2012高考物理总复习(精品课件) 实验一 研究匀变速直线运动

实验一研究匀变速直线运动一、实验目的1．练习使用电磁打点计时器或电火花计时器，学会用打上点的纸带研究物体的运动情况．2．掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法．3．测出匀变速直线运动的加速度．二、实验原理1．电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流电源的计时仪器，电磁打点计时器的工作电压是4V～6V，电火花计时器的工作电压是220V．当电源频率是50Hz时，它每隔0.02s打一次点．2．若纸带上相邻点间的位移差xn＋1－xn＝0，则物体做匀速运动；若xn＋1－xn＝C(非零常数)，则物体做匀变速直线运动．3．由纸带求速度、加速度的方法(1)“平均速度法”求速度做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于该段时间内中间时刻的瞬时速度，即vn＝xn＋xn＋12T，如图所示．(2)“逐差法”求加速度设相邻相同时间(T)内的位移分别为x1、x2、x3…x6，则x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…＝x6－x5＝aT2x4－x1＝3a1T2x5－x2＝3a2T2x6－x3＝3a3T2a1＝x4－x13T2，a2＝x5－x23T2，a3＝x6－x33T2再算出a1、a2、a3的平均值a＝a1＋a2＋a33＝x6＋x5＋x4－x3＋x2＋x19T2即为所求物体运动的平均加速度．(3)“图象法”求加速度以打某计数点为计时起点，然后利用vn＝xn＋xn＋12T求出打各点时的速度，描点得v­t图象，v­t图象的斜率即为加速度．三、实验器材电磁打点计时器或电火花计时器，一端附有定滑轮的长木板，纸带，小车，细绳，钩码，刻度尺，导线，电源.四、实验步骤1．把一端带有定滑轮的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上没有滑轮的一端，连接好电路．2．把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，并在细绳的另一端挂上合适的钩码，放手后小车能在木板上平稳地加速滑行．将纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面．3．把小车停在打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列小点．换上新纸带，重复实验三次．4．选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，确定计数点并标记．为了测量方便和减少误差，通常不用每打一次点的时间作为时间的单位，而用每打五次点的时间作为时间的单位，就是T＝0.02s×5＝0.1s．在选好的开始点下标明0，在第六点下面标明1，在第十一点下面标明2，在第十六点下面标明3…，点0、1、2、3…叫做计数点，如图所示，两个相邻计数点间的距离分别是x1、x2、x3…5．用毫米刻度尺测量x1、x2、x3…的长度，把测量结果记录下来．6．根据测量结果，利用“实验原理”中给出的公式算出加速度并求出平均值．五、注意事项1．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器．2．应该先接通电源，再释放小车，当小车到达滑轮前及时用手按住．3．先断开电源，再取下纸带．4．对于电磁打点计时器，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．选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少．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(注意此项只对于电磁打点计时器)．7．不要分段测量各段位移，应一次测出各计数点与第0个计数点的距离，再逐个计算x1、x2、x3…，读数时应估读到0.1mm.8．尽可能保证小车做匀加速直线运动的方法是：(1)细绳尽可能与板面保持平行；(2)滑轮和车轮灵活；(3)长木板表面粗糙程度、纸带与打点计时器之间的摩擦基本保持一致．六、误差分析1．小车拉着纸带所做的加速运动中加速度不恒定，这样测量得到的加速度只能是所测量段的平均加速度．2．纸带运动时打点不稳定引起测量误差．3．纸带上计数点间距离测量带来偶然误差(如距离较小时的测量误差)．4．计数点间距离测量应从所标出的0、1、2、3…中的0点开始，分别测出0～1、0～2、0～3…之间的距离，然后计算0～1、1～2,2～3…间的距离分别表示为x1、x2、x3…，这样可以减小因测量带来的偶然误差．5．小车运动中受摩擦力变化产生误差．一个小球沿斜面向下运动，用每隔110s曝光一次的频闪相机拍摄不同时刻小球位置的照片，如图所示，即照片上出现的相邻两个小球的像之间的时间间隔为110s，测得小球在几个连续相等时间内位移数据见表．x1/cmx2/cmx3/cmx4/cm8.209.3010.4011.50(1)小球在相邻的相等时间内的位移差________(填“相等”或“不相等”)，小球运动的性质属________直线运动．(2)甲、乙两同学计算小球加速度的方法如下：甲同学：a1＝(x2－x1)/T2，a2＝(x3－x2)/T2，a3＝(x4－x3)/T2，a＝(a1＋a2＋a3)/3乙同学：a1＝(x3－x1)/(2T2)，a2＝(x4－x2)/(2T2)，a＝(a1＋a2)/2你认为甲、乙两位同学中计算方法更准确的是____，加速度值为________．【解析】(1)x2－x1＝9.30cm－8.20cm＝1.10cm；x3－x2＝10.40cm－9.30cm＝1.10cm；x4－x3＝11.50cm－10.40cm＝1.10cm.由以上可以得出，小球在相邻的相等时间内的位移差相等，即Δx＝K(恒量)，所以小球的运动性质属匀加速直线运动．(2)用逐差法求加速度可以减少实验误差，故乙同学计算方法更准确．a1＝10.40－8.202×0.12cm/s2＝1.10m/s2；a2＝11.50－9.302×0.12cm/s2＝1.10m/s2；a＝(a1＋a2)/2＝1.10m/s2.【答案】(1)相等匀加速(2)乙1.10m/s2在“研究匀变速直线运动”的实验中，打点计时器使用的交流电的频率为50Hz，记录小车做匀变速运动的纸带如图所示，在纸带上选择6个计数点A、B、C、D、E、F，相邻两计数点之间还有四个点未画出，其他各点到A点距离依次是2.0cm、5.0cm、9.0cm、14.0cm、20.0cm.(1)根据学过的知识可以求出小车在B点的速度大小为vB＝________m/s，CE间的平均速度大小为______m/s；(2)以打B点时为计时起点，建立v­t坐标系如图所示，请在图中作出小车运动的速度与时间的关系图线；(3)根据图线可得小车运动的加速度大小为________________________m/s2.【解析】(1)相邻两个计数点间的时间间隔0.1s所以vB＝xAC2×0.1＝0.050.2m/s＝0.25m/svCE＝xCE2×0.1＝0.14－0.050.2m/s＝0.45m/s(2)vt图线如图所示．【答案】(1)0.250.45(2)图略(3)1.0(3)在v­t图象中，图线的斜率表示加速度，即a＝0.55－0.250.3m/s2＝1.0m/s21．在做“研究匀变速直线运动”的实验时，为了能够较准确地测出加速度，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上：________A．把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面B．把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路C．再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，每次必须由静止释放小车D．把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面E．把小车停在靠近打点计时器处，接通直流电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次F．从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点，并把每打五个点的时间作为时间单位．在选好的开始点下面记作0，往后第六个点作为计数点1，依此标出计数点2、3、4、5、6，并测算出相邻两点间的距离G．根据公式a1＝(x4－x1)/(3T2)，a2＝(x5－x2)/(3T2)，a3＝(x6－x3)/(3T2)及a＝(a1＋a2＋a3)/3求出a解析：在实验中要尽可能地保证小车做匀变速直线运动，同时也要求纸带能尽可能地直接反映小车的运动情况，既要减小运动误差也要减小纸带的分析误差．其中E项中的电源应采用交流电，而不是直流电．答案：ABCDFG2．“研究匀变速直线运动”的实验中，使用电磁打点计时器(所用交流电的频率为50Hz)，得到如图所示的纸带．图中的点为计数点，相邻两计数点间还有四个点未画出来，下列表述正确的是()A．实验时应先放开纸带再接通电源B．(x6－x1)等于(x2－x1)的6倍C．从纸带可求出计数点B对应的速率D．相邻两个计数点间的时间间隔为0.02s答案：C解析：中间时刻的瞬时速度等于全程的平均速度，所以vB＝x2＋x32T，所以C正确；x6－x1＝5(x2－x1)，所以B错误；相邻计数点间的时间间隔是0.1s，D错误；按照实验要求应该先接通电源再放开纸带，所以A错误．3．一位同学在用打点计时器做“测匀变速直线运动加速度”的实验时，纸带上打出的不是圆点而是如图所示的一些短线，这可能是因为()A．打点计时器错接在直流电源上B．电源电压不稳定C．电源的频率不稳定D．打点针压得过紧解析：当打点计时器的打点针与复写纸片的距离过大时，这时打点针可能够不着复写纸片，我们可能看到时有时无的点痕，也可能完全没有点痕．当打点针距离复写纸片间隙过小时，每一个打点周期内就会有较长一段时间接触并挤压在复写纸上，这样就变成了一段一段的小线段．所以在使用打点计时器前要检查一下打点针到复写纸片的距离是否适中，否则就要做适当的调查．答案：D4．光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图(a)所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以精确地把物体从开始挡光到挡光结束的时间记录下来．现利用图(b)所示的装置测量滑块和长木板间的动摩擦因数，图中MN是水平桌面，Q是长木板与桌面的接触点，1和2是固定在长木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出，长木板顶端P点悬有一铅锤，实验时，让滑块从长木板的顶端滑下，光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为1.0×10－2s和4.0×10－3s．用精度为0.05mm的游标卡尺测量滑块的宽度为d，其示数如图(c)所示．(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.(结果保留两位有效数字)(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．解析：(1)d＝10mm＋0.05mm×2＝10.10mm＝1.010cm(2)v1＝dt1＝1.010×10－21.0×10－2m/s＝1.0m/sv2＝dt2＝1.010×10－24.0×10－3m/s＝2.5m/s答案：(1)1.010(2)1.02.5(3)平均速度滑块(3)v1、v2实质上是通过光电门1和2时的平均速度，要使瞬时速度的测量值更接近于真实值，可将滑块的宽度减小一些．5．(2010年长沙模拟)如图所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E、F、G为相邻的计数点，相邻计数点的时间间隔T＝0.1s.(1)在下图所示的坐标系中作出小车的vt图线．(2)将图线延长与纵轴相交，交点的速度大小是________________________________________________________________cm/s，此速度的物理意义是________________________________________________________________________．解析：(1)应用vn＝xn＋xn＋12T，求出各计数点B、C、D、E、F对应的速度为vB＝16.50cm/s，vC＝21.40cm/s，vD＝26.30cm/s，