研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)》實(shí)驗(yàn)

1、研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)會(huì)用打上點(diǎn)的紙帶研究物體的運(yùn)動(dòng).掌握判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法.會(huì)利用紙帶測定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度.二、實(shí)驗(yàn)原理.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(1)作用：計(jì)時(shí)儀器，每隔打一次點(diǎn).(2)工作條件：電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：6V以下交流電源電火花計(jì)時(shí)器：220 V交流電源(3)紙帶上點(diǎn)的意義：表示和紙帶相連的物體在不同時(shí)刻的位置；通過研究紙帶上各點(diǎn)之間的間隔，可以判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況.利用紙帶判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法設(shè)xi、x2、x3、x4為紙帶上相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離，假如x=x2-x 1 =x3-x 2=x4-x 3=常數(shù)，即連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)的

2、位移之差為恒量，則與紙帶相連的物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng).由紙帶求物體運(yùn)動(dòng)速度的方法Vn=(X n+Xn+1)/2T根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)某段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度.由紙帶求物體運(yùn)動(dòng)加速度的方法(1)利用 x=aT2(2)利用 Xm-Xn=(m-n)aT2(3)利用“逐差法”求加速度.“逐差法”求加速度的目的是盡可能多地使用我們測量的數(shù)據(jù)， 以減小偶然誤差.設(shè)T為相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔，則 ：ai=(x 4-x i)/3T 2 ,a 2=(x 5-x 2)/ 3T 2,a 3=(x 6-x 3)/ 3T 2加速度的平均值為：a=(a i+a2+a3)/3(4) 用v-t圖象求

3、加速度：求出打各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)紙帶的瞬時(shí)速度，再作出v-t圖象，圖線的斜率即為做勻變速直線運(yùn)動(dòng)物體的加速度.三、實(shí)驗(yàn)器材電火花計(jì)時(shí)器或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙.四、實(shí)驗(yàn)步驟.把帶有滑輪的長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，把滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板上沒有滑輪的一端，并把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連接在電源上。.把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過定滑輪，下邊掛上合適的鉤碼。把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的復(fù) 寫紙下，并把它的一端固定在小車的后面。盛黑於曲翼、打蕊籍戰(zhàn)器.把小車停止靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，接通電源等打點(diǎn)計(jì)時(shí) 器計(jì)時(shí)穩(wěn)定后，放開小車。.換上新紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn) 3

4、次五、注意事項(xiàng).使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí) 器穩(wěn)定工作后，再釋放紙帶.釋放物體前，應(yīng)使物體停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置.使用電火花計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)注意把兩條白紙帶正確穿好墨粉紙盤夾在兩紙帶之間；使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，應(yīng)讓紙帶通過限位孔，壓在復(fù)寫紙下面.小車另一端掛的鉤碼個(gè)數(shù)要適當(dāng)，避免速度過大而使紙帶上打的點(diǎn)太少，或者速度太小，使紙 帶上打的點(diǎn)過于密集.選擇一條理想的紙帶，是指紙帶上的點(diǎn)跡清晰.適當(dāng)舍棄開頭密集部分，適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)，弄清楚所選的時(shí)間間隔 T.測x時(shí)不要分段測量，讀數(shù)時(shí)要注意有效數(shù)字的要求，計(jì)算a時(shí)要注意用逐差法， 以減小誤差.六、誤差分析.本實(shí)驗(yàn)參與計(jì)算的量有 x和因

5、此誤差來源于 x和由于相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離x測量有誤差而使a的測量結(jié)果產(chǎn)生誤差.由于電源的頻率不穩(wěn)定而使 T不穩(wěn)定產(chǎn)生誤差.試題精選1.“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（所用交流電的頻率為 50 Hz）,得到如圖所示的紙帶.圖中的點(diǎn)為計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出來，下列表述正確的是（1C ）A.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先放開紙帶再接通電源B. （s 6一 Si）等于（s 2一 Si）的 6 倍C.從紙帶可求出計(jì)數(shù)點(diǎn)B對(duì)應(yīng)的速率D.相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為s.在一次實(shí)驗(yàn)中，如果某同學(xué)不知道實(shí)驗(yàn)所使用的交流電電源的實(shí)際頻率已超過50 Hz,那么他計(jì)算出來的平均速度值與真實(shí)值相比是

6、（2B ）A.偏大B.偏小C.相等D.不能確定.如圖所示，某同學(xué)在做“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中，由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到表示小車運(yùn)動(dòng)過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T=,其中 S=7.05cm、S2=7.68cm、S=8.33cm、8=8.95cm、S5=9.61cm、S6=10.26cm,則A點(diǎn)處瞬時(shí)速度的大小是 m/s,小車運(yùn)動(dòng)的加速度計(jì)算表達(dá)式為 ,加速度的大小是 m/s2 （計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）.時(shí)速度等于一段時(shí)【解析】某時(shí)刻的瞬 間內(nèi)的平均速度：s3 s4Va -2T8.33 8.952 0.10102m/s 0.86m/s （考慮兩位有效數(shù)字）用逐差法來計(jì)算加速度

7、：a(s4 s5 s6) (si s2 sp9T2答案,a S4 S5 S6 S3 S2 S1 , 9T2.某學(xué)生用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究小車的勻變速直線運(yùn)動(dòng).他將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到頻率為50 Hz的交流電源上，實(shí)驗(yàn)時(shí)得到一條紙帶如圖1-5-15所示.他在紙帶上便于測量的地方選取第一個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)，在這點(diǎn)下標(biāo)明A第六個(gè)點(diǎn)下標(biāo)明 B,第十一個(gè)點(diǎn)下標(biāo)明 C,第十六個(gè)點(diǎn)下標(biāo)明 D,第二十一個(gè)點(diǎn)下標(biāo)明E.測量時(shí)發(fā)現(xiàn)B點(diǎn)已模糊不清，于是他測得AC長為14.56 cm , CD長為11.15 cm , DE長為13.73 cm ,則打C點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大小為 m/s,小車運(yùn)動(dòng)的加速度大小為 m/s2, AB的距離應(yīng)為 c

8、m.（保留三位有效數(shù)字）【解析】 某時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于一段時(shí)間內(nèi)的平均速度:小車的加速度：a(CD DE) AC 13.73 11.15 14.566T24 0.10210 2m/s2 2.58m/s2由于vcBC CD2T所以BC2T vc CDc2 0.10 0.986m0.1115m 0.0857 m故AB4【答案】AC BC 5.99cm5.如圖所示，物體從光滑斜面上的A點(diǎn)由靜止開始下滑，經(jīng)過 B點(diǎn)后進(jìn)入水平面（設(shè)經(jīng)過 B點(diǎn)前后速度大小不變），最后停在C點(diǎn).每隔秒鐘通過速度傳感器測量物體的瞬時(shí)速度，下表給出了部分測量數(shù)據(jù). 求：斜面的傾角；物體與水平面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)；(重力加速度 g

9、=10 m/s 2),t (s)1214v ( m/s)（3）t = S【解析】時(shí)的瞬時(shí)速度V.由前三列數(shù)據(jù)可知物體在斜面上勻加速下滑時(shí)的加速度為a1V _. 2 5 m/s mg sin = ma 可得：=30, t由后二列數(shù)據(jù)可知物體在水平面上勻減速滑行時(shí)的加速度大小為V2a2 2 m/smg= ma 可得：=,由 2+ 5t = +2 （- t）,解得 t = s即物體在斜面上下滑的時(shí)間為s則：t = s時(shí)物體在水平面上，其速度為v=+a2t = 2.3 m/s5【答案】（D= 30;=；（3） 2.3 m/s6.某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究小車在斜面上的運(yùn)動(dòng).實(shí)驗(yàn)步驟如下：a.安裝好

10、實(shí)驗(yàn)器材.b.接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿平板斜面向下運(yùn)動(dòng)，重復(fù)幾次.選出一條點(diǎn)跡比較清晰 的紙帶，舍去開始密集的點(diǎn)跡，從便于測量的點(diǎn)開始，每兩個(gè)打點(diǎn)間隔取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖1中0、1、26點(diǎn)所示.c.測量1、2、36計(jì)數(shù)點(diǎn)到0計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離，分別記作: d.通過測量和計(jì)算，該同學(xué)判斷出小車沿平板做勻速直線運(yùn)動(dòng).S、S、&e.分別計(jì)算出 S、S2、S3S6與對(duì)應(yīng)時(shí)間的比值Si S2S3S6、 t1t2t3t6f.以S為縱坐標(biāo)、t為橫坐標(biāo)，標(biāo)出與對(duì)應(yīng)時(shí)間t的坐標(biāo)點(diǎn)，S6結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)你完成下列任務(wù)：實(shí)驗(yàn)中，除打點(diǎn)及時(shí)器（含紙帶、復(fù)寫紙）、小車、平板、鐵架臺(tái)、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下面的儀器和器材中

11、，必須使用的有 和.（填選項(xiàng)代號(hào)）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刻線與0計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)齊，0、1、2、5計(jì)數(shù)點(diǎn)所在位置如圖 2所示，則 S2=cm , &= cm .圖2該同學(xué)在圖3中已標(biāo)出1、3、4、6計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，請(qǐng)你在該S圖中標(biāo)出與2、5兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，并回出 t圖.t根據(jù) t圖線判斷，在打 0計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，小車的速度Vc =tm/s;它在斜面上運(yùn)動(dòng)的加速度a=m/s2.6【解析】打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源為交流電源，利用刻度尺測量各點(diǎn)之間的距離.由刻度尺的最小刻度為mm故要估讀到 0.

12、1mm,即要讀到0.01cm 位.一 .313 20因?yàn)?v2 37.5 cm/s, v5 66 cm/s,描出對(duì)0.080.2應(yīng)的兩點(diǎn)，再連線即可得 S/t-t圖線.由圖線在縱軸上的截距可求得初速度，圖線的斜率則表示加速度.6【答案】A, C;（）, （）;圖略；（）, （）.如圖所示，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，使重物帶動(dòng)紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置可 以測定重力加速度.（1）所需器材有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（帶導(dǎo)線）、紙帶、復(fù) 寫紙、帶鐵夾的鐵架臺(tái)和帶夾子的重物，此外 還需（填字母代號(hào)）中的器材.A.直流電源、天平及祛碼.直流電源、毫米刻度尺C.交流電源、天平及祛碼D.交流電源、毫米刻度尺(2

13、)通過作圖象的方法可以剔除偶然誤差較大的數(shù)據(jù)，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確程度. 為使圖線的斜率等于重力加速度，除作v-1圖象外，還可作 圖象，其縱軸表示的是 ,橫軸表示的是 7【解析】本題考查了利用驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置測定重力加速度，意在考查考生的知識(shí) 遷移能力和利用圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力.(1)本實(shí)驗(yàn)不需要測量重物的質(zhì)量，直接通過處理紙帶，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律即可求得，缺少 低壓交流電源和刻度尺，故D正確；(2)由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 2gh = v2可得：t=gh,當(dāng)縱軸表示 上，橫軸表示重物下落高度22h時(shí)，則圖象的斜率即為重力加速度.7【答案】(1)D (2) - -h,速度平方的二分

14、之一，重物下落高度h28.某同學(xué)用如下圖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(diǎn)為0號(hào)計(jì)數(shù)點(diǎn)，然后每隔 2個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，所有測量數(shù)據(jù)及其標(biāo)記符號(hào)如下圖所示. 該同學(xué)用兩種方法處理數(shù)據(jù) (T為相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔 )：從數(shù)據(jù)處理方法看，在si、s2、s3、s4、s5、s6中，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果起作用的：方法 A中有;方法B中有.因此，選擇方法 (A或B)更合理，這樣可以減少實(shí)驗(yàn)的 (系 統(tǒng)或偶然)誤差.本實(shí)驗(yàn)誤差的主要來源有 (試舉出兩條). 8【解析】物體只在重力的作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，通過對(duì)紙帶數(shù)據(jù)的處理，可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓?加速度數(shù)值，本題主要考查在處

15、理數(shù)據(jù)的兩種方法中哪種誤差較小，是屬于誤差分析類問題 所以方法B中，Si、S2、S3、S4、S5、S6均起作用，因此選擇方法 B更合理，更易減小偶然誤差. 本實(shí)驗(yàn)中誤差來源較多，例如：阻力、交流電頻率不穩(wěn)定，長度測量不準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)處理方法等.8【答案】Si、S6 ； Si、S2、S3、S4、S5、S6 B偶然 阻力、交流電頻率不穩(wěn)定等 .在“測定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”的實(shí)驗(yàn)中，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄紙帶運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。計(jì)時(shí)器所用 電源的頻率為50Hz,圖為一次實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶，紙帶上每相鄰的兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間都有四個(gè)點(diǎn)未畫出，按時(shí)間順序取0、1、2、3、4、5六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，用米尺量出1、2、3、4、5點(diǎn)到0點(diǎn)的

16、距離如圖所示(單位：cm)。由紙帶數(shù)據(jù)計(jì)算可得計(jì)數(shù)點(diǎn)4所代表時(shí)刻的瞬時(shí)速度大小V4=m/s,小車的加速度大小 a =m/s2。(9: 0. 41 ; 0. 75.).光電計(jì)時(shí)器是一種研究物體運(yùn)動(dòng)情況的常用計(jì)時(shí)儀器，其結(jié)構(gòu)如圖 1 412(a)所示，a、b分 別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當(dāng)有物體從a、b間通過時(shí)，光電計(jì)時(shí)器就可以精確地把物體從開始擋光到擋光結(jié)束的時(shí)間記錄下來.圖 (b)中MNM水平桌面，Q是長木板與桌面的接觸點(diǎn)，1和2是固定在長木板上適當(dāng)位置的兩個(gè)光電門，與之連接的兩個(gè)光電計(jì)時(shí)器沒有畫出，長木板頂端P點(diǎn)懸有一鉛錘，實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓滑塊從長木板的頂端滑下，光電門 1、2各自連接的計(jì)時(shí)

17、器顯示的擋光時(shí)間 分別為x 102s和x103 s.用精度為0.05 mm的游標(biāo)卡尺測量滑塊的寬度為d,其示數(shù)如圖(c)所示.圖 1 412(1)滑塊的寬度d =cm.(2)滑塊通過光電門1時(shí)的速度V1 =m/s,滑塊通過光電門2時(shí)的速度v2=_ m/s.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)由此測得的瞬時(shí)速度 V1和V2只是一個(gè)近似值，它們實(shí)質(zhì)上是通過光電門1和2時(shí)的,要使瞬時(shí)速度的測量值更接近于真實(shí)值，可將 的寬度減小一些.解析：(1) d= 10 mm+ 0.05 mm x 2 =10.10 mm= 1.010 cm.d 1.0 10 10(2) v1= fT = 2-t11.0 10d 1.0

18、10 10 102m/s = 1.0 m/s4.0 10 32m/s =2.5 m/s.(3) V1、V2實(shí)質(zhì)上是通過光電門1和2時(shí)的平均速度，要使瞬時(shí)速度的測量值更接近于真實(shí)值,可將滑塊的寬度減小一些.答案：(1)(2)(3)平均速度 滑塊帶上每11.某同學(xué)在測定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí)，得到了幾條較為理想的紙帶，已在每條紙5個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取好了一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，即兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為s ,依打點(diǎn)先后編為4、5.由于不小心，紙帶被撕斷了，如圖1414所示.請(qǐng)根據(jù)給出的 A0、1、2、3、D四段紙帶回答:(填字母)(2)圖 1 414C、D三段紙帶中的 m/s2.從紙帶A上撕下的那段應(yīng)該是 B、 打A紙帶時(shí)，物體的加速度大小是解析：因小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，加速度保持不變，打A紙帶時(shí)，加速度32一 m/sAx X2-X1(36.0 30.0) 100.12a7=0.6 m/s 2.又小車運(yùn)動(dòng)的加速度:X5 - X2則4、5兩點(diǎn)間隔為：X5= X2+ 3af = x 10 3m+3x x 0.1=54 x 10 3 m所以從紙帶A上撕下的那段應(yīng)是 C.答案：(1)C(2)12、圖是用紙帶拖動(dòng)小車用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測定勻變速運(yùn)動(dòng)的加速度打出的一條紙帶 我們?cè)诩垘厦扛羲膫€(gè)點(diǎn)(或每五個(gè)點(diǎn))所選的記數(shù)點(diǎn)試求：(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下 B、C、D各點(diǎn)時(shí)小