第二节 匀变速直线运动实验探究

一、实验目的1．练习使用打点计时器．2．掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法．3．测定匀变速直线运动物体的加速度．4．学会探究重力作用下运动的规律和方法．第2节 匀变速直线运动的实验探究二、实验原理1．打点计时器及其应用电火花打点计时器电磁打点计时器结构图示工作电压220V交流电4～6V交流电打点方式周期性产生电火花振针周期性上下振动打点周期0.02s0.02s记录信息位移、时间4．频闪照相法及其应用(1)频闪照相法：利用照相技术，每隔一定时间曝光一次，从而形成间隔相同时间的影像的方法．(2)频闪灯：每隔相等时间闪光一次，如每隔0.1s闪光一次，即每秒闪光10次．(3)频闪照片：利用频闪灯照明，照相机可以拍摄出运动物体每隔相等时间所到达的位置，通过这种方法拍摄的照片称为频闪照片．(4)记录信息：物体运动的时间和位移．三、实验器材打点计时器、纸带、复写纸、低压交流电源、小车、垫片、长木板、刻度尺、导线等.一、实验步骤1．将打点计时器固定在长木板的一端，并用垫片垫高此端，使木板倾斜．如图3－2－1所示．图3－2－12．连接好打点计时器的电路．(注意此过程中要断开开关)3．将纸带穿过打点计时器，连接在小车后面，并使小车靠近打点计时器．4．闭合电路开关，然后释放小车，打完纸带后立即关闭电源．5．更换纸带，重复操作三次．6．选择一条点迹最清晰的纸带，舍掉开头一些过于密集的点，找一适当的点作为开始点．选择相隔0.1s的若干个计数点进行长度测量，并将数据填入设计好的表格中．2．用v－t图象求加速度(1)在三条纸带中选择一条最清晰的，舍掉开头一些比较密集的点迹，在后边便于测量的地方找一个开始点，为了测量方便和减小误差，通常选择相隔0.1s的若干计数点进行测量．在选好的开始点下面标明0，在第六个点下面标1，在第十一个点的下面标2，依此类推，每5个点下面计一个数，这些标数字的点叫做计数点．如图所示，测出两相邻计数点的距离分别为s1、s2、s3…填入下表．位置间隔0～11～22～33～44～5间隔距离(cm)图3－2－2(3)作出速度—时间图象．在坐标纸上，以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系．根据上表中的v、t数据，在直角坐标系中描点，如图3－2－3所示，通过观察、思考，找出这些点的分布规律，然后根据这些点的分布趋向，用一条平滑的曲线(包括直线)连接这些点，并尽量让多数点落在曲线上(或直线上)，不在曲线(或直线)上的点应分布在曲线(或直线)两侧，且两侧的点数大致相同．图3－2－3

三、误差分析误差产生原因减小方法偶然误差①纸带上计数点间距离的测量②v－t图作出的并非一条直线①多次测量求平均值②大多数点在线上，不在线上的点尽可能均匀分布在两侧系统误差①小车、纸带运动过程中有摩擦②电源的不稳定性①使用电火花打点计时器②使用稳压电源四、注意事项1．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器．2．应该是先接通电源，等打点稳定后，再释放小车．3．打点完毕，立即断开电源．4．如打出的点较轻或是短线时，应调整振针距复写纸的高度．5．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，弄清楚时间间隔T.6．每打好一条纸带，将定位轴上的复写纸换个位置，以保证打点清晰．7．不要分段测量各段位移，应尽可能地一次测量完毕(可先统一量出各计数点到开始点之间的距离)．读数时应估读到毫米的下一位．8．要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点，一般在纸带上每隔4个点取一个计数点，即时间间隔为T＝0.02s×5＝0.1s.9．在坐标纸上画v－t图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象尽量分布在较大的坐标平面内．

在“匀变速直线运动的实验探究”中，按照实验进行的先后顺序，将下述步骤的代号填在横线上______．A．把穿过打点计时器的纸带固定在小车的后面B．把打点计时器固定在长木板的没有滑轮的一端，并连好电路实验步骤的考查

C．换上新的纸带，再重复做两次D．把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面E．使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动F．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，另一端吊着合适的钩码G．断开电源，取出纸带【解析】正确的实验步骤是：把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的一端，并连好电路；把穿过打点计时器的纸带固定在小车的后面，把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，另一端吊着合适的钩码；使小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，再放开小车，让小车运动；打完一条纸带，断开电源取下纸带，换上新的纸带；再重复做两次．【答案】

DBAFEGC (2013·福建连江一中高一检测)用一端装有定滑轮的长木板，小车、打点计时器(频率为50Hz)、钩码、纸带、细线组成如图3－2－4(a)所示的装置，让小车做匀加速直线运动，得到如图(b)所示的一条纸带，纸带中相邻两点之间有四个点未画出，用毫米刻度尺测量得：AB＝1.10cm、BC＝2.09cm、CD＝3.10cm、DE＝4.11cm(以下运算结果均保留两位有效数字)，则：利用纸带求匀变速直线运动的加速度

【答案】

(1)1.0(2)0.361．(2013·五指高一检测)关于打点计时器的使用说法正确的是()A．电磁打点计时器使用的是6V以下的直流电源B．在测量物体速度时，先让物体运动，后接通打点计时器的电源C．使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越小D．电源的电压越高，打点的时间间隔就越小【答案】

C2．下列关于打点计时器打出的纸带上点迹的判断正确的是()A．点迹记录了物体运动的时间B．点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移C．纸带上点迹的分布情况反映了物体的质量和形状D．纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况【解析】

打点计时器每隔一定的时间(当电源频率为50Hz时，打点的时间间隔为0.02s)打下一个点，因而点迹记录了物体运动的时间，也记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移；点迹的分布情况反映了物体的运动情况，而不能反映物体的质量和形状，故只有C项错误．【答案】

ABD【解析】

打点计时器使用的是频率为50Hz的交流电源，故纸带上每打出两个相邻点所经历的时间为0.02s，所以A、B两点间时间之比为：(0.02×10)∶(0.02×5)＝2∶1，B项正确．【答案】

B4．在测量匀变速直线运动的加速度的实验中，对于减小误差来说，下列操作不当的是()A．选取计数点时，把每5个点的时间间隔作为一个时间单位B．使小车运动的加速度尽量小些C．舍去纸带上密集的点，只利用点迹清晰、间隔适当的那一部分进行测量、计算D．选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验【解析】

用计数点的方法，利用点迹清晰、间隔适当的部分进行测量、计算，可减小测量误差；选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验，可以减小因加速度不稳定带来的误差；若小车的加速度太小，则连续相等时间内位移之差太小，不便于测量，故B错误．选B.【答案】

B5．一小球在桌面上从静止开始做匀加速运动，现用高速摄影机在同一底片上多次曝光，记录下小球每次曝光的位置，并将小球的位置编号．如图3－2－6所示，1位置恰为小球刚开始运动的瞬间，摄影机连续两次曝光的时间间隔均为1s，则小球从1位置到6位置的运动过程中位移为________m，时间为________s．(小数点后保留2位有效数字)图3－2－6【解析】

由图中1、6的位置可计算出1、6之间位移Δs＝0.37m，每次曝光时间T＝1s，故1、6两位置时间间隔Δt＝5T＝5s.【答案】

0.375【答案】

(1)相等匀加速(2)乙1.11.0957．(2013·福州八中高一检测)如图3－2－8所示，甲、乙两图都是使用电磁打点计时器测量重力加速度g的装置示意图，已知该打点计时器的打点频率为50Hz.(1)这两图相比较，哪个图所示的装置较好，为什么？____________________________________________(2)丙图是采用较好的装置并按正确的实验步骤进行实验打出的一条纸带，其中O为打出的第一个点，标为1，后面依次打下的一系列点迹分别标为2、3、4、5……经测量，第15至第17点间的距离为11.76cm，第1至第16点间的距离为44.14cm，则打下第16个点时，测出的重力加速度值为g＝________m/s2.(要求保留三位有效数字)甲乙丙图3－2－8【答案】

(1)甲图较好，用夹子固定纸带，便于调整纸带方向竖直，还可避免手持不稳定造成打第一点模糊的情况(2)9.808．在“利用打点计时器测定匀加速直线运动加速度”的实验中，打点计时器接在50Hz的低压交变电源上，某同学在打出的纸带上每5点取一个计数点，共取了A、B、C、D、E、F六个计数点(每相邻两个计数点间的四个点未画出)．从每一个计数点处将纸带剪开分成五段(分别为a、b、c、d、e段)，将这五段纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在xOy坐标系中，如图3－2－9所示，由此可以得到一条表示v－t关系的图线，从而求出加速度的大小．图3－2－9

(1)请你在xOy坐标系中用最简洁的方法作出能表示v－t关系的图线(作答在图上)，并指出哪个轴相当于v轴？答：________；(2)从第一个计数点开始计时，为求出0.15s时刻的瞬时速度，需要测出哪一段