资源描述
实验1研究匀变速直线运动,一、实验目的练习使用打点计时器,学会通过纸带上的点研究物体的运动情况。二、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、复写纸片。,三、实验原理1.打点计时器原理,2.用“平均速度法”求速度,3.加速度的求解方法,(2)图象法:v-t图象的斜率即为加速度。,四、实验步骤1.安装实验装置2.如图所示把一条细绳拴在小车上,细绳绕过滑轮,下边挂上合适的钩码,将纸带穿过打点计时器,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,后放开小车。换上新纸带,重复三次。,五、数据处理1.由实验数据得出v-t图象(1)选择一条比较理想的纸带,确定好计数点。(2)求各计数点的瞬时速度填入表格中。(3)根据表格中的v、t数据,在直角坐标系中描点。(4)根据描点作一条直线。,2.小车运动的速度随时间变化的规律(1)小车运动的v-t图象是一条倾斜的直线,如图所示,可以得出结论:小车的速度随时间均匀变化。(2)既然小车的v-t图象是一条倾斜的直线,那么小车的速度随时间均匀变化。,六、注意事项1.平行:纸带、细绳要和长木板平行。2.靠近:释放小车前,应使小车停在靠近打点计时器的位置。3.先后顺序:实验时应先接通电源,后释放小车;一次实验结束时先断开电源,后取下纸带。4.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碰撞。5.准确作图。七、误差分析1.纸带运动时摩擦不均匀,打点不稳定引起误差。2.计数点间距测量有偶然误差。3.作图有误差。,命题点一,命题点二,教材原型实验例1(2016天津卷)某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动。(1)实验中,必要的措施是。A.细线必须与长木板平行B.先接通电源再释放小车C.小车的质量远大于钩码的质量D.平衡小车与长木板间的摩擦力,命题点一,命题点二,(2)他实验时将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上,得到一条纸带,打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点,图中未画出)。s1=3.59cm,s2=4.41cm,s3=5.19cm,s4=5.97cm,s5=6.78cm,s6=7.64cm。则小车的加速度a=m/s2(要求充分利用测量的数据),打点计时器在打B点时小车的速度vB=m/s。(结果均保留两位有效数字),命题点一,命题点二,答案:(1)AB(2)0.800.40解析:由于相邻两个计数点之间还有4个点没有画出,故T=50.02s=0.10s,思维点拨注意不要把此实验与验证牛顿第二定律的实验相混淆;在验证牛顿第二定律的实验中,要求小车的质量远大于钩码的质量和平衡小车与长木板间的摩擦力,但在此实验中是不必要的。,命题点一,命题点二,创新实验高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材,即所谓情境新而知识旧。因此做实验题应注重迁移创新能力的培养,用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。1.实验器材的改进及速度的测量方法,命题点一,命题点二,2.获得加速度方法的改进长木板倾斜靠重力获得加速度,如图甲、乙所示靠重物的拉力获得加速度。,命题点一,命题点二,例2(2017全国卷)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有:斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。,命题点一,命题点二,实验步骤如下:如图(a),将光电门固定在斜面下端附近;将一挡光片安装在滑块上,记下挡光片前端相对于斜面的位置,令滑块从斜面上方由静止开始下滑;当滑块上的挡光片经过光电门时,用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间t;将另一挡光片换到滑块上,使滑块上的挡光片前端与中位置相同,令滑块由静止开始下滑,重复步骤、;多次重复步骤;,命题点一,命题点二,命题点一,命题点二,完成下列填空:(1)用a表示滑块下滑的加速度大小,用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小,则与vA、a和t的关系式为=。(2)由图(c)可求得,vA=cm/s,a=cm/s2。(结果保留3位有效数字),解析:(1)挡光片固定在滑块上,滑块和挡光片的速度相等,一起在固定斜面上做匀加速直线运动,滑块在挡光片遮住光线的t时间内,命题点一,命题点二,思维点拨(1)根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出挡光片通过光电门过程中中间时刻的瞬时速度,结合时间公式求出与vA、a和t的关系式。(2)结合与vA、a和t的关系式,通过图线的斜率和截距求出vA和加速度的大小。,命题点一,命题点二,例3(2017全国卷)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(a)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(b)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),命题点一,命题点二,(1)由图(b)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(b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图(b)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)0.190.037解析:(1)轻推小车,由于阻力小车做减速运动,相同时间内位移逐渐减小,故小车由右向左运动。,命题点一,命题点二,思维点拨依据小车用手轻推一下,则做减速运动,结合各点间距,即可判定运动方向;根据匀变速直线运动的推论公式x=aT2可以求出加速度的大小,根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度,可以求出打纸带上A点时小车的瞬时速度大小。,命题点一,命题点二,例4在暗室中用如图所示装置做测定重力加速度的实验。,命题点一,命题点二,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、一根带荧光刻度的米尺、频闪仪。具体实验步骤如下: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用频闪仪发出的闪光将水滴流照亮,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用竖直放置的米尺测得各个水滴所对应的刻度采集数据进行处理(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。,命题点一,命题点二,(2)实验中观察到水滴“固定不动”时的闪光频率为30Hz,某同学读出其中比较远的水滴到第一个水滴的距离如下图,根据数据测得当地重力加速度g=m/s2;第8个水滴此时的速度v8=m/s(结果均保留三位有效数字)。(3)该实验存在的系统误差可能有(答出一条即可):。,命题点一,命题点二,提示:频闪的周期与相邻两滴水滴之间的时间间隔相等。答案:(1)频闪仪的闪光频率等于水滴滴落的频率(2)9.722.28(3)存在空气阻力(或水滴滴落的频率变化)解析: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频闪仪频率等于水滴滴落的频率;由x=gT2和逐差法解得当地重力加速度g=9.72m/s2;该实验存在的系统误差可能有存在空气阻力,水滴滴落的频率变化等。,思维点拨实验步骤中“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”说明了什么呢?,1.(2016海南卷)某同学利用图(a)所示的实验装置探究物块速度随时间的变化。物块放在桌面上,细绳的一端与物块相连,另一端跨过滑轮挂上钩码。打点计时器固定在桌面左端,所用交流电源频率为50Hz。纸带穿过打点计时器连接在物块上。启动打点计时器,释放物块,物块在钩码的作用下拖着纸带运动。打点计时器打出的纸带如图(b)所示(图中相邻两点间有4个点未画出)。,根据实验数据分析,该同学认为物块的运动为匀加速运动。回答下列问题:(1)在打点计时器打出B点时,物块的速度大小为m/s。在打出D点时,物块的速度大小为m/s;(保留两位有效数字)(2)物块的加速度大小为m/s2。(保留两位有效数字),答案:(1)0.560.96(2)2.0,2.(2017苏锡常镇四市调研)某研究性学习小组用图甲装置来测定当地重力加速度,主要操作如下安装实验器材,调节试管夹(小铁球)、光电门和纸杯在同一竖直线上;打开试管夹,由静止释放小铁球,光电计时器记录小铁球在通过两个光电门的运动时间t,并用刻度尺(图上未画出)测量出两个光电门之间的高度h,计算出小铁球通过两光电门间的平均速度v;保持光电门1的位置不变,改变光电门2的位置,重复的操作,测出多组(h,t),计算出对应的平均速度v;,画出v-t图象。,甲乙,请根据实验,回答如下问题:(1)设小铁球到达光电门1时的速度为v0,当地的重力加速度为g,则小铁球通过两光电门间平均速度v的表达式为。(用v0、g和t表示)(2)实验测得的数据如下表:,请在图乙坐标纸上画出v-t图象。,(3)根据v-t图象,可以求得当地重力加速度g=m/s2,试管夹到光电门1的距离约为cm。(以上结果均保留两位有效数字),答案:(1)v=v0+gt(2)见解析(3)9.76.0,解析:(1)根据匀变速直线运动的规律:一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,可得v=v0+gt。(2)描点画图,如图所示。,3.(2018山东泰安月考)现用频闪照相方法来研究物块的变速运动。在一小物块沿斜面向下运动的过程中,用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示。拍摄时频闪频率是10Hz;通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4。已知斜面顶端的高度h和斜面的长度s。数据如下表所示。重力加速度g取9.80m/s2。单位:cm,根据表中数据,完成下列填空:(1)物块的加速度a=m/s2(保留3位有效数字)。(2)因为,可知斜面是粗糙的。,答案:(1)4.30(2)物块的加速度小于g=5.88m/s2(或物块的加速度小于物块沿光滑斜面下滑的加速度)解析:(1)频闪照相中相邻影像点的时间间隔相等,利用逐差法求物,4.(2018河南新乡月考)某学习小组在研究匀变速直线运动的实验中,用如图所示的气垫导轨装置来测滑块的加速度,由导轨标尺可以测出两个光电门之间的距离L,窄遮光板的宽度为d,窄遮光板依次通过两个光电门的时间分别为t1、t2。,(1)通过两个光电门的瞬时速度分别为v1=,v2=。在计算瞬时速度时应用的物理方法是(选填“极限法”“微元法”或“控制变量法”)。(2)滑块的加速度可以表示为a=(用题中所给物理量表示)。,解析:(1)由于遮光条通过光电门的时间极短,可以用平均速度表示瞬时速度。,当时间极短时,某段时间内的平均速度可以代替瞬时速度,该思想是极限的思想方法。,5.(2018辽宁沈阳期中)某人用如图甲所示的实验装置研究匀变速直线运动。安装调整好实验器材后,让小车拖着纸带运动,打点计时器在纸带上打下一系列小点,重复几次,选出一条点迹比较清晰的纸带,从便于测量的点开始,取几个计数点,如图乙中a,b,c,d,e点。测出x1、x2、x3、x4。,结合上述实验步骤,请你继续完成下列任务:(1)实验中,除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外,在下列器材中,必须使用的有(填选项前字母)。A.电压合适的50Hz交流电源B.电压可调的直流电源C.秒表D.刻度尺E.天平F.重锤G.弹簧测力计,(2)实验操作中,下列合理选项是()A.先通电,后释放小车B.先释放小车,后通电C.本实验需要垫高长木板一端以平衡摩擦力D.本实验不需要垫高长木板一端以平衡摩擦力(3)如果小车做匀加速运动,所得纸带如图乙所示,则x1、x2、x3的关系是,已知打点计时器所用交流电源频率为50Hz,刻度尺测得相邻各点间的距离为x1=3.62cm,x2=4.75cm,x3=5.88cm,x4=7.01cm,小车的加速度是m/s2(计算结果保留三位有效数字)。(4)如果实际电源频率低于50Hz,则加速度的计算结果比实际(选填“偏大”“不影响”或“偏小”)。,答案:(1)AD(2)AD(3)x2-x1=x3-x2(4)1.13m/s2(5)偏大解析:(1)本实验用到了打点计时器,那么就应该配备交流电源,这样才可以在纸带上周期性的打点,又因为要测量两点之间的距离,所以还会用到测量工具即刻度尺,所以选AD;(2)为了充分合理利用纸带,应该先打开电源,然后再释放小车,因为本实验是研究匀变速直线运动,只要运动中加速度恒定即可,所以没有必要平衡摩擦力,故选AD;,
展开阅读全文