第4讲　实验：研究匀变速直线运动的特点

第4讲实验：研究匀变速直线运动的特点一、实验目的1．练习正确使用打点计时器，学会利用打点纸带研究物体的运动。2．掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法Δx＝aT2。3．掌握使用速度—时间图像求加速度的方法。4．掌握使用逐差法计算匀变速直线运动加速度的方法。二、实验原理1．实验原理图2．打点计时器(1)电磁打点计时器：6V以下交流电源。(2)电火花计时器：220V交流电源。(3)当所用交流电源的频率f＝50Hz时，每隔0.02s打一次点。若交流电的频率变化，对应打点时间间隔也会发生变化。3．处理纸带数据时区分计时点和计数点计时点是指打点计时器在纸带上打下的点。计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点，要注意“每5个点取一个计数点”与“每隔4个点取一个计数点”取点方法是一样的，时间间隔均为0.1s。三、实验器材电火花计时器或电磁打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸。四、实验步骤1．按照实验原理图所示实验装置，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源。2．把一细绳系在小车上，细绳绕过滑轮，下端挂合适的钩码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面。3．把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源后放开小车。4．小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带。5．换纸带重复实验三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析。一、基础考法保住分考查点(一)实验原理与操作1．(2023·浙江1月选考，节选)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，实验装置如图甲所示。(1)需要的实验操作有________(多选)。A．调节滑轮使细线与轨道平行B．倾斜轨道以补偿阻力C．小车靠近打点计时器静止释放D．先接通电源再释放小车(2)经正确操作后打出一条纸带，截取其中一段如图乙所示。选取连续打出的点0、1、2、3、4为计数点，则计数点1的读数为________cm。已知打点计时器所用交流电源的频率为50Hz，则打计数点2时小车的速度大小为：________m/s(结果保留3位有效数字)。答案：(1)ACD

(2)2.75

1.47[关键点拨]实验操作的四点注意(1)实验前应调节纸带和细绳，使其与木板平行。(2)在研究匀变速直线运动的实验中，可通过改变悬挂的钩码个数来改变加速度，无需平衡小车的摩擦力。(3)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。(4)在小车到达木板末端前应让小车停止运动，以防止小车与滑轮相撞及钩码落地。2．(1)某同学用电磁打点计时器测匀变速直线运动的加速度，电磁打点计时器的工作电源为________(填写字母)。A．220V的交流电 B．6V以下的交流电C．220V的直流电

D．6V以下的直流电(2)实验中打点计时器每隔0.02s打一个点，打出的纸带如图所示，则可大致判断小车做________(选填“匀速”或“匀变速”)直线运动，这是因为________________；计算小车的加速度大小a＝_____m/s2(保留两位有效数字)。解析：(1)电磁打点计时器的工作电源为6V以下的交流电，选项B正确。(2)根据打出的纸带中两个连续相等的时间间隔内的位移之差恒定，可大致判断小车做匀变速直线运动。利用Δx＝aT

2，T＝5×0.02s＝0.1s，可得小车的加速度大小a＝0.30m/s2。答案：(1)B

(2)匀变速两个连续相等的时间间隔内的位移之差恒定0.30考查点(二)数据处理与误差分析3．(2022·全国乙卷)用雷达探测一高速飞行器的位置。从某时刻(t＝0)开始的一段时间内，该飞行器可视为沿直线运动，每隔1s测量一次其位置，坐标为x，结果如下表所示：回答下列问题：(1)根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动，判断的理由是：____________________________________________________________；t/s0123456x/m050710941759250533294233(2)当x＝507m时，该飞行器速度的大小v＝________m/s；(3)这段时间内该飞行器加速度的大小a＝______m/s2(保留2位有效数字)。解析：(1)第1s内的位移为507m，第2s内的位移为587m，第3s内的位移为665m，第4s内的位移为746m，第5s内的位移为824m，第6s内的位移为904m，则相邻1s内的位移之差接近80m，可知飞行器在这段时间内做匀加速运动；答案：(1)相邻1s内的位移之差接近80m(2)547

(3)794．在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带如图甲所示，并在其上取A、B、C、D、E、F、G7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点，图中没有画出，打点计时器接周期为T0＝0.02s的交流电源。他经过测量并计算得到打点计时器在打B、C、D、E、F各点时物体的瞬时速度如表所示：对应点BCDEF速度/(m·s－1)0.1220.1640.2050.2500.289(1)计算vF的公式为vF＝________(用已知量字母表示)。(2)根据表中记录的数据，在图乙坐标纸上作出v-t图像，令B点为计时起点，并求物体的加速度a＝_______m/s2。(3)如果当时电网中交变电流的频率是f＝51Hz，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。二、创新考法不失分创新角度(一)实验器材的创新1．(2022·辽宁高考)某同学利用如图所示的装置测量重力加速度，其中光栅板上交替排列着等宽度的遮光带和透光带(宽度用d表示)。实验时将光栅板置于光电传感器上方某高度，令其自由下落穿过光电传感器。光电传感器所连接的计算机可连续记录遮光带、透光带通过光电传感器的时间间隔Δt。(1)除图中所用的实验器材外，该实验还需要______(填“天平”或“刻度尺”)；(2)该同学测得遮光带(透光带)的宽度为4.50cm，记录时间间隔的数据如表所示，根据上述实验数据，可得编号为3的遮光带通过光电传感器的平均速度大小为v3＝________m/s(结果保留两位有效数字)；(3)某相邻遮光带和透光带先后通过光电传感器的时间间隔为Δt1、Δt2，则重力加速度g＝______(用d、Δt1、Δt2表示)；(4)该同学发现所得实验结果小于当地的重力加速度，请写出一条可能的原因：__________________________________________________________________。编号1遮光带2遮光带3遮光带…Δt/(×10－3s)73.0438.6730.00…2．某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图甲所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图乙记录了桌面上连续的6个水滴的位置。(已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴)(1)由图乙可知，小车在桌面上是________(填“从右向左”或“从左向右”)运动的。(2)该小组同学根据图乙的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图乙中A点位置时的速度大小为_______m/s，加速度大小为________m/s2。(结果均保留2位有效数字)答案：(1)从右向左(2)0.19

0.037创新角度(二)实验过程的创新3．某兴趣小组利用如图所示的实验装置来测量重力加速度。铁架台竖直放置，上端固定电磁铁M，A、B为位置可调节的光电门，均与数字计时器N相连。实验步骤如下：①接通M的开关，吸住小球；②将A固定在小球下方某一位置，调节B的位置并固定，测出A和B之间的距离h1；③断开M的开关，小球自由下落，记录小球从A到B的时间，重复测量3次对应于h1的时间，平均值为t1；④保持A位置不变而改变B的位置并固定，测出A和B之间的距离h2，重复测量3次对应于h2的时间，平均值为t2。完成下列问题：(1)本实验所用器材有：铁架台、电源、电磁铁、光电门、数字计时器、小球和______