实验：研究匀变速直线运动

实验一研究匀变速直线运动实验目的1．练习正确使用打点计时器．2．会利用纸带求匀变速直线运动的瞬时速度、加速度．3．会利用纸带探究小车速度随时间变化的规律，并能画出小车运动的v－t图象，根据图象求加速度．实验原理1.2.实验过程注意事项1．平行：纸带和细绳要和木板平行．2．两先两后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验完毕应先断开电源后取纸带．3．防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，要防止钩码落地和小车与滑轮相撞．4．减小误差：小车的加速度要适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约50cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜．5．纸带选取

选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点．6．准确作图

在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏，而导致误差过大)，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线，让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两侧．热点一刻度尺的读数【典例1】

如图1所示，用毫米刻度尺测量纸带中的计数点0、1之间的距离为________mm,0、2之间的距离为________mm,2、3之间的距离为________mm.图1解析毫米刻度尺的最小刻度为1mm，读数时要估读到毫米的下一位．计数点0、1之间的距离为8.9mm(9.0mm也可)，若读成8.90mm或9mm都是错误的；0、2之间的距离为19.5mm,2、3之间的距离为12.5mm(32.0mm－19.5mm)．答案8.9(9.0也可)19.512.5刻度尺的读数应注意(1)刻度尺读数时要使刻度线紧贴被测物体，眼睛正对刻度线读数．(2)毫米刻度尺的精确度为1mm，读数时要估读到最小刻度的下一位．【跟踪短训】1．(2013·浙江卷，21)如图2所示，装置甲中挂有小桶的细线绕过定滑轮，固定在小车上；装置乙中橡皮筋的一端固定在导轨的左端，另一端系在小车上．一同学用装置甲和乙分别进行实验，经正确操作获得两条纸带①和②，纸带上的a、b、c……均为打点计时器打出的点．图2(1)任选一条纸带读出b、c两点间距离为________；(3)图中________(填选项字母).A.两条纸带均为用装置甲实验所得B．两条纸带均为用装置乙实验所得C．纸带①为用装置甲实验所得，纸带②为用装置乙实验所得D．纸带①为用装置乙实验所得，纸带②为用装置甲实验所得答案(1)2.10cm或2.40cm(±0.05cm，有效数字位数正确)(2)1.13m/s或1.25m/s(±0.05m/s，有效数字位数不作要求)小于(3)C热点二纸带数据处理【典例2】

[2013·广东卷，34(1)]研究小车匀变速直线运动的实验装置如图3(a)所示，其中斜面倾角θ可调．打点计时器的工作频率为50Hz.纸带上计数点的间距如图(b)所示，其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出．图3(1)部分实验步骤如下：A．测量完毕，关闭电源，取出纸带B．接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车C．将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连D．把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔上述实验步骤的正确顺序是：__________(用字母填写)．(2)图(b)中标出的相邻两计数点的时间间隔T＝______s.(3)计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5＝________.(4)为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为a＝________.1．利用纸带判定物体运动的性质 (1)若s1、s2、s3…基本相等，则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动． (2)利用s1、s2、s3…可以计算出在相邻相等时间间隔内物体的位移差 s2－s1、s3－s2、s4－s3…，如果它们在实验误差允许的范围内相等，则可以判定物体做匀变速直线运动．2．计算点间的距离 计数点间距离的给定有两种：相邻点间距离和各计数点到O点的距离，计算时后者要先转换为前者，如框图所示．3．常见错误 对纸带进行数据处理时，常见的错误有：(1)误认为T＝0.02s，没有注意到图中相邻计数点之间有几个点没画出．(2)没有进行单位换算，图中各数据的单位都是cm，应当换算为m.【跟踪短训】2．[2012·山东卷，21(1)]某同学利用图4甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律．物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上(尚未到达滑轮处)．从纸带上便于测量的点开始，每5个点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图乙所示．打点计时器电源的频率为50Hz.图4(1)通过分析纸带数据，可判断物块在两相邻计数点________和________之间某时刻开始减速．(2)计数点5对应的速度大小为________m/s，计数点6对应的速度大小为______m/s.(保留三位有效数字)(3)物块减速运动过程中加速度的大小为a＝________m/s2.答案(1)67(或76)(2)1.001.20(3)2.00【典例3】

(2013·江苏卷·11)某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度，实验装置如图5所示．倾斜的球槽中放有若干个小铁球，闭合开关K，电磁铁吸住第1个小球．手动敲击弹性金属片M，M与触头瞬间分开，第1个小球开始下落，M迅速恢复，电磁铁又吸住第2个小球．当第1个小球撞击M时，M与触头分开，第2个小球开始下落……这样，就可测出多个小球下落的总时间．图5(1)在实验中，下列做法正确的有________．A．电路中的电源只能选用交流电源B．实验前应将M调整到电磁铁的正下方C．用直尺测量电磁铁下端到M的竖直距离作为小球下落的高度D．手动敲击M的同时按下秒表开始计时(2)实验测得小球下落的高度H＝1.980m,10个小球下落的总时间T＝6.5s．可求出重力加速度g＝________m/s2.(结果保留两位有效数字)(3)在不增加实验器材的情况下，请提出减小实验误差的两个办法．(4)某同学考虑到电磁铁在每次断电后需要时间Δt磁性才消失，因此，每个小球的实际下落时间与它的测量时间相差Δt，这导致实验误差．为此，他分别取高度H1和H2，测量n个小球下落的总时间T1和T2.他是否可以利用这两组数据消除Δt对实验结果的影响？请推导说明．答案(1)BD(2)9.4(3)增加小球下落的高度；多次重复实验，结果取平均值．(其他答案只要合理也可)(4)可以消除Δt对实验结果的影响，推导过程见解析【探究跟踪】 (1)在DIS系统中，光电门测量的是运动物 体挡光时间内的平均速度，因为挡光片较 窄，所以可看作测量的是瞬时速度．为了 测量做匀变速直线运动的小车的加速度， 将宽度均为b的挡光片A、B固定在小车上， 如图6所示．当小车做匀变速运动经过光电门时，测得A、B先后挡光的时间分别为Δt1和Δt2，A、B开始挡光时刻的间隔为t，则A、B先后经过光电门时的速度分别为________，________；小车的加速度a＝________.图6(2)如图7所示为用打点计时器研究小车运动情况的装置：实验时由静止释放钩码，小车开始做匀加速直线运动，在小车进入布面前钩码已经落地了，小车在平玻璃板上做匀速直线运动，后来在布面上做匀减速直线运动，所打出的纸带的一部分如图8所示，纸带上相邻两点对应的时间间隔为T＝0.0