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1、第4講　實驗一　研究勻變速直線運動 實驗目的 1．會利用紙帶求勻變速直線運動的瞬時速度、加速度． 2．會利用紙帶探究小車速度隨時間變化的規(guī)律，并能畫出小車運動的v－t圖象，根據(jù)圖象求加速度． 實驗原理 1. 2. 實驗過程 注意事項 1．平行：紙帶和細繩要和木板平行． 2．兩先兩后：實驗中應(yīng)先接通電源，后讓小車運動；實驗完畢應(yīng)先斷開電源后取紙帶． 3．防止碰撞：在到達長木板末端前應(yīng)讓小車停止運動，要防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞． 4．減小誤差：小車的加速度宜適當大些，可以減小長度的測量誤差，加速度大小以能在約50 cm的紙帶上清楚地取出6～7個

2、計數(shù)點為宜. 用“紙帶法”測速度、加速度 【例1】 (2020·海口模擬)在做“研究勻變速直線運動”的實驗中： (1)實驗室提供了以下器材：打點計時器、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、導線、交流電源、復寫紙、彈簧測力計．其中在本實驗中不需要的器材是______． (2)如圖1－4－1所示，是某同學由打點計時器得到的表示小車運動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計數(shù)點間還有四個點沒有畫出，打點計時器打點的時間間隔T＝0.02 s，其中s1＝7.05 cm、s2＝7.68 cm、s3＝8.33 cm、s4＝8.95 cm、s5＝9.61 cm、s6＝10.26

3、cm. 圖1－4－1 下表列出了打點計時器打下B、C、F時小車的瞬時速度，請在表中填入打點計時器打下D、E兩點時小車的瞬時速度. 位置 B C D E F 速度/(m·s－1) 0.737 0.801 0.994 (3)以A點為計時起點，在圖1－4－2坐標圖中畫出小車的速度—時間關(guān)系圖線． 圖1－4－2 (4)根據(jù)你畫出的小車的速度—時間關(guān)系圖線計算出的小車的加速度a＝________ m/s2. 解析　(1)本實驗中不需要測量力的大小，因此不需要的器材是彈簧測力計． (2)根據(jù)勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度知：

4、 vD＝ ＝ ＝0.864 m/s 同理可得vE＝0.928 m/s. (3)小車的速度—時間關(guān)系圖線如圖所示． (4)在v－t圖象中，圖線的斜率表示加速度的大小，則 a＝＝(0.64±0.01)m/s2. 答案　(1)彈簧測力計　(2)0.864　0.928　(3)見解析圖　(4)(0.64±0.01) 用“紙帶法”測重力加速度 【例2】 (2020·全國Ⅱ) 圖1－4－3 利用圖1－4－3中所示的裝置可以研究自由落體運動．實驗中需要調(diào)整好儀器，接通打點計時器的電源，松開紙帶，使重物下落，打點計時器會在紙帶上打出一系列的小點． (1)為了測得重物下落的加速

5、度，還需要的實驗器材有________．(填入正確選項前的字母) A．天平 B．秒表 C．米尺 (2)若實驗中所得到的重物下落的加速度值小于當?shù)氐闹亓铀俣戎?，而實驗操作與數(shù)據(jù)處理均無錯誤，寫出一個你認為可能引起此誤差的原因：________________________________________________________________________. 解析　本題考查自由落體運動，實驗器材的選取，實驗誤差的分析等知識點．考查考生實驗設(shè)計和實驗誤差分析的能力．(1)處理紙帶求加速度，一定要知道長度，則要有米尺；打點計時器就是測量時間的工具，則不需要秒表，重力加速度的值

6、和物體的質(zhì)量無關(guān)，則不需要天平．(2)加速度小了，說明物體受到了阻力作用，據(jù)此說一條理由就行． 答案　(1)C　(2)打點計時器與紙帶間存在摩擦 ——本題考查用打點計時器測重力加速度 涉及器材的選取，選取器材要遵循以下幾個基本原則： (1)可行：指所選用的器材要確實能保證實驗的需要，使實驗達到預期的目的和效果． (2)安全：指所選用的器材在實驗中能正常工作不致?lián)p壞． (3)精確：指選用的實驗器材要能盡量減小實驗誤差. 【例3】 (2020·課標全國卷，23)利用圖1－4－4所示的裝置可測量滑塊在斜面上運動的加速度．一斜面上安裝有兩個光電門，其中光電門乙固定在斜面上靠近底端處，光電

7、門甲的位置可移動．當一帶有遮光片的滑塊自斜面上滑下時，與兩個光電門都相連的計時器可以顯示出遮光片從光電門甲至乙所用的時間t.改變光電門甲的位置進行多次測量，每次都使滑塊從同一點由靜止開始下滑，并用米尺測量甲、乙之間的距離s，記下相應(yīng)的t值，所得數(shù)據(jù)如下表所示． 圖1－4－4 s/m 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 0.950 t/ms 292.9 371.5 452.3 552.8 673.8 776.4 /(m·s－1) 1.71 1.62 1.55 1.45 1.34 1.22 完成下列填空和作圖： (1)若滑

8、塊所受摩擦力為一常量，滑塊加速度的大小a、滑塊經(jīng)過光電門乙時的瞬時速度v、測量值s和t四個物理量之間所滿足的關(guān)系式是________； (2)根據(jù)表中給出的數(shù)據(jù)，在圖1－4－5給出的坐標紙上畫出－t圖線； 圖1－4－5 (3)由所畫出的－t圖線，得出滑塊加速度的大小為a＝________m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)． 解析　可認為滑塊從乙到甲做勻減速直線運動， 根據(jù)運動學公式有s＝vt－at2，得 ＝v－at， 根據(jù)所給數(shù)據(jù)描點并連線如圖所示， 圖線的斜率為－a， 根據(jù)圖象得a＝2.0 m/s2(1.8～2.2 m/s2都算對) (注意結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)．

9、 答案　(1)s＝vt－at2或＝v－at　 (2)見解析圖 (3)2.0 1．在“測定勻變速直線運動的加速度”的實驗中，某同學的操作步驟如下，其中錯誤或遺漏的步驟有(遺漏可編上序號F、G……)________． A．拉住紙帶，將小車移到靠近打點計時器處先放開紙帶，再接通電源 B．將打點計時器固定在平板上，并接好電源 C．把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪，下面吊著適當重的鉤碼 D．取下紙帶 E．將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔 將以上步驟完善并按合理順序填寫在橫線上 ______________________________

10、__________________________________________ 解析　A中應(yīng)先接通電源再放開紙帶，D中先斷開電源，使計時器停止工作，再取下紙帶；遺漏F，換上新紙帶重復實驗三次． 答案　ADF　BECADF 2．如圖1－4－6所示是某同學測量勻變速直線運動的加速度時，從若干紙帶中選中的一條紙帶的一部分，他每隔4個點取一個計數(shù)點，圖上注明了他對各計數(shù)點間距離的測量結(jié)果． 圖1－4－6 (1)為了驗證小車的運動是勻變速運動，請進行下列計算，填入表內(nèi)(單位：cm). s2－s1 s3－s2 s4－s3 s5－s4 s6－s5 各位移差與平均值最多相差

11、________cm，由此可以得出結(jié)論：小車的位移差在________范圍內(nèi)相等，所以小車的運動是________． (2)根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律，可以求得物體的加速度a＝＝________m/s2. (3)根據(jù)an－3＝，可求出a1＝＝________m/s2，a2＝＝________m/s2，a3＝＝________m/s2，所以，＝＝________m/s2. 答案　(1)1.60　1.55　1.62　1.53　1.61　1.58　0.05　任意兩個連續(xù)相等的時間里、在誤差允許的　勻加速直線運動　(2)1.58　(3)1.59　1.57　1.59　1.58 3．(2020·廣東

12、理綜，34(1))如圖1－4－7是某同學在做勻變速直線運動實驗中獲得的一條紙帶． 圖1－4－7 (1)已知打點計時器電源頻率為50 Hz，則紙帶上打相鄰兩點的時間間隔為________． (2)A、B、C、D是紙帶上四個計數(shù)點，每兩個相鄰計數(shù)點間有四個點沒有畫出．從圖中讀出A、B兩點間距x＝________；C點對應(yīng)的速度是________(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)． 解析　(1)打點計時器頻率為50 Hz，周期T＝＝0.02 s，故打相鄰兩點的時間間隔為0.02 s；(2)兩相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T＝0.02×5 s＝0.1 s，由圖讀出x＝7.0 mm＝0.70 cm.C點

13、對應(yīng)速度vC＝＝ cm/s＝0.100 m/s. 答案　(1)0.02 s　(2)0.66～0.70 cm　0.100 m/s 4．(2020·廣東卷，34(1))圖1－4－8是“研究勻變速直線運動”實驗中獲得的一條紙帶，O、A、B、C、D和E為紙帶上六個計數(shù)點，加速度大小用a表示． 圖1－4－8 ①OD間的距離為________cm. ②圖1－4－9是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的s－t2圖線(s為各計數(shù)點至同一起點的距離)，斜率表示________，其大小為________m/s2(保留三位有效數(shù)字)． 圖1－4－9 解析?、? cm＋1 mm×2.0＝1.20 cm. ②加速

14、度的一半， a＝ m/s2＝0.467 m/s2， 所以加速度大小a≈0.933 m/s2. 答案?、?.20?、诩铀俣鹊囊话搿?.933 5．一小球在桌面上做勻加速直線運動，現(xiàn)用高速攝影機在同一底片上多次曝光，記錄下小球運動過程中在每次曝光時的位置，并將小球的位置編號，得到的照片如圖1－4－10所示．由于底片保管不當，其中位置4處被污損．若已知攝影機連續(xù)兩次曝光的時間間隔均為1 s，則利用該照片可求出：小球運動的加速度約為________m/s2.位置4對應(yīng)的速度為________ m/s，能求出4的具體位置嗎？________.求解方法是：____________________(

15、不要求計算，但要說明過程)． 圖1－4－10 解析　從圖中讀出5、6之間的距離為37.5 cm－24.0 cm＝13.5 cm,2、3之間的距離為6.0 cm－1.5 cm＝4.5 cm，利用逐差法有s56－s23＝3aT2，求出a＝3.0×10－2 m/s2；位置4對應(yīng)的速度為v4＝＝×10－2 m/s＝9×10－2 m/s；欲求4的具體位置，可以采用逐差法利用(s6－s4)－(s4－s2)＝4aT2求解． 答案　3.0×10－2(2.8×10－2～3.1×10－2均可)　9×10－2 能　利用(s6－s4)－(s4－s2)＝4aT2可以求出位置4的具體位置(其他方法合理均可)

16、 6．(2020·東莞模擬)在“研究勻變速直線運動”的實驗中，某同學得到一條用打點計時器打下的紙帶，并在其上取了O、A、B、C、D、E、F共7個計數(shù)點(圖中每相鄰兩個記數(shù)點間還有四個打點計時器打下的點未畫出)，如圖1－4－11所示．打點計時器接的是50 Hz的低壓交流電源．他將一把毫米刻度尺放在紙帶上，其零刻度和記數(shù)點O對齊，從刻度尺上直接讀取數(shù)據(jù)記錄在表中． 圖1－4－11 線段 OA OB OC OD OE OF 數(shù)據(jù)/cm 0.54 1.53 2.92 4.76 7.00 9.40 ①由以上數(shù)據(jù)可計算出打點計時器在打A，B，C，D，E各點時物體的速

17、度，如下表所示. 各點速度 vA vB vC vD vE 數(shù)據(jù)/(×10－2m/s) 7.70 12.0 16.2 20.4 表中E點的速度應(yīng)該為________m/s. ②試根據(jù)表格中數(shù)據(jù)和你求得的E點速度在右上方所給的坐標中，作出v－t圖象，如圖1－4－12.從圖象中求得物體的加速度a＝________m/s2(取兩位有效數(shù)字) 圖1－4－12 解析　根據(jù)勻變速運動中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度即vE＝，OF－OD＝DF＝4.64 cm，T＝0.1 s，vE＝2.32×10－2m/s加速度可根據(jù)圖中數(shù)據(jù)求出圖線斜率． 答案?、?3.2×10－2 ②0.42(0.40～0.44)