上信息推知：若无法再做实验，可

20、由以上信息推知：(1)相邻两计数点的时间间隔为相邻两计数点的时间间隔为_s；(2)打打C点时物体的速度大小为点时物体的速度大小为_m/s(取取2位有效数字位有效数字)；(3)物体的加速度大小为物体的加速度大小为_(用用sA、sB、sD和和f表示表示)5伽利略在伽利略在两种新科学的对话两种新科学的对话一书中，讨论了自由落一书中，讨论了自由落体运动和物体沿斜面运动的问题，提出了这样的猜想：体运动和物体沿斜面运动的问题，提出了这样的猜想：物体沿斜面下滑是一种匀变速直线运动，同时他还运用物体沿斜面下滑是一种匀变速直线运动，同时他还运用实验验证了其猜想某校物理兴趣小组依据伽利略描述实验验证了其猜想某校物

21、理兴趣小组依据伽利略描述的实验方案，设计了如图实的实验方案，设计了如图实113所示的装置，探究所示的装置，探究物体沿斜面下滑是否做匀变速直线运动物体沿斜面下滑是否做匀变速直线运动(1)实验时，让滑块从不同高度由静止沿斜面下滑，并同实验时，让滑块从不同高度由静止沿斜面下滑，并同时打开装置中的阀门，使水箱中的水流到量筒中；当滑时打开装置中的阀门，使水箱中的水流到量筒中；当滑块碰到挡板的同时关闭阀门块碰到挡板的同时关闭阀门(整个过程中水流可视为均匀整个过程中水流可视为均匀稳定的稳定的)该实验探究方案是利用量筒中收集的水量来测该实验探究方案是利用量筒中收集的水量来测量量_的的(2)下表是该小组测得的有关数据，其中下表是该小组测得的有关数据，其中s为滑块从斜面为滑块从斜面的不同高度由静止释放后沿斜面下滑的距离，的不同高度由静止释放后沿斜面下滑的距离，V为相应为相应过程量筒收集的水量分析表中数据，根据过程量筒收集的水量分析表中数据，根据_，可以得出滑块沿斜面下滑是做匀变速直线运动的结论可以得出滑块沿斜面下滑是做匀变速直线运动的结论.次数次数1234567s(m)4.53.93.02.11.50.90.3V(mL)90847262524023.5(mmL2)5.6