运动的描述匀变速直线运动实验一测量做直线运动物体的瞬时速高课件

实验一测量做直线运动物体的瞬时速度一、实验目的1．练习正确使用打点计时器，学会利用打上点的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．测定匀变速直线运动的加速度。二、实验原理与要求[根本实验要求]1．实验器材电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸。2．实验步骤(1)按照实验原理图，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，下端挂适量的钩码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面。(3)把小车停靠在打点计时器处，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)换纸带反复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析。3．本卷须知(1)平行：纸带、细绳要和长木板平行。(2)两先两后：实验中应先接通电源，后放开小车；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，防止钩码落地和小车与滑轮相撞。(4)减小误差：小车的加速度宜适当大些，可以减小长度的测量误差产生的影响，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。[规律方法总结]1．数据处理(1)目的通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度，确定小车的运动性质等。(2)处理的方法①分析小车的运动性质——测量相邻计数点间的距离，计算相邻计数点距离之差，看其是否为常数，从而确定小车的运动性质。④利用速度—时间图象求加速度a．作出速度—时间图象，通过图象的斜率求解小车的加速度。b．剪下相邻计数点间的纸带紧排在一起求解加速度。2．依据纸带判断小车是否做匀变速直线运动(1)x1、x2、x3、…、xn是相邻两计数点间的距离。(2)Δx是两个连续相等的时间间隔内的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，…。(3)T是相邻两计数点间的时间间隔：T＝ns(打点计时器的频率为50Hz，n为两计数点间计时点的间隔数)。(4)Δx＝aT2，因为T是恒量，做匀变速直线运动的小车的加速度a也为恒量，所以Δx必然是个恒量。这说明：只要小车做匀变速直线运动，它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就一定相等。命题点一教材原型实验

实验原理与操作[典例1]

(2021·东北师大附中等六校联考)研究小车做匀变速直线运动的实验装置如图(a)。纸带上计数点的间距如图(b)，相邻计数点的时间间隔为T，计数点O至其他各计数点的距离为xi(其中i＝1,2,3，…)。(1)局部实验步骤如下，其中正确的有________；A．把打点计时器固定在木板上，让纸带穿过限位孔B．必须抬高木板右端，平衡摩擦力C．将小车尾部与纸带相连，小车停靠在打点计时器附近D．先释放小车，后接通电源(2)用x3、x5和T表示计数点4对应的小车速度大小为v4＝________；(3)用x3、x6和T表示小车加速度的大小为a＝________。规律总结(1)打点计时器要求：电磁打点计时器用“4～6V，50Hz〞交流电源，电火花计时器用“220V,50Hz〞交流电源。(2)本实验操作顺序提示：木板—计时器—小车—通电—断电。(3)考查操作的热点问题是：先通电再放小车，先断电再取纸带。数据处理与分析[典例2]在用打点计时器“研究匀变速直线运动〞的实验中，如图甲所示的是一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，而相邻计数点间还有4个点未画出。打点计时器所接电源频率为50Hz。(1)根据________________可以判定小车做匀加速运动。(2)根据运动学有关公式可求得vB＝________m/s，vC＝________m/s，vD＝________m/s。(3)利用求得的数值在图乙坐标系中作出小车的vt图线(以打A点时开始计时)，并根据图线求出小车运动的加速度a＝________m/s2。(4)将图线延长与纵轴相交，交点的纵坐标是________m/s，那么此速度的物理意义是________________________________________________。(3)作图时注意，尽量使描绘的点落在直线上，假设不能落在直线上，尽量让其分布在直线两侧。

[答案]

(1)相邻相等时间间隔内的位移差相等

(3)图见解析打点计时器打下计时点A时纸带对应的速度(5)越小越好有关的顶端滑下，光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为×10－2

s和×10－3

s。用精度为0.05mm的游标卡尺测量滑块的宽度d，其示数如图丙所示。甲乙丙(1)滑块的宽度d＝________cm。(2)滑块通过光电门1时的速度v1＝________m/s，滑块通过光电门2时的速度v2＝________m/s。(结果保存两位有效数字)(3)由此测得的瞬时速度v1和v2只是一个近似值，它们实质上是滑块通过光电门1和2时的________，要使瞬时速度的测量值更接近于真实值，可将________的宽度减小一些。

[答案]

(3)平均速度滑块创新评价本实验的创新之处在于改进了速度的测量方法，利用光电计时器替代打点计时器。实验数据处理创新[典例4]

(2021·广东广州高三模拟)用图甲所示的实验装置来测量匀变速直线运动的加速度。(1)实验的主要步骤：①用游标卡尺测量挡光片的宽度d，结果如图乙所示，那么d＝________mm；②用刻度尺测量A点到光电门所在位置B点之间的水平距离x；③滑块从A点由静止释放(砝码落地前挡光片已通过光电门)；④读出挡光片通过光电门所用的时间t；⑤改变光电门的位置，滑块每次都从A点由静止释放，测量相应的x值并读出t值。[解析]

(1)①主尺刻度为6mm，分尺刻度为0.05mm×12＝0.60mm，最终刻度为6.60mm。

[答案]

(1)①[答案]

×104×104～×104均正确)～均正确)实验设计创新[典例5](2021·高考全国卷Ⅲ)甲、乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。相机每间隔0.1s拍1幅照片。(1)假设要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是________。(填正确答案标号)A．米尺 B．秒表C．光电门 D．天平A[解析]

(1)利用频闪照片测重力加速度时需要测量小球下落的距离，因此实验时必须使用米尺。(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法。答：________________________________________________________。(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab＝24.5cm、ac＝58.7cm，那么该地的重力加速度大小为g＝________m/s2。(保存两位有效数字)

[答案]

(2)将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺创新评价此题的创新之处在于利用数码相机的连拍功能结合匀变速直线运动的规律测重力加速度替代利用纸带和打点计时器测一般运动物体的加速度。1．(2021·适应性测试重庆卷)某小组用打点计时器研究小车的匀变速直线运动，该打点计时器电源的频率为50Hz，在打好的纸带上每5个点标记一个计数点，标记结果如下图，A、B、C、D为连续选择的计数点，其位置分别为20.0mm、34.0mm、53.0mm和77.0mm。那么：(1)图中相邻两计数点的时间间隔是________s；(2)打B点时小车的速度大小是________m/s；(3)小车运动的加速度大小是________m/s2。答案：2．(2021·福建福清高三质检)某同学用打点计时器测量做匀变速直线运动的物体的加速度，电源频率f＝50Hz，在纸带上打出的点中，选出零点，每隔4个点取1个计数点，因保存不当，纸带被污染，如下图，A、B、C、D是本次排练的4个计数点，仅能读出其中3个计数点到零点的距离：sA＝16.6mm、sB＝126.5mm、sD＝624.5mm。假设无法再做实验，可由以上信息推知：(1)相邻两计数点的时间间隔为________s。(2)打C点时物体的速度大小为________m/s(保存两位有效数字)。(3)物体的加速度大小为________(用sA、sB、sD和f表示)。3．(2021·江苏扬州高三检测)物理小组的同学用如图甲所示的实验器材测定重力加速度。实验器材有：底座带有标尺的竖直杆、光电门1和2组成的光电计时器(其中光电门1在光电门2的上方)、小球释放器(可使小球无初速释放)、网兜。实验时可用两光电门测量小球从光电门1运动至光电门2的时间t，并从竖直杆上读出两光电门间的距离h。4．某同学现要利用气垫导轨来研究匀变速直线运动规律，其实验装置如图甲所示，其实验步骤如下：①用游标卡尺测出挡光片的宽度d。按图甲安装好器材，并调节好气垫导轨，使气垫导轨处于水平位置。然后用跨过轻质定滑轮的轻绳一端与钩码相连，另一端与滑块相连，再将滑块置于气垫导轨的左端，并用手按住滑块不动；②调整轻质滑轮，使轻绳处于水平位置；从气垫导轨上的刻度尺上读出滑块与光电门之间的距离s(钩码到地面的高度大于滑块与光电门之间的距离)，同时记下滑块的初始位置；③由静止释放滑块，用光电门测出挡光片经过光电门的时间t；④将滑块重新置于初始位置，保持滑块所挂的钩码个数不变，改变光电门的位置从而改变滑块与光电门之间的距离s，屡次重复步骤③，重物到地面的高度大于滑块与光电门之间的距离；⑤整理好屡次实验中得到的实验数据。答复以下问题：(1)挡光片的宽度测量结果，游标卡尺的示数如图乙所示，其读数为d＝________cm。(2)滑块在运动过程中的加速度a可根据匀变速运动的规律____________来求。5．在暗室中用如图甲所示装置做“测定重力加速度〞的实验。实验器材有：支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺丝夹子、接水铝盒、一根荧光刻度的米尺、频闪仪。具体实验步骤如下：①在漏斗内盛满清水，旋松螺丝夹子，水滴会以一定的频率一滴滴地落下。②用频闪仪发出的白闪光将水滴流照亮，由大到小逐渐调节频闪仪的频率直到第一次看到一串仿佛固定不动的水滴。③用竖直放置的米尺测得各个水滴所对应的刻度。④采集数据进行处理。(1)实验中看到空间有一串仿佛固定不动的水滴时，频闪仪的闪光频率满足的条件是______________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)后一水滴经过一个频闪间隔运动到前一水滴的位置，可看到一串仿佛固定不动的水滴，即频闪仪频率等于水滴滴落的频率时，水滴仿佛不动。(2)实验中观察到水滴“固定不动