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1、實驗一 研究勻變速直線運動,實驗溯本求源實驗熱點探究課時鞏固訓練教師備用習題,一、實驗目的 1.練習使用電磁打點計時器(或電火花計時器),會用打點的紙帶研究物體的運動情況. 2.測量勻變速直線運動的瞬時速度和加速度. 二、實驗原理 1.電磁打點計時器和電火花計時器都是使用交流電源的計時儀器,電磁打點計時器的工作電壓在 V以下,電火花計時器的工作電壓是220 V.當電源頻率是50 Hz時,它每隔s打一次點.在小車運動過程中,使用電火花計時器時紙帶受到的摩擦力比使用電磁打點計時器時小一些.,,6,0.02,2.利用紙帶判斷物體運動狀態(tài)的方法:設紙帶上連續(xù)相等時間T內的位移分別為x1、x2、x3、x

2、4、、xn-1、xn、xn+1,紙帶上相鄰兩點間的位移差為x. (1)若x=xn+1-xn為零,則說明物體做運動; (2)若x=xn+1-xn為非零常數(shù),則說明物體做運動. 3.利用紙帶求瞬時速度的方法:如圖S1-1所示,B點的瞬時速度等于AC段的平均速度, 即vB= .,,勻速直線,勻變速直線,,圖S1-1,4.利用紙帶求加速度的方法 (1)用相鄰計數(shù)點間的位移差求加速度:a=. (2)用v-t圖像的斜率求加速度:a=. 電火花計時器(或電磁打點計時器)、交流電源、導線、一端附有定滑輪的長木板、小車、、細繩、鉤碼(或重物)、刻度尺、墨粉紙(電磁打點計時器配備的是復寫紙片).,,,紙帶,四、實

3、驗步驟 1.安裝實驗裝置,如圖S1-2所示. 2.先接通電源,然后釋放小車, 重復打3條紙帶. 3.挑選紙帶,確定計數(shù)點,測相鄰計 數(shù)點之間的距離. 4.用x=aT2確定物體的運動是勻速直線運動還是勻變速直線運動. 5.用瞬時速度與平均速度的關系求瞬時速度,用公式x=aT2或v-t圖像求加速度.,,,,圖S1-2,熱點一實驗原理與實驗操作,,例1 某同學利用如圖S1-3所示裝置研究小車的勻變速直線運動. (1)實驗中,必要的措施是(填選項前的字母). A.細線必須與長木板平行 B.先接通電源,再釋放小車 C.小車的質量遠大于鉤碼的質量 D.平衡小車與長木板間的摩擦力,,圖S1-3,,(2)他實

4、驗時將打點計時器接到頻率為50 Hz的交流電源上,得到一條紙帶,打出的部分計數(shù)點如圖S1-4所示(每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點,圖中未畫出).s1=3.59 cm,s2=4.41 cm,s3=5.19 cm,s4=5.97 cm,s5=6.78 cm,s6=7.64 cm,則小車的加速度a=m/s2(要求充分利用測量的數(shù)據(jù)),打點計時器在打B點時小車的速度vB= m/s.(結果均保留兩位有效數(shù)字),,,圖S1-4,,,,,答案 (1)AB(2)0.800.40, 要點總結,,(1)紙帶和細線要與木板平行,小車運動要平穩(wěn). (2)實驗中應先接通電源,后讓小車運動;實驗后先斷開電源,后取紙帶. (

5、3)要防止鉤碼落地以及小車與滑輪相撞. (4)小車的加速度應適當大些,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67個計數(shù)點為宜. (5)選擇一條較理想的紙帶,是指紙帶上的點跡清晰,舍棄打點密集的部分,適當選取計數(shù)點(注意計數(shù)點與計時點的區(qū)別),弄清楚所選的時間間隔T等于多少.,熱點二數(shù)據(jù)處理與誤差分析,,(1)紙帶的取點處理原則 如圖S1-5所示,從打下的紙帶中選取點跡清晰的紙帶,舍掉開始比較密集的點跡,從便于測量的位置取一個開始點A,然后每5個點(或每隔4個點)取一個計數(shù)點,分別記為B、C、D、E、F這樣每兩個計數(shù)點之間的時間間隔為T=0.1 s,計算比較方便.

6、,,,圖S1-5,,(2)從紙帶上讀取長度的方法 利用毫米刻度尺測出各點到A點的距離,算出相鄰計數(shù)點間的距離x1、x2、x3、x4、x5、x6由于毫米刻度尺的最小刻度是1 mm,讀數(shù)時必須估讀到0.1 mm. (3)用x=aT2確定物體的運動是勻速直線運動還是勻變速直線運動. (4)用瞬時速度與平均速度的關系求瞬時速度,用公式x=aT2或v-t圖像求加速度.,,,,,,,,,,圖S1-6,,,,,例2 2017全國卷 某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動,用自制“滴水計時器”計量時間.實驗前,將該計時器固定在小車旁,如圖S1-7甲所示.實驗時,保持桌面水平,用手輕推一下 小車.在小車運動

7、過程中, 滴水計時器等時間間隔 地滴下小水滴,圖乙記錄 了桌面上連續(xù)的6個水滴 的位置.(已知滴水計時器 每30 s內共滴下46個小水滴),,甲,乙 圖S1-7,,,,,(1)由圖乙可知,小車在桌面上是(選填“從右向左”或“從左向右”)運動的. (2)該小組同學根據(jù)圖乙的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動.小車運動到圖乙中A點位置時的速度大小為m/s,加速度大小為m/s2.(結果均保留2位有效數(shù)字),,,,,,答案 (1)從右向左(2)0.190.037,,,,,變式題 2018貴陽模擬 某同學用如圖S1-8甲所示裝置測量重力加速度g,所用交流電頻率為50 Hz,在所選紙帶上取某點為0號計數(shù)點,然后每

8、3個點取一個計數(shù)點,所測量數(shù)據(jù)及其標記符號如圖乙所示.,,,,圖S1-8,,,,,,,,,,,,答案 (1)Bx1、x6(2) 阻力(空氣阻力、振針的阻力、限位孔的阻力、復寫紙的阻力)、長度的測量(或交流電頻率波動感), 要點總結,,(1)對于實驗數(shù)據(jù)的記錄要遵守有效數(shù)字讀數(shù)規(guī)則,結果要符合題目要求. (2)計算方法的選用:求加速度的三種方法中,用x=aT2直接求加速度的方法簡單,但誤差較大,適用于測量數(shù)據(jù)準確或計數(shù)間隔較少的情況;逐差法求加速度結果準確、誤差較小,但需選取的計數(shù)間隔為偶數(shù);圖像法求加速度科學性強、誤差小,適用于所測數(shù)據(jù)的計數(shù)間隔較多的情況. (3)牽引小車的鉤碼數(shù)要適當.小車

9、的加速度過大或過小將導致紙帶上的點過少或各段位移差過小,從而產(chǎn)生較大的測量誤差.加速度的大小以能在約50 cm的紙帶上清晰地選取67個計數(shù)點為宜.,熱點三關于速度的測量的其他方法,,高中階段,關于物體速度的測量無非是位移和時間的測量.對于位移的測量主要是用毫米刻度尺,而對于時間的測量,則有多種方法,從歷年高考試題分析,涉及時間的測量主要是打點計時器(如上面例1)、頻閃照相、光電門(如下面例3)幾種形式.,,,,例3 2017全國卷 某同學研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關系.使用的器材有:斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器.實驗步驟如下:如圖S1-9所示,

10、將光電門固定在斜面下端附近;將一擋光片安裝在滑塊上,記下?lián)豕馄岸讼鄬τ谛泵娴奈恢?令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑;,,,,圖S1-9圖S1-10,,,,,,,,,圖S1-11,,,,,,,,,變式題 2018海南卷 學生課外實驗小組使用如圖S1-12所示的實驗裝置測量重力加速度大小.實驗時,他們先測量分液漏斗下端到水桶底部的距離s;然后使漏斗中的水一滴一滴地下落,調整閥門使水滴落到桶底發(fā)出聲音的同時,下一滴水剛好從漏斗的下端滴落;用秒表測量第1個水滴從漏斗的下端滴落至第n個水滴落到桶底所用的時間t. (1)重力加速度大小可表示為g= (用s、n、t表示). (2)如果某次實驗中,s=0.90

11、 m,n=30,t=13.0 s, 則測得的重力加速度大小g= m/s2.(保留2位有效數(shù)字) (3)寫出一條能提高測量結果準確程度的建議:.,,,,圖S1-12,,,,,,,,,1.2018全國卷 甲、乙兩同學通過下面的實驗測量人的反應時間.實驗步驟如下: (1)甲用兩個手指輕輕捏住量程為L的木尺上端,讓木尺自然下垂.乙把手放在尺的下端(位置恰好處于L刻度處,但未碰到尺),準備用手指夾住下落的尺. (2)甲在不通知乙的情況下,突然松手,尺子下落;乙看到尺子下落后快速用手指夾住尺子.若夾住尺子的位置刻度為L1,重力加速度大小為g,則乙的反應時間為(用L、L1和g表示). (3)已知當?shù)氐闹亓?/p>

12、速度大小為g=9.80 m/s2,L=30.0 cm,L1=10.4 cm.乙的反應時間為s.(結果保留2位有效數(shù)字) (4)寫出一條能提高測量結果準確程度的建議:.,,,,,,,,,,,,2.人教版必修1改編 某同學在“測定小車加速度”的實驗中,得到如圖S1-13甲所示的一條紙帶,他在紙帶上共取了A、B、C、D、E、F、G七個計數(shù)點,相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出,已知打點計時器的打點周期為0.02 s.該同學從每個計數(shù)點處將紙帶剪開分成六條(分別標記為a、b、c、d、e、f),再將這六條紙帶由短到長緊靠但不重疊地粘在坐標系中,得到如圖乙所示的圖形,最后將各紙帶上端中心連起來,于是得到

13、表示v與t關系的圖像,圖中x軸對應的物理量是時間t,y軸對應的物理量是速度v. (1)這種實驗數(shù)據(jù)處理的方法可稱為(填選項前的字母). A.控制變量法B.等效替代法C.比值法,,,,,,,,(2)圖中t3= s,若測得紙條c的長度為4.0 cm,則v3=m/s(保留兩位有效數(shù)字). (3)若測得紙條a的長度為2.0 cm,紙條f的長度為7.0 cm,則可求出加速度的大小為 m/s2(保留兩位有效數(shù)字).,,,,,,圖S1-13,,,,,,,,,3.2019湖北松滋一中月考 興趣小組的同學們利用如圖S1-14所示的裝置研究勻變速直線運動的規(guī)律.他們將質量為m1的物體1與質量為m2(m1

14、物體2通過輕繩懸掛在定滑輪上,打點計時器固定在豎直方向上,物體1通過鐵夾與紙帶相連接.開始時物體1與物體2均處于靜止狀態(tài),之后將它們同時釋放.如圖S1-15所示為實驗中打點計時器打出的一條點跡清晰的紙帶,O是打點計時器打下的第一個點,A、B、C、D是按打點先后順序依次選取的計數(shù)點,在相鄰兩個計數(shù)點之間還有四個點沒有畫出.打點計時器使用的交流電頻率為50 Hz.,,,,,,,,,,,,,,,,圖S1-14,,圖S1-15,,,,,(1)相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔為. (2)實驗時要在接通打點計時器電源之(選填“前”或“后”)釋放物體. (3)將各計數(shù)點至O點的距離依次記為x1、x2、x3、x4測

15、得x2=1.60 cm,x4=6.40 cm,請你計算打點計時器打下C點時物體的速度大小 是 m/s. (4)同學們根據(jù)測出的物體1上升高度x與相應的時間t, 描繪出如圖S1-16所示的x-t2圖線,由此可以求出物體 的加速度大小為 m/s2.,,,,,,,圖S1-16,,,,,,,,,4.2018北京卷 用如圖S1-17所示的實驗裝置研究小車速度隨時間變化的規(guī)律. 主要實驗步驟如下: a.安裝好實驗器材.接通電源 后,讓拖著紙帶的小車沿長木 板運動,重復幾次.,,,,,,,圖S1-17,,,,,b.選出一條點跡清晰的紙帶,找一個合適的點當作計時起點O(t=0),然后每隔相同的時間間隔T選取一

16、個計數(shù)點,如圖S1-18中A、B、C、D、E、F所示. c.通過測量、計算可以得到在打A、B、C、D、E點時小車的速度,分別記作v1、v2、v3、v4、v5 d.以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標系,在坐標紙上描點,如圖S1-19所示.,,,,,,,,圖S1-18,,,,,結合上述實驗步驟,請你完成下列任務: (1)在下列儀器和器材中,還需要使用的 有和(填選項前的字母). A.電壓合適的50 Hz交流電源 B.電壓可調的直流電源 C.刻度尺 D.秒表 E.天平(含砝碼) (2)在圖S1-19中已標出計數(shù)點A、B、D、E對應的 坐標點,請在該圖中標出計數(shù)點C對應的坐標點,并畫出v-

17、t圖像. (3)觀察v-t圖像,可以判斷小車做勻變速直線運動,其依據(jù)是.v-t圖像斜率的物理意義是.,,,,,,,,,圖S1-19,,,,,,,,,,,,,,,,,(5)早在16世紀末,伽利略就猜想落體運動的速度應該是均勻變化的.當時只能靠滴水計時.為此他設計了如圖S1-20所示的“斜面實驗”,反復做了上百次,驗證了他的猜想.請你結合勻變速直線運動的知識,分析說明如何利用伽利略“斜面實驗”檢驗小球的速度是隨時間均勻變化的.,,,,,,,,,,圖S1-20,,,,,,,,,,,,,1.某同學用打點計時器研究小車的勻變速直線運動,他將打點計時器接到頻率為50 Hz的交流電源上,實驗時得到一條紙帶如

18、圖,他在紙帶上便于測量的地方選取第一個計數(shù)點,在這點下標明A,第六個點下標明B,第十一個點下標明C,第十六個點下標明D,第二十一個點下標明E.測量時發(fā)現(xiàn)B點已模糊不清,他只測得AC長為14.56 cm,CD長為11.15 cm,DE長為13.73 cm.,,,,,,,,,,,(1)為了探究勻變速直線運動的規(guī)律,該同學所取的計數(shù)點個數(shù)(填選項前的字母). A.偏少B.偏多C.合適 (2)若小車做勻變速直線運動,由該同學所測的實驗數(shù)據(jù),請你幫他求出:打C點時小車的瞬時速度vC= m/s,小車的加速度a= m/s2,AB的長度應為 cm. (3)打A點時小車的瞬時速度vA=(計算結果保留三位有效數(shù)字

19、)m/s.,,,,,,,,,,,,,,,2.(1)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中,給出以下器材:電火花計時器、照明用交流電源、低壓學生電源、紙帶、墨粉紙、小車、鉤碼、細繩、一端附有定滑輪的長木板.其中不需要的器材是,還需要增添的器材是. (2)某同學得到一條用打點計時器打下的紙帶如圖所示,并在其上取了A、B、C、D、E、F共6個計數(shù)點(每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個打點計時器打下的點,圖中沒有畫出).他把一把毫米刻度尺放在紙帶上,其零刻度線和計數(shù)點A對齊.,,,,,,,,,,,由以上數(shù)據(jù)計算打點計時器在打C點時小車的瞬時速度vC= m/s. 計算該小車的加速度a=m/s2. 紙帶上的A

20、點所對應的小車的瞬時速度vA=m/s. 如果當時電網(wǎng)中交變電流的頻率f=49 Hz,而做實驗的同學并不知道,那么由此引起的系統(tǒng)誤差將使加速度的測量值比實際值偏(選填“大”或“小”).,,,,,,,,,,,,,,,3.某同學利用圖甲所示的實驗裝置探究物塊在水平桌面上的運動規(guī)律.物塊在重物的牽引下開始運動,重物落地后,物塊再運動一段距離停在桌面上(尚未到達滑輪處).從紙帶上便于測量的點開始,每5個點取1個計數(shù)點,相鄰計數(shù)點間的距離如圖乙所示.打點計時器電源的頻率為50 Hz.,,,,,,,,,,,,,,(1)通過分析紙帶數(shù)據(jù),可判斷物塊在相鄰計數(shù)點 和之間某時刻開始減速. (2)計數(shù)點5對應的速度

21、大小為 m/s,計數(shù)點6對應的速度大小為m/s.(保留三位有效數(shù)字) (3)物塊減速運動過程中加速度的大小為a=m/s2(保留三位有效數(shù)字).,,,,,,,,,,,,,,,,,,,4.用光電門和數(shù)字計時器測量自由落體的重力加速度. (1)裝置如圖所示,過程如下: 按圖將光電門A、B和電磁鐵安裝在支架上,調整它們 的位置使三者在同一豎直線上.當電磁鐵斷電釋放小球 后,小球能順利通過兩個光電門.,,,,,,,,,,,將數(shù)字計時器與光電門連接,再接通電磁鐵電源吸住小球,開始實驗.切斷電磁鐵電源,小球落下.當小球經(jīng)過光電門A,光路被切斷瞬間,開始計時;當小球經(jīng)過光電門B,光路被切斷瞬間,停止計時.記錄數(shù)字計時器顯示的時間t. 用直尺測出小球開始下落的位置到兩個光電門中心的距離h1、h2. 由此計算重力加速度的表達式為g=(用t、h1、h2表示). (2)請寫出一條能夠減小本實驗誤差的方法:.,,,,,,,