第1章 实验一　研究匀变速直线运动—2021高考物理科学复习解决方案（讲义）

实验一　研究匀变速直线运动 主干梳理 对点激活 1．练习正确使用打点计时器，学会利用打下点的纸带研究物体的运动。 2．掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法(Δx＝aT2或v­t图象)。 3．测定匀变速直线运动的加速度。 1．打点计时器 (1)作用：计时仪器，当所用交流电源的频率f＝50 Hz时，每隔0.02 s打一次点。 (2)电源电压：电磁打点计时器，6 V以下交流电源；电火花计时器，220 V交流电源。 (3)处理纸带数据时区分计时点和计数点：计时点是指打点计时器在纸带上打下的点。计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点，要注意“每5个计时点取一个计数点”与“每隔4个计时点取一个计数点”取点方法是一样的，时间间隔均为0.1 s。 2．利用纸带判断物体运动性质的方法 (1)沿直线运动的物体，若任意相等时间内的位移相等，则物体做匀速直线运动。 (2)①沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为x1，x2，x3，x4，…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…，且对任意时间间隔Δt均成立，则说明物体在做匀变速直线运动，且Δx＝aT2。 ②利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度，作出物体运动的v­t图象，若图象是一条倾斜的直线，则物体做匀变速直线运动。 注：对于一般的直线运动，由于与中间点相邻的两点间的时间间隔很短，因此可以用该相邻两点间的平均速度表示该中间点的瞬时速度。 3．由纸带计算某点的瞬时速度 (1)“中间点”的瞬时速度：所谓中间点，是指该点两侧的数据是有效的，可以用来计算这一段的平均速度，如图甲中的第n点。第n点的瞬时速度vn＝。 (2)“边缘点”的瞬时速度：所谓“边缘点”，是指该点的一侧没有可用的数据，或虽有数据，但是数据无效，如图乙中的A、F两点。“边缘点”的瞬时速度有以下几种求法：a.先求出加速度，然后根据vB＝vA＋aT求出A点瞬时速度，根据vF＝vE＋aT求出F点瞬时速度；b.根据匀变速直线运动在相等的时间内速度的变化量相等的特点，利用vB－vA＝vC－vB求出A点瞬时速度，同样，利用vF－vE＝vE－vD求出F点的瞬时速度；c.根据xAB＝T。 4．利用纸带求物体加速度的两种方法 (1)逐差法 ①若题目给的是偶数段数据(一般是6段)，一般用“逐差法”求物体的加速度，即a1＝，这样所测数据全部得到利用，精确度较高。 ＝，然后求平均值，即a＝，a3＝，a2＝ ②若题目给的是奇数段数据(一般是5段或7段)，一般舍去第一段，接着用如同①偶数段的方法求解。 (2)图象法 利用vn＝求出打各点时物体的瞬时速度，然后作出v­t图象，用v­t图象的斜率求物体运动的加速度。 电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸片。 1．仪器安装 (1)把附有滑轮的长木板放在实验桌上，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)把一条细绳的一端拴在小车上，细绳跨过滑轮，下端挂上合适的钩码，纸带穿过打点计时器，并将纸带的一端固定在小车的后面。实验装置如下图所示，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行。 2．测量与记录 (1)把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，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的点，随后立即关闭电源，换上新纸带，重复三次。 (2)从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，从后边便于测量的点开始确定计数点，为了计算方便和减小误差，通常用连续打点五次的时间作为时间单位，即T＝5×0.02 s＝0.1 s，如图所示，正确使用毫米刻度尺测量并计算每相邻两计数点之间的距离。 (3)利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得计数点1、2、3、4、5的瞬时速度。 (4)增减所挂钩码数，或在小车上放置重物，再做两次实验。 1．由实验数据得出v­t图象 根据表格中的v、t数据，在平面直角坐标系中仔细描点，作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的点，应均匀分布在直线的两侧，偏离直线太远的点可舍去不要，如图所示，这条直线就是本次实验的v­t图象，它是一条倾斜的直线。因此小车做匀加速直线运动，加速度就是v­t图象的斜率。 2．公式法 若x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…，则小车做匀变速直线运动，加速度a＝。 1．偶然误差 (1)纸带上计数点间距测量有偶然误差，故要多测几组数据，以尽量减小误差。 (2)用作图法作图时描点、画线不准确。为此在描点时最好用坐标纸，在纵、横轴上选取合适的单位，用细铅笔认真描点。 2．系统误差 (1)纸带运动时摩擦不均匀，打点不稳定引起误差，所以安装时纸带、细绳要与长木板平行，同时选择符合要求的交流电源的电压及频