高三實驗專題《研究勻變速直線運動》《驗證牛頓第二定律》

1、實驗：研究勻變速直線運動【實驗?zāi)康摹?練習(xí)使用打點計時器，學(xué)習(xí)利用打上點的紙帶研究物體的運動。 2學(xué)習(xí)用打點計時器測定即時速度和加速度?！緦嶒炘怼看螯c計時器是一種使用交流電源的計時儀器，它每隔0.02s打一次點（由于電源頻率是50Hz），因此紙帶上的點就表示了和紙帶相連的運動物體在不同時刻的位置，研究紙帶上點之間的間隔，就可以了解物體運動的情況?！緦嶒灧椒ā?由紙帶判斷物體做勻變速直線運動的方法：如圖所示，0、1、2為時間間隔相等的各計數(shù)點，s1、s2、s3、為相鄰兩計數(shù)點間的距離，若s=s2-s1=s3-s2=恒量，即若連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)的位移之差為恒量，則與紙帶相連的物體的運動為勻變速

2、直線運動。 2由紙帶求物體運動加速度的方法： （1）用“逐差法”求加速度：即根據(jù)s4-s1=s5-s2=s6-s3=3aT2（T為相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔）求出a1=、a2=、a3=，再算出a1、a2、a3的平均值即為物體運動的加速度。 （2）用v-t圖法：即先根據(jù)vn=求出打第n點時紙帶的瞬時速度，后作出v-t圖線，圖線的斜率即為物體運動的加速度。【實驗器材】小車，細繩，鉤碼，一端附有定滑輪的長木板，打點計時器，低壓交流電源，導(dǎo)線兩根，紙帶，米尺?！緦嶒灢襟E】1把一端附有定滑輪的長木板平放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路，如圖所示。 2把一條

3、細繩拴在小車上，細繩跨過滑輪，并在細繩的另一端掛上合適的鉤碼，試放手后，小車能在長木板上平穩(wěn)地加速滑行一段距離，把紙帶穿過打點計時器，并把它的一端固定在小車的后面。 3把小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，再放開小車，讓小車運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列的點，取下紙帶，換上新紙帶，重復(fù)實驗三次。 4選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開頭的比較密集的點子，確定好計數(shù)始點0，標明計數(shù)點，正確使用毫米刻度尺測量兩點間的距離，用逐差法求出加速度值，最后求其平均值。也可求出各計數(shù)點對應(yīng)的速度，作v-t圖線，求得直線的斜率即為物體運動的加速度。【注意事項】 1紙帶打完后及時斷開電源。 2小車的加速度應(yīng)適

4、當(dāng)大一些，以能在紙帶上長約50cm的范圍內(nèi)清楚地取78個計數(shù)點為宜。 3應(yīng)區(qū)別計時器打出的軌跡點與人為選取的計數(shù)點，通常每隔4個軌跡點選1個計數(shù)點，選取的記數(shù)點不少于6個。 4不要分段測量各段位移，可統(tǒng)一量出各計數(shù)點到計數(shù)起點0之間的距離，讀數(shù)時應(yīng)估讀到毫米的下一位?！踞槍毩?xí)】1某實驗小組擬用如題22圖1所示裝置研究滑塊的運動.實驗器材有滑塊、鉤碼、紙帶、米尺、帶滑輪的木板，以及由漏斗和細線組成的單擺等.實驗中，滑塊在鉤碼作用下拖動紙帶做勻加速直線運動，同時單擺垂直于紙帶運動方向擺動，漏斗漏出的有色液體在紙帶帶下留下的痕跡記錄了漏斗在不同時刻的位置.在題22圖2中，從 紙帶可看出滑塊的加速度

5、和速度方向一致.用該方法測量滑塊加速度的誤差主要來源有： 、 （寫出2個即可）.2物理小組在一次探究活動中測量滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù)。實驗裝置如圖，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端裝有定滑輪；木板上有一滑塊，其一端與電磁打點計時器的紙帶相連，另一端通過跨過定滑輪的細線與托盤連接。打點計時器使用的交流電源的頻率為50 Hz。開始實驗時，在托盤中放入適量砝碼，滑塊開始做勻加速運動，在紙帶上打出一系列小點。 （1）上圖給出的是實驗中獲取的一條紙帶的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7是計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個打點（圖中未標出），計數(shù)點間的距離如圖所示。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計算的加速度a=

6、 (保留三位有效數(shù)字)。(2)回答下列兩個問題：為測量動摩擦因數(shù)，下列物理量中還應(yīng)測量的有 。（填入所選物理量前的字母） A.木板的長度l B.木板的質(zhì)量m1 C.滑塊的質(zhì)量m2 D.托盤和砝碼的總質(zhì)量m3 E.滑塊運動的時間t測量中所選定的物理量時需要的實驗器材是 。 （3）滑塊與木板間的動摩擦因數(shù) （用被測物理量的字母表示，重力加速度為g）.與真實值相比，測量的動摩擦因數(shù) （填“偏大”或“偏小” ）。寫出支持你的看法的一個論據(jù)： 。3如圖7所示，某同學(xué)在做“研究勻變速直線運動”實驗中，由打點計時器得到表示小車運動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計數(shù)點的時間間隔為T=0.10s，其中S1=7

7、.05cm、S2=7.68cm、S3=8.33cm、S4=8.95cm、S5=9.61cm、S6=10.26cm，則A點處瞬時速度的大小是_m/s，小車運動的加速度計算表達式為_，加速度的大小是_m/s2（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。S1 S2 S3 S4 S5 S6A圖74某同學(xué)用右圖所示的實驗裝置研究小車在斜面上的運動。實驗步驟如下：打點計時器小車紙帶接電源a安裝好實驗器材。b接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿平板斜面向下運動，重復(fù)幾次。選出一條點跡比較清晰的紙帶，舍去開始密集的點跡，從便于測量的點開始，每兩個打點間隔取一個計數(shù)點，如下圖中0、1、26點所示。c測量1、2、36計數(shù)點到0計數(shù)點

8、的距離，分別記作：S1、S2、S3S6。d通過測量和計算，該同學(xué)判斷出小車沿平板做勻速直線運動。e分別計算出S1、S2、S3S6與對應(yīng)時間的比值。f以為縱坐標、t為橫坐標，標出與對應(yīng)時間t的坐標點，劃出t圖線。01cm2345678910111213141516171819200123456S1S2S3S4S5S6結(jié)合上述實驗步驟，請你完成下列任務(wù)：實驗中，除打點及時器（含紙帶、復(fù)寫紙）、小車、平板、鐵架臺、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下面的儀器和器材中，必須使用的有 和 。（填選項代號）A電壓合適的50 Hz交流電源 B電壓可調(diào)的直流電源 C刻度尺 D秒表 E天平 F重錘將最小刻度為1 mm的刻度尺的0

9、刻線與0計數(shù)點對齊，0、1、2、5計數(shù)點所在位置如圖所示，則S2 cm，S5 cm。01 cm2313012557015202520103040506010800/cms1該同學(xué)在右圖中已標出1、3、4、6計數(shù)點對應(yīng)的坐標，請你在該圖中標出與2、5兩個計數(shù)點對應(yīng)的坐標點，并畫出t圖。根據(jù)t圖線判斷，在打0計數(shù)點時，小車的速度v0 m/s；它在斜面上運動的加速度a m/s2。5如（a）圖，質(zhì)量為M的滑塊A放在氣墊導(dǎo)軌B上，C為位移傳感器，它能將滑塊A到傳感器C的距離數(shù)據(jù)實時傳送到計算機上，經(jīng)計算機處理后在屏幕上顯示滑塊A的位移時間（st）圖象和速率時間（vt）圖象。整個裝置置于高度可調(diào)節(jié)的斜面上

10、，斜面的長度為l、高度為h。（取重力加速度g9.8 m/s2，結(jié)果可保留一位有效數(shù)字）現(xiàn)給滑塊A一沿氣墊導(dǎo)軌向上的初速度，A的vt圖線如（b）圖所示。從圖線可得滑塊A下滑時的加速度a m/s2 ,摩擦力對滑塊A運動的影響 。（填“明顯，不可忽略”或“不明顯，可忽略”）此裝置還可用來驗證牛頓第二定律。實驗時通過改變 ，可驗證質(zhì)量一定時，加速度與力成正比的關(guān)系；實驗時通過改變 ，可驗證力一定時，加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系。將氣墊導(dǎo)軌換成滑板，滑塊A換成滑塊A/，給滑塊A/一沿滑板向上的初速度，A/的（b）（c）st圖線如（c）圖。圖線不對稱是由于造成的，通過圖線可求得滑板的傾角 （用反三角函數(shù)表示）

11、，滑塊與滑板間的動摩擦因數(shù)6為了探究受到空氣阻力時，物體運動速度隨時間的變化規(guī)律，某同學(xué)采用了“加速度與物體質(zhì)量、物體受力關(guān)系”的實驗裝置（如圖所示）。實驗時，平衡小車與木板之間的摩擦力后，在小車上安裝一薄板，以增大空氣對小車運動的阻力。（1）往砝碼盤中加入一小砝碼，在釋放小車 （選填“之前”或“之后”）接通打點計時器的電源，在紙帶上打出一系列的點。（2）從紙帶上選取若干計數(shù)點進行測量，得出各計數(shù)點的時間t與速度v的數(shù)據(jù)如下表：時間t/s00.501.001.502.002.50速度v/(ms-1)0.120.190.230.260.280.29請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出小車的v-t圖像。w w w.

12、ks5 u .c om（3）通過對實驗結(jié)果的分析，該同學(xué)認為：隨著運動速度的增加，小車所受的空氣阻力將變大，你是否同意他的觀點？請根據(jù)v-t圖象簡要闡述理由。參考答案：1 B 擺長測量、漏斗重心變化、液體痕跡偏粗、阻力變化2(1)0.4950.497m/s2(2) CD （1分）(3)30.86，0.644A，C （2.972.99），（13.1913.21）如圖 （0.160.20），（4.505.10）56； 不明顯，可忽略；斜面高度h； 滑塊A的質(zhì)量M及斜面的高度h，且使Mh不變；滑動摩擦力； arcsin0.6（arcsin0.57arcsin0.64）； 0.3；6（1）之前 （2）

13、（如右圖）（3）同意，在v-t圖象中，速度越大時加速度越小，小車受到的合力越小，則小車受空氣阻力越大。實驗：驗證牛頓第二定律1現(xiàn)要驗證“當(dāng)質(zhì)量一定時，物體運動的加速度與它所受的合外力成正比”這一物理規(guī)律。給定的器材如下：一傾角可以調(diào)節(jié)的長斜面（如圖）、小車、計時器一個、米尺。 填入適當(dāng)?shù)墓交蛭淖?，完善以下實驗步驟（不考慮摩擦力的影響）： 讓小車自斜面上方一固定點A1從靜止開始下滑到斜面底端A2，記下所用的時間t。 用米尺測量A1與A2之間的距離s，則小車的加速度a 。用米尺測量A1相對于A2的高度h。設(shè)小車所受重力為mg，則小車所受的合外力F 。改變 ，重復(fù)上述測量。以h為橫坐標，1/t2為

14、縱坐標，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作圖。如能得到一條過原點的直線，則可驗證“當(dāng)質(zhì)量一定時，物體運動的加速度與它所受的合外力成正比”這一規(guī)律。在探究如何消除上述實驗中摩擦阻力影響的過程中，某同學(xué)設(shè)計的方案是： 調(diào)節(jié)斜面傾角，使小車在斜面上勻速下滑。測量此時A1點相對于斜面底端A2的高度h0。進行中的各項測量。計算與作圖時用（hh0）代替h。對此方案有以下幾種評論意見：A方案正確可行。B方案的理論依據(jù)正確，但利用所給的器材無法確定小車在斜面上是否做勻速運動。C方案的理論依據(jù)有問題，小車所受摩擦力與斜面傾角有關(guān)。其中合理的意見是 。A1A22如圖為“用DIS（位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機）研究加速度和力的關(guān)系”

15、的實驗裝置。（1）在該實驗中必須采用控制變量法，應(yīng)保持_不變，用鉤碼所受的重力作為_，用DIS測小車的加速度。（2）改變所掛鉤碼的數(shù)量，多次重復(fù)測量。在某次實驗中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)可畫出a-F關(guān)系圖線（如圖所示）。分析此圖線的OA段可得出的實驗結(jié)論是_。（單選題）此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是A小車與軌道之間存在摩擦B導(dǎo)軌保持了水平狀態(tài)C所掛鉤碼的總質(zhì)量太大D所用小車的質(zhì)量太大3“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”的實驗裝置如圖甲所示。（1）在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙袋如圖乙所示。計時器打點的時間間隔為0.02s.從比較清晰的點起，每5個點取一個計

16、數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離。該小車的加速度a=_m/s2.（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）（2）平衡摩擦力后，將5個相同的砝碼都放在小車上.掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一個砝碼添加到砝碼盤中，測量小車的加速度。小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實驗數(shù)據(jù)如下表：砝碼盤中砝碼總重力F(N)0.1960.3920.5880.7840.980加速度a（ms-2）0.691.181.662.182.70請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出a-F的關(guān)系圖像.（3）根據(jù)提供的試驗數(shù)據(jù)作出的-F圖線不通過原點，請說明主要原因。4（1）某同學(xué)設(shè)計了如圖所示的裝置來探究加速度與力的關(guān)系。彈簧秤固定在一合適的木板上，桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪，細繩的兩端分別于彈簧秤的掛鉤和礦泉水瓶連接。在桌面上畫出兩條平行線MN、PQ，并測出間距d0開始時講模板置于處，現(xiàn)緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開始運動為止，記下彈簧秤的示數(shù)F0,以此表示滑動摩擦力的大小。再將木板放回原處并按住，繼續(xù)向瓶中加水后，記下彈簧秤的示數(shù)F1，然后釋放木板，并用秒表記下木板運動到PQ處的時間。木板的加速度可以用、表示為= ；為了減小測量加速度的偶然誤差可以采用的方法是（一種即可）